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Kurzzeitschalter zum Schalten eines Stromkreises für eine begrenzte
Zeitdauer Die Erfindung betrifft einen Kurzzeitschalter zum Schalten eines Stromkreises
für eine vorbestimmte begrenzte Zeitdauer unabhängig von der Dauer der Betätigung
seines Betätigungsglieds, insbesondere zum Zünden von Hochdruck-Gasentladungslampen,
bei dem zu Beginn der Schaltbewegung mit Hilfe des Betätigungsglieds ein Energiespeicher
aufgeladen wird, der nach Auslösen einer Rast das Schaltglied in die Einschaltstellung
bewegt.
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Es ist bekannt, ein Schaltglied eines Drehschalter-Sprungwerks mit
Hilfe eines Handgriffs und einer Moment-Schaltfeder zuerst in die Einschaltstellung
zu bringen, dann nach Ausrasten des Handgriffs durch eine zweite Feder wieder in
die Ausschaltstellung zu werfen. Die Dauer der Kontaktgabe hängt sowohl von der
Geschwindigkeit des Ausrastens ab, die wieder von der Geschwindigkeit der Schalterdrehung
beeinflußt ist, als auch von der Kraft der Feder und der Masse des Schaltglieds,
das aus der Einschaltstellung heraus erst wieder für den Rücklauf beschleunigt werden
muß. Mit diesem Schalter können daher keine sehr kurzen Schaltzeiten erreicht und
diese auch nicht sehr -enau bemessen CD
werden. Es sind auch Schalter bekannt,
bei denen ebenfalls die Wirkung zweier einander entgegengeschalteter Federn ausgenutzt
wird, wobei ein Schaltglied, dessen Trägheit noch um eine zusätzliche Schwungmasse
vergrößert ist, zwischen Kontaktfedem hinein und wieder zurück bewegt wird. Die
Kontaktzeit ist dabei wiederum von der Stärke beider Federn und der Trägheit des
verwendeten Schaltglieds abhängig.
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Weiter ist auch eine Schalteinrichtung bekannt, bei der eine geradlinig
gleitend geführte Masse, welche einen Kontaktkörper trägt, vorgeschleudert wird,
so daß der Kontaktkörper zwischen zwei Kontaktstücke tritt, und dann von einer Feder
zurückgeholt wird. Auch dabei ist also eine Bewegungsumkehr des Schaltglieds notwendig,
und die Schaltzeit hängt von der Beschleunigung der Masse, der Reibung an der Führung
und an den Kontaktstücken und von der Stärke der Feder, aber auch von der Lage der
Einrichtung ab. Neigt man sie, so wird die Schaltzeit geändert. Es ist daher nicht
oder nur sehr schwer möglich, die Schaltdauer sehr kurz zu machen und genau zu bemessen.
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Schließlich ist es auch bekannt, elektrische Schaltelemente, insbesondere
Kondensatoren zu verwenden, die zeitlich begrenzt auf einen Stromkreis einwirken.
Diese sind verhältnismäßig teuer in der Herstellung und im Zusammenbau und arbeiten
vielfach bei erhöhten Temperaturen nicht mehr zuverlässig. Sie sind daher beispielsweise
nicht für den Einbau in Lampengehäuse geeignet, die mit Hochdruck-Gasentladungslampen
bestückt sind, welche mit Hilfe eines durch kurze Impulse betätigten Zündgerätes
gezündet werden.
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Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß das
Schaltglied hin- und hergehend ausgeführt und mindestens teilweise von einer verschiebbaren
Hülse aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff umgeben ist, welche beim Bewegen des
Schaltglieds in eine Richtung im Verhältnis zu diesem zurückbleibt, so daß eine
leitende Oberfläche (Bolzen) des Schaltglieds im Bereich der vom Schaltglied beeinflußten
Kontakte zugänglich ist, und beim Rückgang des Schaltglieds sich so gegen dieses
verschiebt, daß es diese leitende Oberfläche verdeckt.
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Das Schaltglied schließt also die Schaltverbindung nur auf einem begrenzten
Teil seines Vorlaufweges. Die Masse des Glieds hat daher nur einen sehr geringen
Einfluß auf die Schaltdauer. Durch Einsetzen einer anderen Feder oder bei besonders
vorteilhafter Ausbildung des Schalters mit einem Bremskolben durch Wahl dieses Kolbens
kann die Schaltzeit in weiten Grenzen und genau eingestellt werden.
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Es ist zweckmäßig, mindestens einen federnden Kontakt seitlich des
Schaltglieds anzuordnen, der von dem Schaltglied beim Vorlauf berührt wird, wodurch
sich die Schaltverbindung schließt.
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Zum Gegenstand der Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel in der Zeichnung
dargestellt. Sie zeigt in Fig. 1 ein Lampenhaus, zum Teil schematisch und
im Schnitt, mit der zum Verfahren benutzten Schaltung,
Fig. 2 bis
4 einen Längsschnitt des Schalters bei verschiedenen Bewegungszuständen, Fig.
5 einen Querschnitt nach V-V der Fig. 2.
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In einem Lampenhaus 1 ist ein Ständer 2 untergebracht, der
mit Haltern 3 und 4 die Elektroden einer auswechselbaren Hochdruck-Gasentladungslampe
5 erfaßt. An dem Ständer ist ein Spiegel 6
befestigt, der das Licht
der Lampe durch eine Öffnung 7 des Lampenhauses wirft. Ein an einem besonderen
Ständer 8 angebrachter Hilfsspiegel 9
unterstützt diesen Vorgang.
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An einem Pol einer Gleichstromquelle 10 ist eine Leitung
11 angeschlossen, die über eine Klemmleiste 12 des Lampenhauses zu dem Halter
4 führt.
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Eine zweite, vom anderen Pol derselben Gleichstromquelle kommende
Leitung 13 geht über die Klemmleiste 12 zu einem im rückwärtigen Teil des
Lampenhauses untergebrachten Zündgerät 14. Von diesem führt eine Leitung
15 zu dem Halter 3. Über die genannten Leitungen wird der Betriebsstrom
während des Brennens der Lampe geführt Von einem Pol einer Wechselstromquelle
16 aus geht eine Leitung 17 ebenfalls zu dem Zündgerät 14. Eine zweite
Leitung 18 verbindet den anderen Pol der Wechselstromquelle mit einer Klemme
19 eines Kurzzeitschalters 20. Eine zweite Klemme 21 dieses Schalters ist
über eine Leitung 22 wieder an das Zündgerät 14 angeschlossen.
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Der Kurzzeitschalter 20 hat die Aufgabe, dem Zündgerät 14 über einen
begrenzten Zeitabschnitt, der höchstens 0,5 Sekunden Dauer haben soll, einen
Wechselstrom aus der Stromquelle 16 zuzuführen. Das Zündgerät erzeugt durch
diesen Stromstoß eine sehr hohe Spannung, welche einen Strornübergang zwischen den
nicht dargestellten Elektroden der Lampe 5 einleitet, nach diesem Zündvorgang
aber wieder rasch abklingen soll, damit Zündgerät, Lampe und Leitun-en nicht beschädigt
werden.
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Der Aufbau des Schalters 20 ist in den Fig. 2 bis 4 wiedergegeben.
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Ein Gehäuse 23 ist mit Hilfe einer Hohlschraube 24 an der rückwärtigen
Wand 25 des Lampenhauses 1
befestigt. Das Gehäuse hat eine Längsbohrung
26,
die durch einen mittleren, engeren Abschnitt 27 in einen Federraum
28 und einen Schaltraum 29 unterteilt ist.
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In das linke Ende des Federraums 28 ist ein Gewinde
30 eingedreht, in das die Hohlschraube 24 eingeschraubt ist. In der Hohlschraube
ist gleitend eine Druckhülse 31 geführt, deren linkes Ende als Druckknopf
32 dient und deren Auswärtsbewegung durch einen Flansch 33 am inneren
Ende der Druckhülse begrenzt wird, da sich dieser in der Lage der Fig. 2 gegen das
innere Ende der Hohlschraube 24 legt.
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Eine Höhlung 34 der becherförinigen Druck-hülse 31 ist durch
eine in die offene Seite der Druckhülse eingesetzte Zwischenhülse 35 dicht
verschlossen. Die Druckhülse ist in dem Federraum 28 gleitend geführt und
hat die Form eines abgestuften Bechers. Im Boden 36 dieses Bechers befindet
sich eine Bohrung 37, in der gleitend der Schaft 38 eines Schaltgliedes
39 geführt ist. Auf der Innenseite des Bodens 36
liegt eine Dichtungsscheibe
40, die unter dem Druck einer Speicherfeder 41 steht und daher die Bohrung
37 nach innen dicht hält. Das entgegeilgesewe Ende du Speicherfeder 41 stützt
sich gegen eine Anschlagscheibe 42, die an einer Nut 43 des Schafts 38 be-
festigt
ist. Das links dargestellte Ende des Schafts 38 ragt in die Höhlung 34 und
ist dort mit einer als Kolben 44 dienenden Manschette versehen. Eine zwischen eine
Stützscheibe 45 und einen Druckteller 46 eingespannte Hilfsfeder 47 hält den Kolben
46 gegen eine in der Nähe des Schaftendes befestigte Anlagescheibe 48.
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Eine Rückführfeder 49 ist einerseits gegen einen Absatz
50 innerhalb der Zwischenhülse 35, andererseits gegen einen an den
Abschnitt 27 der Längsbohrung 26 angrenzenden Absatz 51 des
Gehäuses 23
abgestützt.
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In dem Abschnitt 27 ist gleitend eine Hülse 52 aus elektrisch
isolierendem Werkstoff geführt, in der wiederum gleitend das vordere Ende des Schaltgliedes
39 gelagert ist. Dessen Endabschnitt ist zu einem Bolzen 53 aus elektrisch
leitendem Werkstoff ausgebildet.
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In den Schaltraum 29 ragen zwei hakenförmig gebogene, federnde
Kontakte 54, 55 von denen jeder an einer der Klemmen 19, 21
befestigt ist. Ihre einwärts gerichteten Enden haben in der in Fig. 2 dargestellten
Ruhelage einen kleineren Abstand, als es dem Durchmesser des Bolzens 53 entspricht.
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Auf der Ober- und Unterseite des Gehäuses 23 ist
je ein Schlitz 56, 57 angebracht (vgl. Fig. 5). In Anfräsungen
58, 59 des Gehäuses 23 sind Schrauben 60,
61 eingedreht,
die jeweils ein Ende von zwei Blattfedern festhalten. Die als Rastfedern
62, 63 dienenden Blattfedern liegen mit einem Abschnitt unter Vorspannung
auf dem Grund der Nuten 56, 57 an dem Mittelteil des Gehäuses 23 an
und sind rechts davon so in den Schaltraum 29 hineingekrümmt, daß sie sich
als Anschlag vor die als Rastfläche 66
dienende Stirnfläche der Hülse
52 legen. Die Enden der Federn sind von dort wieder ein kurzes Stück nach
auswärts gebogen.
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Die als Stützfedern dienenden Blattfedern 64, 65
legen sich
auf die an dem Mittelteil des Gehäuses 23
anliegenden Abschnitte der Rastfedern
62, 63.
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Die Rastfedein sind so geformt, daß sie in der in Fig. 2 dargestellten
Ruhelage links einer Schulter 67
in diesen Raum hineinragen, so daß sie sich
innerhalb der Bewegungsbahn der inneren Endkante 68
der Zwischenhülse
35 befinden.
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Die Teile des Schalters befinden sich bei der in Fig. 2 gezeichneten
Lage in ihrer Ruhestellung. Die Kontakte 54 und 55 sind voneinander getrennt,
der Zündstromkreis der Leitungen 17, 18 ist daher unterbrochen. Zum Einleiten
des Zündens drückt nunmehr der Vorführer auf den Druckknopf 32. Dadurch schieben
sich die Druckhülse 31 und die mit ihr verbundene Zwischerhülse
35 nach rechts in die Stellung nach Fig. 3. Mit Hilfe der Speicherfeder
41 wird dabei zunächst das Schaltglied 39 ein Stück mitgenommen, bis dessen
Anschlagscheibe 42 auf das als Anschlagfläche 69 dienende linke Ende der
Hülse 52 trifft. Da diese Hülse durch die Enden der Rastfedern
62, 63 festgehalten wird, bleibt das Schaltglied in der erreichten Stelluna,
in welcher der Bolzen 53
ein Stück aus der Hülse 52 herausragt; die
Speicherfeder 41 wird gespannt. Der Kolben 44 gleitet ins Innere der als Zylinder
dienenden Höhlung 34 hinein, die dort beflindliche Luft wird auf die rechte Seite
des Kolbens verdrängt.
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überschreiten die Druckhülse 31 und die Zwischenhülse
35 die Stellung nach Fig. 3 und rücken sie in die Stellung nach Fig.
4, so hebt die Endkante 69
der Zwischenhülse die freien Enden
der Rastfedern 62 und 63 aus dem Bereich der Hülse 52. Diese
Hülse kann sich daher zusammen mit dem Schaltglied 39 unter der Kraft der
Speicherfeder 41 weiter nach rechts bewegen. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung
wird dadurch begrenzt, daß der Kolben 44 in der Höhlung 34 nach rechts gleiten,
also die dort befindliche Luft wieder auf seine andere Seite verdrängen muß. Das
ist nur mit einer begrenzten, durch die Bemessung des Kolbens bestimmten Geschwindigkeit
möglich.
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Während dieser Bewegung gleitet der Bolzen 53
zwischen die Kontakte
54 und 55, drückt sie auseinander und verbindet sie dadurch leitend. Der
Zündstromkreis wird also geschlossen, und das Zündgerät 14 schickt einen hochgespannten
Stromstoß in die Lampe 5.
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Da sich das Schaltglied 39 und die Hülse 52 aber ständig
weiterbewegen, tritt kurz darauf die Hülse 52
zwischen die Kontakte 54 und
55 und hebt deren Verbindung wieder auf. Schließlich kommen die genannten
Teile in der Stellung nach Fig. 4 zur Ruhe. Ihre Vorwärtsbewegung ist, wie aus dem
beschriebenen Ablauf hervorgeht, unabhängig davon, wie rasch und wie lange der Druckknopf
32 gedrückt wird.
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Während dieser Vorgänge ist auch die Rückführfeder 49 gespannt worden.
Läßt der Vorführer den Druckknopf 32 wieder los, so führt diese Feder die
Zwischenhülse 35 und die Druckhülse 31 wieder in die Ausgangslage
zurück. Beide nehmen dabei über die Stützscheibe 45 auch das Schaltglied
39 mit nach links. Es gleitet dabei zunächst in der durch Reibung festgehaltenen
Hülse 52, so daß der Bolzen 53 in dieser Hülse verschwindet, und nimmt
erst dann diese Hülse mit in die Stellung nach Fig. 2. Beim Rückgang des Schaltgliedes
wird also keine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 54 und 55 hergestellt.
Gleichzeitig strömt wieder Luft von der linken auf die rechte Seite des Kolbens
44, schließlich schnappen die Enden der Rastfedern 62, 63 wieder vor die
Rastfläche 66, und die Teile des Schalters haben wieder ihre Ruhelage nach
Fig. 2 erreicht.
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Erst nach Rückkehr aller Teile in die Ausgangslage ist es möglich,
einen zweiten Zündimpuls zu geben, wenn etwa der erste nicht zum Zünden der Lampe
geführt hat. Dadurch ist das Zündgerät gegen überlastung gesichert.
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Wie aus den beschriebenen Vorgängen hervorgeht, wird also die Zeit,
während welcher der Zündstromkreis geschlossen ist, durch die Geschwindigkeit bestimmt,
mit der sich der Bolzen 53 und die ihm unmittelbar folgende Hülse
52 zwischen den Kontakten 54, 55 hindurchbewegen (selbstverständlich
ebenfalls von der Länge des aus der Hülse hervorragenden Teils des Bolzens). Diese
Geschwindigkeit kann in weiten Grenzen beliebig durch Wahl einer entsprechenden
Speicherfeder 41 und einer geeigneten Ausbildung des Kolbens 44 und des Hohlraums
34 bemessen werden. Sie wird so klein eingestellt, daß die Kontaktzeit mindestens
eine Periode des Wechselstroms erfaßt; dadurch ist die notwendige Stärke der Bremswirkung
gegeben. Sie muß andererseits so groß sein, daß keine überlastung der Geräte auftritt;
damit ist die Stärke des Kraftspeichers bestimmt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
die Kontaktzeit auf etwa 0,2 Sekunden zu begrenzen.
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Der Schalter ist als geschlossene und verhältnismäßig kleine Einheit
leicht an jeder gewünschten Stelle anzubringen. Sein Aufbau aus leicht zu bearbeitenden
Einzelteilen erlaubt das Herstellen, Montieren und überwachen mit verhältnismäßig
geringen Kosten.
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An Stelle der Rastfedern 62, 63 können auch andersartige Rasteinrichtungen,
wie z. B. Klinken, verwendet werden. Sie können unmittelbar durch Berührung mit
der Zwischenhülse 35 oder auch durch Zwischenglieder, wie Hilfshebel, ausgelöst
werden. Es kann auch zweckmäßig sein, die Rastglieder nicht abhängig vom Weg der
bewegten Glieder auszulösen, sondern in dem Augenblick, in dem der Klaftspeicher,
beispielsweise die Speicherfeder 41, bis zu einer bestimmten Kraft aufgeladen ist.
Die Rastelemente können zu diesem Zweck durch Schnappfedem abgestützt sein, die
nach überschreiten einer bestimmten Andrückkraft ausweichen.
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An Stelle der unmittelbaren Einwirkung auf die Kontakte kann das Schaltglied
auch über Nocken und Zwischenstücke auf Kontakte einwirken, die beispielsweise beide
auf einer Seite des Schaltgliedes liegen, oder die Kontakte durch Umlegen von Andrückhebeln
kurzzeitig zur Berührung bringen. An Stelle des Verdeckens durch eine übergeschobene
Hülse kann ein Kontaktgeben auf dem Rückweg beispielsweise auch dadurch verhindert
werden, daß das Schaltglied um seine Längsachse verdreht wird.
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An Stelle der Federkraft kann auch ein Druckspeicher anderer Art,
beispielsweise unter Verwendung von Luftdruck, angeordnet werden. Zum Bremsen kann
an Stelle der Luft auch Flüssigkeit Verwendung finden.
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Der Druckknopf 32 oder ein mit ihm vergleichbares Glied kann
an Stelle einer Handbetätigung auch elektromagnetisch, hydraulisch oder auf sonst
eine Art der Kraftübertragung betätigt werden.
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Die Teile des Schalters können an Stelle der geradlinig hin- und hergehenden
Bewegung auch andere Bewegungsformen beschreiben, beispielsweise auf Kreisbahnen
geschwenkt oder um eine Achse fortlaufend weitergedreht werden.