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Elektronisches Zeitrelais
Es sind Zeirelais mit einem öhmsche und kapazitive Widerstände enthaltenden Zeitkreis, der elektronische Schaltelemente steuert, die den Strom in einer Relaiswicklung schalten, bekannt. Weiterhin sind elektronische Zeitglieder bekannt, bei denen die Betriebs- bzw. Steuerspannungen durch Spannungsteilung gebildet sind.
Weiterhin ist es bekannt, als elektronisches Schaltelement eine bistabile Kippschaltung aus einem pnp-und einem npn-Transistor vorzusehen.
Es bestand nun die Aufgabe, ein nach vorgenannten Prinzipien arbeitendes Zeitrelais in einer geringen Baugrösse bei geringem wirtschaftlichen Aufwand zu erstellen, das bei geringer Verlustleistung zum Anschluss an Wechselspannung geeignet ist. Diese Aufgabe. ; wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als elektronisches Schaltelement eine in an sich bekannter Weise aus einem pnp-und einem npn-Transistor bestehende bistabile Kippschaltung vorgesehen ist, dass zur Speisung des Zeitrelais eine übliche Netzwechselspannung, die höher ist als die zulässige Betriebsspannung der Kippschaltung vorgesehen ist, dass zur Spannungsteilung wechselstromseitig ein Kondensator und auf der Gleichstromseite einer dem Kondensator folgenden Vollweg-Gleichrichterschaltung Widerstände vorgesehen sind,
und dass gleichstromseitig ein zusätzlicher Widerstand als die Speisespannung belastender Ersatzwiderstand Sir die Relaiswicklung solange eingeschaltet ist, als das Zeitrelais noch nicht angesprochen hat.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dort wird eine Relaiswicklung 1 mit Hilfe der aus den Transistoren 2 und 3 bestehenden bistabilen Kippschaltung eingeschaltet. Die Transistoren gehören unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp an. In diesem Ausführungsbeispiel ist 2 ein pnp-Transistor und 3 ein npn-Transistor. Die Transistoren sind also zueinander komplementär. Im Basiskreis des Transistor 3 befindet sich ein Zeitkreis, der im wesentlichen aus dem Kondensator 4 und dem Widerstandszweig 5 besteht. Die Speisung des Zeitkreises 4,5 erfolgt an dem Verbindungspunkt 9 des aus den Widerständen 6,7 und 8 gebildeten Spannungsteilers. Auf der Wechselstromseite des Zeitrelais (rechts in der Zeichnung) sind ein Kondensator 10, ein Widerstand 18 und die Gleichrichterbrücke 17 in Reihenschaltung vorgesehen. Zur Glättung der Spannung dienen die Kondensatoren 21 und 22.
Die Wirkungsweise der Zeitrelais ist folgende : Im Ruhezustand ist die Anordnung stromlos und das Relais mit der Wicklung 1, dem Hauptkontakt 13 und den Hilfskontakten 11,12 abgefallen. Die Laufzeit beginnt mit demAnlegen einer Netzwechselspannung von beispielsweise 220 V an die Klemmen 15 und 16. Die Herabsetzung der Netzwechselspannung auf die erforderliche Betriebsspannung, die im Bereich von 20 V liegt, erfolgt durch die Spannungsteilung. Der Widerstand im oberen Zweig des Spannungsteilers wird im wesentlichen durch den Blindwiderstand der Kapazität 10 gebildet. Bei dem gewählten Beispiel fallen etwa 230 V an diesem Blindwiderstand ab. Da dieser Spannungsabfall praktisch ohne Bildung einer Verlustleistung entsteht, ist der Eigenverbrauch der Gesamtanordnung nur so gross wie der Verbrauch des Transistor-Relaisschaltkreises.
Der Widerstand 18 dient lediglich dazu" den Gleichrichter 17 vor unzulässigen Stromspitzen zu schützen. Die gleichgerichtete Spannung wird mittels der Kondensatoren 21 und 22 geglättet. Die Spannung wird durch den Spannungsteiler 5,7 und 8 in die an 7,8 liegende, den
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Zeitkreis 4,5 speisende Spannung und die an 8 liegende Vorspannung aufgeteilt. Der Kondensator 4 wird über den Widerstandszweig 5 nach Massgabe der aus 4 und 5 bedingten Zeitkonstante aufgeladen. Beim Erreichen des Aussteuerbereiches der Basisspannung des Transistors 3 beginnt dieser leitend zu werden.
Die Transistoren 2,3 sind in Kaskade geschaltet und miteinander rückgekoppelt. Durch diese Schaltungsweise erhält die Transistoranordnung eine bistabile Kippcharakteristik (stabiler Sperrzustand und stabiler Einschaltzustand). Die Ansteuerung der Transistoranordnung erfolgt an der Basis 31 des Transistors 3.
Sobald der Transistor 3 durch die Ansteuerung leitend zu werden beginnt, wird dem Transistor 2 Basisstrom zugeführt, wodurch der Transistor 2 seinerseits leitend wird. Der Kollektorstrom des Transistors 2 wirkt verstärkend auf den Basisstrom des Transistors 3 ein. Dadurch kippt die Transistoranordnung in den leitenden Zustand um und das Relais 1 spricht an, so dass der Hauptkontakt 13 eine gewünschte Schalthandlung vornehmen kann.
Beim Ansprechen geht das Relais 1 mit Hilfe des Hilfskontaktes 11 in Selh3thaltung über. Dadurch kann der zunächst überwiegend über den Kondensator 21 erfolgende und von dem Kondensator 22 unterstützte Stromfluss in der Relaiswicklung 1 aufrechterhalten werden. Der Hilfskontakt 12 entlädt über den Widerstand 19 den Zeitkreiskondensator 4. Nach dem Abschalten der Netzwechselspannung von den Klemmen 15 und 16 fällt das Relais 1 ab. Da der Kondensator 4 bereits entladen ist, ist das Zeitrelais sofort wieder betriebsbereit. Während der Laufzeit des Zeitkreises 4, 5 ist das Relais 1 noch nicht angespro- chen. Der Widerstand 20 ist während dieser Zeit an die Betriebsspannung (Ausgangsspannung, d. h.
Gleichspannung des Gleichrichters 17) gelegt. Der Widerstand 20 dient an Stelle der Relaiswicklung 1 zur ersatzweisen Belastung des Gleichrichterkreises, um wegen des verhältnismässig kleinen, durch die Wi- derstände 6,7 und 8 fliessenden Stromes ein unzulässiges Ansteigen der Gleichspannung zu verhüten. Dazu durch sind die Transistoren 2,3 vor unzulässig hoher Spannung geschützt. Der Widerstand 20 hat vorzugweise denOhmwert der Relaiswicklung 1.
Das neue Zeitrelais hat folgende Vorteile :
1. Infolge des kapazitiven Vorwiderstandes 10 ist der Eigenverbrauch ausserordentlich gering.
2. Wegen der Vermeidbarkeit eines Netztransformators kann das Zeitrelais ausserordentlich raumsparend aufgebaut werden.
3. Durch die Anwendung der Kaskadenschaltung mit komplementären Transistoren in Rückkopplungsschaltung wird der Strombedarf im Basissteuerkreis so weit herabgesetzt (auf die Grössenordnung pA), dass sein Einfluss auf den Zeitkreis 4, 5 sehr klein ist. Hiedurch kann auch bei Verwendung eines hochohmigen Zeitkreiswiderstandes 5 eine grosse Genauigkeit bei der Reproduzierung der Ansprechwerte erzielt werden.
Die Anwendung eines hochohmigen Zeitkreiswiderstandes 5 ist vorteilhaft, weil sich bei gleicher Zeitkonstante in Verbindung mit dem Zeitkreiswiderstand 5 ein kleinerer Kapazitätswert des Zeitkreiskondensators 4 ergibt als bei Verwendung eines niederohmigen Zeitkreiswiderstandes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zeitrelais mit einem ohmsche und kapazitive Widerstände enthaltenden Zeitkreis, der elektronische Schaltelemente steuert, die den Strom in einer Relaiswicklung schalten, wobei die Betriebs- bzw.
Steuerspannungen des Zeitrelais durch Spannungsteilung gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronisches Schaltelement eine in an sich bekannter Weise aus einem pnp- (2) und einem npn-Tränsistor (3) bestehende bistabile Kippschaltung vorgesehen ist, dass zur Speisung des Zeitrelais eine übliche Netzwechselspannung, die höher ist als die zulässige Betriebsspannung der Kippschaltung (2,3), vorgesehen ist, dass zur Spannungsteilung wechselstromseitig ein Kondensator (10) und auf der Gleichstromseite einer dem Kondensator (10) folgenden Vollweg-Gleichrichterschaltung (17) Widerstände (6, 7". 8) vorgesehen sind, und dass gleichstromseitig ein zusätzlicher Widerstand (20) als die Speisespannung belastender Ersatzwiderstand für die Relaiswicklung (l) solange eingeschaltet ist, als das Zeitrelais noch nicht angesprochen hat.