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Lichtelektrische Schaltung
Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Schaltung mit Detektorrelais, Photowiderstand sowie Or- ganen zur Eigensicherung - insbesondere zur Verwendung in Flammenüberwachungseinrichtungen.
Bei derartigen lichtelektrischen Schaltungen sind im einfachsten Fall die Wicklung eines Detektor- relais und der Photowiderstand in Reihe mit einer Spannungsquelle angeschlossen, wobei das Relais einen oder mehrere Kontakte zur Steuerung einer Folgeschaltung enthält ; fällt nun Licht-z. B. von einer Flam- me-auf den Photowiderstand, so ändert sich dessen Wert und damit auch der das Anziehen und Abfallen des Relais bestimmende Erregerstrom innerhalb endlicher Grenzen ; unter"Licht"wird hiebei stets beliebige elektromagnetische Strahlung innerhalb oder ausserhalb des sichtbaren Spektrums verstanden.
Lichtelektrische Schaltungen zur zuverlässigen Überwachung des geordneten automatischen Ablaufes von technischen Prozessen mit grossen Energieumsätzen müssen unbedingt eigensicher sein, d. h. sie müssen auf Störungen in der Schaltung selbst durch bestimmte Schalthandlungen reagieren, welche das Entstehen gefährlicher Betriebszustände verhindern und die Störung erkennbar machen. Es sind zwar bereits lichtelektrische Schaltungen mit Eigensicherung gegen Kurzschlüsse in der Verbindungsleitung zwischen Relais und Photowiderstand bekannt, bei welchen in unmittelbarer Nähe des Photowiderstandes, vorzugsweise im gleichen Gehäuse wie dieser, ein zusätzliches Bauelement-wie z.
B. ein Gleichrichter, ein Kondensator oder eine Drosselspule-untergebracht ist, welches in entsprechendem Zusammenwirken mit den übrigen Schaltungselementen die Unterscheidung zwischen einer Widerstandsänderung des Photowiderstandes und einem Kurzschluss in der Verbindungsleitung ermöglicht.
Ein Kurzschluss des Photowiderstandes selbst kann hiebei jedoch nicht erfasst werden, was einen empfindlichen Nachteil bildet ; denn bei Flammenüberwachungseinrichtungen ist ein Kurzschluss des im wesentlichen aus halbleitenden Verbindungen bestehenden, den Einwirkungen einer intensiven Temperaturstrahlung ausgesetzten Photowiderstandes - etwa durch thermische Überlastung oder infolge des Eindringens von Fremdkörpern - mindestens ebenso wahrscheinlich wie das Auftreten eines solchen in der Verbindungsleitung zum Detektorrelais ;
diese bekannten Einrichtungen haben ausserdem den Nachteil, dass bei den räumlich meist überaus beschränkten Einbauverhältnissen in unmittelbarer Nähe des als Fühler ausgebildeten Photowiderstandes noch ein zusätzlicher Bauteil untergebracht werden muss, der dann auch wieder der Einwirkung einer erheblichen Strahlungswärme ausgesetzt ist, was wieder gefährliche Betriebsstörungen auslösen kann.
Nach der Erfindung werden nun bei lichtelektrischen Schaltungen der eingangs beschriebenen Art diese sämtlichen Nachteile dadurch behoben, dass das Detektorrelais als Stufenrelais ausgebildet ist, dessen erste, den ersten Relaiskontakt betätigende Schaltstufe bei beleuchtetem Photowiderstand und dessen zweite, den zweiten Relaiskontakt betätigende Schaltstufe bei einem Kurzschluss im Photowiderstand selbst oder in seiner Verbindungsleitung zur Relaiswicklung erregt ist, wobe i beide Relaiskontakte in einem Arbeitsstromkreis einer Folgeschaltung in Reihe liegen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen lichtelektrischen Schaltung dargestellt, u. zw. in Fig. 1 eine solche mit einem Wechselstrom-Stufenrelais und in Fig. 5 eine Variante mit einem Gleichstrom-Stufenrelais ; Fig. 2,3 und 4 zeigen den Kontaktfedersatz in drei Schaltstellungen.
Bei der in Fig. l dargestellten Schaltung besteht das Detektorrelais 1 aus dem Magnetkern 2 und dem
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Anker 3, dessen Bewegung über einen Pimpel 4 auf eine Kontaktfeder 5 übertragen wird, die zusammen mit den Kontaktfedern 6 und 7 den Kontaktfedersatz bildet ; die Wicklung 8 des Detektorrelais 1 ist über eine Verbindungsleitung 9 mit dem Photowiderstand 10 in Reihe geschaltet und liegt mit den Klemmen 11 und 12 an einer Wechselspannungsquelle.
An den Kontaktfedern 5 ; 6 und 7 sind Kontaktköpfe 13,14 und 15 bzw. 16 angeordnet, wobei die Kontakte 13 und 14 für den an die Federn 5 und 7 angeschlossenen Arbeitsstromkreis 17 einerFolgeschaltung 18 einen Arbeitskontakt 13/14 und die Kontaktnieten 15 und 16 einen Ruhekontakt 15/16 bilden, der mit dem Arbeitskontakt 13/14 in Reihe im Arbeitsstromkreis 17 der Folgeschaltung 18 liegt. Die Folgeschaltung 18 enthält die gesamte Programm-Steuerung z. B. einer Feuerungsanlage. Wird eine Feuerungsanlage mittels eines von Hand oder thermostatisch betätigten Schalters in Betrieb gesetzt, so kann sie z. B. nur dann in Betrieb bleiben, wenn nach dem Zustandekommen einer Flamme der Arbeitsstromkreis 17 geschlossen ist.
Nach erfolgter Inbetriebsetzung führt jede Unterbrechung des Arbeitsstromkreises 17 zu einer Abschaltung der Feuerungsanlage.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung geht insbesondere aus den Fig. 2,3 und 4 hervor.
Der Kontaktfedersatz kann drei verschiedene Schaltstellungen einnehmen ; jeder dieser Schaltstellungen entspricht eine bestimmte Stärke des in der Wicklung 8 des Detektorrelais 1 fliessenden Erregerstromes I. Bei unbeleuchtetem Photowiderstand 10 ist dessen Widerstandswert sehr gross, folglich der Erreger-
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dargestellten Ruhelage bleiben. Der Arbeitskontakt 13/14 ist dabei geöffnet und der Arbeitsstromkreis 17 unterbrochen.
Wird der Photowiderstand beleuchtet, z. B. durch die Strahlung einer Flamme, so sinkt sein Wider- standswert auf einen endlichen Wert, z. B. auf einige hundert Ohm, ab. Der gleichzeitig ansteigende Er- regerstrom I bewirkt nun das Anziehen des Detektorrelais, wobei bei der in diesem Fall gegebenen Erre- gerstromstärke die Bewegung des Relaisankers bei geeigneter Wahl der Federsatzkennlinie dann zum
Stillstand kommt, wenn sich die Kontaktnieten 13 und 14 mit genügendem Kontaktdruck berühren, wobei der Ruhekontakt 15/16 geschlossen bleibt. In dieser Stellung des Kontaktfedersatzes, welche die Fig. 3 erkennen lässt, ist der Arbeitsstromkreis 17 geschlossen, und die Folgeschaltung 18 und eine durch diese gesteuerte Feuerungsanlage befindet sich in einem ordnungsgemässen Betriebszustand.
Tritt nun z. B. während des Betriebes in der Verbindungsleitung 9 oder im Photowiderstand 10 ein
Kurzschluss auf, so steigt der Erregerstrom I auf einen im wesentlichen allein durch die Relaisimpedanz bestimmten oberen Grenzwert, an und die Erregung des Detektorrelais nimmt stark zu. Dabei überschreitet der Kontaktdruck des Arbeitskontaktes 13/14 den Kontaktdruck des Ruhekontaktes 15/16, der Ruhekontakt
15/16 wird geöffnet und damit der Arbeitsstromkreis 17 unterbrochen, was, wie erwähnt, zu einer Abschaltung der von der lichtelektrischen Schalteinrichtung überwachten Anlage führt.
Beim Verschwinden einer den Photowiderstand treffenden Strahlung, z. B. beim Erlöschen der Flamme in einer Feuerungsanlage, sowie bei einer Unterbrechung der Verbindungsleitung 9 oder des Photowiderstandes 10 wird das Detektorrelais 1 entregt und die überwachte Anlage ebenfalls ausser Betrieb gesetzt.
Die beschriebene lichtelektrische Schalteinrichtung ist also vollständig-eigensicher.
Durch den Betrieb einer Relaisanordnung mit Gleichstrom lässt sich deren Ansprechempfindlichkeit bekanntermassen steigern. Eine für den Erfindungsgegenstand dazu geeignete Schaltung ist in der Fig. 5 dargestellt. In der Fig. 5 entspricht das Detektorrelais 1 in allen bereits beschriebenen Merkmalen und Wirkungen dem Detektorrelais 1 gemäss den Fig. 1, 2,3 und 4. Zur Gleichrichtung einer an Klemmen 11 und 12 anliegenden, die Einrichtung speisenden Wechselspannung ist lediglich zusätzlich ein Einweggleichrichter 19 angeordnet.
Um den Photowiderstand 10 zur Vermeidung von Polarisationserscheinungen nicht mit Gleichstrom zu beaufschlagen, ist dieser in Reihe mit einem der Glättung des pulsierenden Gleichstromes dienenden Kondensator 20 demDetektorrelais 1 parallelgeschaltet. Das Detektorrelais spricht in dieserSchaltung auf den Gleichstrommittelwert des Erregerstromes I an. Dieser Gleichstrommittelwert ist von der Leitfähigkeit des an den Punkten 21 und 22 angeschlossenen, den Photowiderstand 10 und die Verbindungsleitung 9 enthaltenden Schaltungszweiges abhängig ; den die Leitfähigkeit dieses Schaltungszweiges bestimmt die Wirksamkeit des Glättungskondensators 20.
Auch bei dieser Schaltung treten drei ausgeprägte Erregerstromstärken auf, je nachdem, ob der Photowiderstand unbeleuchtet, beleuchtet oder an einer beliebigen Stelle zwischen den Punkten 21 und 22 kurzgeschlossen ist. Die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltungen gemäss denFig. 1 und 5 ist also hinsichtlich der vorliegenden Aufgabenstellung gleichartig.
Zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist nahezu jedes gewöhnliche Relais verwendbar, zu welchem sich meist mühelos eine in ihrer Wirkung dem in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Kontaktfedersatz entsprechende Kombination von Kontaktfedern finden lässt. Bei einem Stufenrelais für die erfindungs-
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gemässe Schaltung kann der sonst bei elektromagnetischen Relais erforderliche Klebstift zwischen Anker und Kern entfallen wodurch der zum Öffnen des Ruhekontaktes 15/16 benötigte Kontaktweg gewonnen wird, so dass beim Erfindungsgegenstand keine Verkürzung der Kontaktwege des Detektorrelais in Kauf genommen werden muss.
Natürlich eignet sich zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes auch ein Stufenrelais mit zwei Ankern, wobei die Kontaktfolge "schliessen vor öffnen" nur für die beschriebenen Beispiele zu fordern ist. Es kann genau so gut durch jede der beiden Schaltstufen eines Stufenrelais je ein Arbeitskontakt geschlossen oder irgendeine beliebige andere Kontaktfolge geschaltet werden, wenn dies für die Ausbildung der Folgeschaltung 18, von der verschiedene Ausführungsformen bekannt sind, günstiger ist.
In diesem Fall würde die Folgeschaltung 18 dann anstatt über den einzigen Arbeitsstromkreis 17 über zwei Arbeitsstromkreise, über zwei Ruhestromkreise oder über eine Kombination aus diesen mit der lichtelektrischen Schalteinrichtung in Wirkungsverbindung stehen. Dem Relais 1 kann zur Signalisation einer Störung ein weiterer, beliebig gearteter Kontaktfedersatz zugeordnet sein, dessen Kontakte in einem besonderen Signalstromkreis liegen. Auch ist es möglich, durch selbsttätiges Vergleichen der elektrischen Zustände des Erregerstromkreises der lichtelektrischen Schalteinrichtung und des Arbeitsstromkreises 17 (oder diesem entsprechender Stromkreise) ein Kriterium für eine Störungsmeldung zu gewinnen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtelektrische Schaltung mit Detektorrelais, Photowiderstand sowie Organen zur Eigensicherung, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorrelais (1) als Stufenrelais ausgebildet ist, dessen erste, den ersten Relaiskontakt (13-14) betätigende Schaltstufe bei beleuchtetem Photowiderstand (10) und dessen zweite, den zweiten Relaiskontakt (15-16) betätigendeSchaltstufe bei einem Kurzschluss im Photowiderstand selbst oderin seiner Verbindungsleitung (9) zur Relaiswicklung (8) erregt ist, wobei beide Relaiskontakte in einem Arbeitsstromkreis (17) einer Folgeschaltung (18) in Reihe liegen.