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Elektrische Schaltungsanordnung mit Transistoren zur verzögerten Betätigung von Schützen, Relais oder andern
Steuer- oder Schutzeinrichtungen
Durch elektrische Hilfsmittel verzögerte Relais haben vor den mechanisch wirkenden Verzögerungs- einrichtungen den Vorteil grösserer Lebensdauer, da sie ausser dem eigentlichen Relais keine bewegten
Teile besitzen. Den thermisch wirkenden Relais sind sie ebenfalls überlegen, da sie eine vergleichsweise kleine Rückstellzeit haben. Die einfachen elektrischen bzw. elektromagnetischen Verzögerungsmittel, der Kurzschlussring und die Kondensatorschaltungen, bieten mit wirtschaftlichem Aufwand nur kurze Zeiten, etwa bis zu einigen Sekunden. Zudem sind diese Zeiten stark von der Speisespannung ab- hängig.
Um grössere Zeiten und grössere Genauigkeit zu erreichen, muss man zu elektronischen Hilfsmitteln greifen, wie sie etwa die Gasentladungsröhren darstellen. Verzögerungsrelais mit Kaltkathodenthyratrons sind z. B. schon seit einer Reihe von Jahren im Handel. Ihr Nachteil ist, dass sie für den Betrieb an Gleichspannungen von 110 V und weniger einen Gleichspannungswandler benötigen, der das Gerät sehr verteuert und durch seine begrenzte Lebensdauer einen Unsicherheitsfaktor darstellt. Ferner besitzen dieGasent- ladungsröhren nur eine geringe Rüttel-und Stossfestigkeit, und es müssen hiebei noch besondere Vorkehrungen gegen Herausfallen aus den Fassungen getroffen werden. Auch die kleinsten Röhrenausführungen beanspruchen ein gewisses Gehäusevolumen.
Diese Nachteile vermeidet ein Transistorzeitrelais. Sein Stromverbrauch kann so niedrig gehalten werden, dass man es unter Vorschaltung eines Spannungsteilers auch an Spannungen betreiben kann, die höher als die zulässige Betriebsspannung von Transistoren liegen. Der Betrieb an Wechselspannungen erfordert einen Gleichrichter und Glättungsmittel, die auch bei Thyratronzeitrelals erforderlich sind, beim Transistorrelais jedoch für niedrige Spannungen ausgelegt werden können. Schliesslich stellt der Transistor gegenüber der Gasentladungsröhre ein sehr kleines, leichtes Bauelement von grosser Lebensdauer dar. Seine Erschütterungsfestigkeit wird ebenfalls nicht von der Röhre erreicht.
Durch die niedrige Betriebsspannung und die kleinen Ströme ergeben sich auch kleine Bauelemente in einer Transistorschaltung, die die Konstruktion kompakter Einheiten gestatten.
Es sind bereits Verzögerungsschaltungen mit Transistoren bekannt, die die Auf- oder Entladung eines Kondensators auf eine bestimmte Spannung als Kriterium für die verzögerte Schalthandlung verwenden.
Man kann sie infolgedessen als"spannungsgesteuert"bezeichnen.
Auch wurde bereits eine stromgesteuerte Transistorschaltung zum unverzögerten Einschalten und zum verzögertenAbschalten eines Relais bekannt, bei der ein Transistor in Emitterschaltung und ein R-C-Glied Verwendung findet. Ein verzögertes Einschalten ist bei dieser Schaltung nicht möglich.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Schaltungsanordnung mit Transistoren zur verzögerten Betätigung von Schützen, Relais oder andern Steuer- oder Schutzeinrichtungen, bei der im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen eine Stromsteuerung benutzt wird, die der Eigenschaft des Transistors als ein nicht leistungslos zu steuerndes Verstärkerelement Rechnung trägt und dadurch mit einem Minimum an Schaltelementen auskommt. Die Erfindung betrifft daher eine elektrische Schaltungsanordnung mit einem durch den Ladestrom eines R-C-Gliedes gesteuerten Transistor in Emitterschaltung.
Erfindungsgemäss steuert dieser Transistor einen weiteren, mittels einer festen Basisvorspannung normalerweise gesperrten Transistor durch Verlagerung des Basispotentiales dieses Transistors derart, dass dessen Ausgangsstrom ein
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Relais, Schütz od. dgl. betätigt, wenn nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit der den ersten
Transistor steuernde Ladestrom auf einen bestimmten Wert abgefallen ist.
Der grundsätzliche Aufbau einer Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.
Zwischen dem negativen Pol der Spannungsquelle und der Basis des Transistors Tl sind ein Kondensator C und ein veränderbarer Widerstand Rl in Reihe geschaltet. Am Kollektor des Transistors Tl ist ein Wider- stand R2 und die Basis des Transistors T2 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes R2 ist mit dem
Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und dem Minuspol der Spannungsquelle liegt die Wicklung eines Relais A. Der positive Pol der Spannungsquelle wird über den Schalter S an den Emitter des Transistors tel und an ein Ende des Spannungsteilers RYR geführt. an
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11i gewählt, dass
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ist, so liegt an dem Transistor T, nur noch eine kleine Restspannung.
Das Em1tterpotential des Transistors T2 ist mit Hilfe der Widerstände R, und R4 um den Betrag dieser Restspannung nach der Minusleitung hin verschoben. Der Transistor T wird also angesteuert, wenn folgende Bedingung erfüllt ist :
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RB ist der Basiswiderstand des Transistors Tl. Durch Kürzen und Logarithmieren ergibt sich als Ausdruck für die Verzögerungszeit
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Markt befindlichen Transistoren erreichbar. Das zeitliche Verhalten der Ströme 1,-und ist in Fig. 2 aufgetragen, Der Ladestrom I1 hält bis zum Punkt XI den Transistor T. offen. Von da an steigt Igim Transistor T2 schnell an, bis das Relais anzieht. was im Punkt x geschieht.
Die Zeitspanne x-x. ist im Ausdruck für die Verzögerungszeit nicht berücksichtigt.
Ein weiterer Teil der Erfindung besteht in der Verkürzung dieser Zeitspanne x-x durch geeignete Schaltungsanordnungen. Dies ist z. B. möglich durch eine Schaltung nach Fig. 3. Hier ist eine Rückkopplung eingeführt in der Art, dass die Emitterströme beider Transistoren den Widerstand 9 passieren müssen. Das hat zur Folge, dass nach Ablauf der Verzögerungszeit der Kollektorstrom im Transistor 7 schlagartig auf seinen Endwert ansteigt und Transistor 4 ebenso schlagartig gesperrt wird. Das Relais A hält sich danach über den Arbeitskontakt a bis die Spannung abgeschaltet wird. Zur Kompensation des temperaturabhängigen Reststromes und Verstärkungsfaktors des Transistors 4 ist sein Kollektorwiderstand
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teilweise als Heissleiter 5 ausgeführt.
Damit bei einem Fortfall der Spannung vor Ablauf der eingestellten
Verzögerungszeit der Kondensator 1 in kurzer Zeit entladen werden kann, ist von seinem positiven An- schluss bis zur positiven Leitung eine Diode 12 geschaltet. Diese Diode 12 ist so gepolt, dass sie bei Weg- fall der äusserenSpannungU in Reihe mit dem Arbeitskontakt a und derRelaisspule A einen niederohmigen
Entladekreis in Durchlassrichtung bildet. Der Widerstand im Basiskreis des Transistors 4 ist in einen verän- dérbaren Teil 3 und einen Schutzwiderstand 2 aufgespalten, Die Diode 11 schützt in bekannter Weise den
Transistor 7 vor Ausschaltüberspannungen des Relais A.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4. Hier ist eine Rückkopplung herbeigeführt durch trans- formatorische Übertragung vom Ausgangskreis des Transistors 7 zum Eingang des Transistors 4. Der nach
Ablauf der Verzögerungszeit durch die Relaiswicklung fliessende kleine Strom erzeugt in der auf dem Re- laiskern untergebrachten Zweitwicklung einen Impuls, der den Transistor 4 sperrt und einen steilen Strom- anstieg Im Transistor 7 bewirkt. Auch andere Arten der Rückkopplung sind ausführbar, z. B. mit Wider- ständen, Kondensatoren oder Halbleitern vom Kollektor des Transistors 7. zum Basiskreis des Transistors 4.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Schaltungsanordnung mit einem durch den Ladestrom eines R-C-Zeitgliedes gesteuer- ten Transistor in Emitterschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Transistor einen weiteren, mittels einer festen Basisvorspannung normalerweise gesperrten Transistor durch Verlagerung des Basispotentials dieses Transistors derart steuert, dass dessen ein Relais, Schütz od. dgl. betätigender Ausgangsstrom erst dann einsetzt, wenn nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit der den ersten Transistor steuernde Ladestrom auf einen bestimmten Wert abgefallen ist.