DE1538789C - Steuervorrichtung fur eine elektromag netische Antriebs und/oder Bremskupplung - Google Patents

Description

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F i g. 6 ein Schaltdiagramm eines weiteren Aus- nungsverdoppler-Gleichrichterschaltung, die Energie

führungsbeispiels der Erfindung. aus einer Wechselstromquelle zieht, welche durch

Gleiche Bezugszeichen sind für die entsprechen- zwei Wechselspannungs-Versorgungsleitungen Ll

den Teile in allen Figuren verwendet. und L 2 dargestellt wird. Die Bremsspannungsver-

In F i g. 1 ist schematisch eine elektromagnetische 5 sorgung enthält zwei Gleichrichter oder Dioden D 1 Kupplungsvorrichtung gezeigt, auf die die Steuerung und D 2, die mit der Leitung L1 mit entgegengesetznach der Erfindung angewendet wird^Die elektro- ter Polung verbunden sind, so daß jede mittels Einmagnetische Kupplungsvorrichtung besteht in be- weggleichrichtung eine pulsierende Gleichspannung kannter Weise aus einer Kupplung 11 und aus einer erzeugt, die an jeweils einen von zwei Filter- und Bremse 13, die vorzugsweise mittels Reibung arbei- io Speicherkondensatoren C1 und C 2 gelegt wird, ten und so angeordnet sind, daß sie die Drehzahl Eine Klemme jedes Kondensators ist gemeinsam mit einer angetriebenen Welle 15 steuern, wobei die der Leitung L 2 verbunden. Infolge der entgegen-Drehenergie einem Motor 17 entnommen wird. Die gesetzten Polung der Dioden D 1 und D 2 werden Welle des Motors 17 ist mit einem Kupplungs- die Kondensatoren C1 und C 2 mit entgegengesetzantriebsglied verbunden, das im vorliegenden Falle 15 ten Gleichspannungen in bezug auf die Leitung L 2 als eine rotierende Elektromagnetanordnung 19 mit während abwechselnder Halbperioden der angelegeiner Feldwicklung 21 gezeigt ist. Strom wird der ten Wechselspannung aufgeladen. Somit arbeitet Wicklung 21 durch geeignete (nicht gezeigte) Schleif- diese Schaltung als Spannungsverdoppler, wobei die ringe zugeführt. Ein scheibenförmiger Anker 23 ist bei Leerlauf an der Reihenschaltung der Kondenauf der Ausgangs- oder Abtriebswelle 15 befestigt. 20 satoren Cl und C 2 erzeugte Spannung annähernd Der Anker 23 ist in dem Feld der Elektromagnet- gleich der doppelten Amplitude der Versorgungsanordnung 19 angeordnet, so daß beim Erregen der spannung ist. Die Bremswicklung 27 wird mittels Wicklung 21 der Anker in Reibungseingriff mit dem eines Kontaktsatzes SlA eines Schalters Sl, der Antriebsglied 19 gezogen wird. Somit kann ein Dreh- beispielsweise ein elektromagnetisch betätigtes Relais moment zwischen den Gliedern 19 und 23 durch 25 sein kann, an diese Spannung gelegt. Analog besteht Steuerung der Erregung der Wicklung 21 übertra- die Stromversorgung für die Kupplungswicklung aus gen werden. den Dioden D 3, D 4, den Kondensatoren C 3, C 4

Die Bremse 13 ist von ähnlichem Aufbau wie die und dem Kontakt SIß.

Kupplung 11 und besitzt einen Anker 24 sowie einen Die Spannungsregelcharakteristik von Spannungs-Elektromagnet 25 mit einer Feldwicklung 27. Bei 30 Vervielfacherschaltungen ist üblicherweise sehr der Bremse ist jedoch der Elektromagnetaufbau orts- schlecht, da die Spannung unter Belastung wesentfest am Rahmen oder an einem anderen stationären Hch geringer ist als die Leerlaufspannung. Die Bezugspunkt, beispielsweise 29, befestigt. Wenn die Regelcharakteristik hängt in hohem Maße von dem Wicklung 27 erregt wird, erfolgt ein Anziehen des Wert der verwendeten Kondensatoren ab. Bei der in Ankers 24 in Reibungseingriff mit dem Elektro- 35 Fig. 2 veranschaulichten Vorrichtung sind die magneten 25, so daß ein Bremsdrehmoment zwischen Nennwerte der Kupplungs- und Bremswicklung 21 dem Elektromagneten 25 und der Welle 15 ausge- und 27 derart gewählt, daß die für den Voll- oder übt wird. Dauerbetrieb erforderliche Spannung beträchtlich

Auf Grund der Induktivität der Wicklungen 21 unter der Spitzenspannung des Spannungsverdopp- und 27 und des Auftretens von Wirbelströmen in 40 lers liegt. Bei einer Vorrichtung, die beispielsweise den gewöhnlich nicht aus Lamellen bestehenden aus dem Netz mit einer Effektivspannung von 110 V magnetischen Gliedern der Kupplung und der Bremse oder einer Spitzenspannung von ungefähr 150 V gereagiert keine dieser Vorrichtungen sofort beim An- speist wird, lädt die Spannungsverdoppler-Stromverlegen einer Spannung an die entsprechende Wick- sorgung für die Kupplungswicklung 21 die durch die lung. Es vergeht vielmehr eine merkliche Zeit, bevor 45 in Reihe geschalteten Kondensatoren C 3 und C 4 Strom in der Wicklung fließt und das über die Kupp- dargestellte Kapazität bei Leerlauf auf eine Gesamtlung übertragene Drehmoment seinen Betriebswert spannung von annähernd 300 V auf. Die Kupplungserreicht. Um einen rascheren Aufbau des Stromes wicklung 21 kann beispielsweise für eine Dauererre- und des Drehmomentes zu erzielen, werden die Wick- gung einen Nennwert von annähernd 50 V besitzen, lungen 21 und 27 über eine Spannungsvervielfacher- 50 Die Werte der Kondensatoren C 3 und C 4 werden steuerung 30 erregt. Wie nachstehend noch im ein- dann derart gewählt, daß die von der Verdopplerzelnen beschrieben wird, bewirkt diese Steuerung schaltung an die Kupplungswicklung bei Dauererreeine Übererregung einer Wicklung durch anfäng- gung angelegte Spannung annähernd 50 V ist, ein liches Erregen derselben mit einer Spannung, die Pegel, der ein dauerndes Aufrechterhalten der höher ist als diejenige Spannung, die zum Aufrecht- 55 Nenndrehmomentübertragung zwischen den zueinerhalten der Erregung der Wicklung bei der Dauer- ander drehbaren Teilen mittels der Kupplung gebetriebsübertragung des gewünschten Drehmoments stattet.

erforderlich ist. Diese Anfangs-Ubererregung wird Wenn die Kupplungswicklung 21 nicht an ihre ohne die Verwendung einer Vielzahl von Stromver- Stromversorgung angeschlossen ist, werden die Konsorgungen und ohne zeitgesteuerte Schaltvorrichtun- 60 densatoren C 3 und C 4 geladen, so daß die Gegen zur Umschaltung erzielt. samtspannung über ihnen annähernd 300 V erreicht Die F i g. 2 veranschaulicht eine Steuerschaltung und eine beachtliche Energiemenge bei diesem gemäß der Erfindung, die ein beschleunigtes Erregen Spannungspegel kapazitiv in ihnen gespeichert wird, sowohl der Kupplungs- als auch der Bremswicklung Wenn somit die Kupplungswicklung 21 zu Beginn an 21 bzw. 27 ermöglicht. Die Kupplungs- und Brems- 65 ihre Stromversorgung durch Schließen des Kontakwicklung werden aus getrennten Stromversorgungen tesSlB angelegt wird, dann übererregt die gespeierregt, die einen an sich bekannten Spannungsver- cherte Energie die Kupplung 21 bei diesem höheren vielfacher besitzen. Dieser besteht aus einer Span- Spannungspegel, so daß sie ihr Nenndrehmoment

viel rascher übertragen kann, als wenn die Spannung nur gleich dem Nennwert bei Dauererregung wäre. Die gespeicherte Energie bringt eine Ubererregung nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit, so daß nach einer vorher bestimmbaren Verzögerung die von der Spannungsverdopplerschaltung gelieferte Spannung auf den Pegel abfällt, den der Verd(£ppler bei Dauerbelastung abgeben kann. Dieser Pegel ist. wie vorstehend erläutert, durch Bemessung der Werte für die Kondensatoren C 3 und C 4 derart gewählt, daß er im wesentlichen gleich der Nennspannung der Kupplungswicklung 21 ist.

Eine ähnliche Situation ergibt sich bezüglich der Bremswicklung 27. Auch hier sind die Kondensatoren C1 und C 2 derart gewählt, daß sie eine Dauerbetriebsspannung abgeben, die im wesentlichen derjenigen für die Dauerbetriebserregung der Bremswicklung 27 entspricht. Wenn jedoch die Bremswicklung von ihrer Stromversorgung abgeschaltet ist, laden sich diese Kondensatoren auf eine Spannung auf, die im wesentlichen doppelt so groß wie die Spitzenspannung auf den Leitungen Ll und L 2 ist. Somit wird beim Anschalten der Bremswicklung 27 an ihre Spannungsversorgung durch Schließen des Schaltkontaktes 51^,4 die Bremswicklung anfänglich übererregt, wodurch eine beschleunigte Bremswirkung erzielt wird. Nach Entladung der kapazitiv gespeicherten Energie bleibt die Wicklung 27 nachfolgend durch eine Spannung erregt, die im wesentlichen gleich der Spannung für die Nenndauererregung ist.

Es ist zu beachten, daß die Stromversorgung für die Kupplung und die Bremse eine sogenannte »weiche« Spannungsregelcharakteristik besitzen und daß der Spannungsabfall bei Belastung keinen ohmschen Abfall darstellt, der beträchtliche Leistungsverluste bewirken und Wärmeprobleme aufwerfen würde. Die Spannungsdifferenz ergibt sich vielmehr infolge von Blindspannungsabfällen an den kapazitiven Elementen, wodurch kein merklicher Leistungsverlust auftritt.

Unter gewissen Bedingungen braucht nur eine der beiden Kupplungswicklungen anfangs übererregt zu werden, während die andere Wicklung lediglich mit ihrer Nennspannung erregt zu werden braucht. In F i g. 3 ist die Bremswicklung 27 wiederum an den Ausgang des Spannungsverdopplers, bestehend aus Dioden D1 und D 2 und Kondensatoren Cl und C 2, anschließbar. Die Kupplungswicklung 21 jedoch ist nicht mit einer gesonderten Spannungsverdoppler-Stromversorgung versehen, sondern kann mittels des Kontaktes SlB an einen (C 2) der beiden Kondensatoren der Bremswicklung-Stromversorgung angeschaltet werden. Diese Kupplungswicklung 21 wird somit nur über Einweggleichrichtung versorgt und liegt nicht an einem Spannungsverdoppler. Demgemäß ist die Kupplungswicklung 21 derart ausgelegt, daß ihre Nenndauerspannung annähernd gleich dem Wert der über den Einweggleichrichter gleichgerichteten, von den Leitungen Ll und L 2 und dem Gleichrichter Ό 2 kommenden Spannung ist. Im Betrieb bewirkt die Steuerschaltung nach Fig. 3 im wesentlichen eine normale Arbeitsweise der Kupplungswicklung 21, sie bewirkt jedoch infolge der Charakteristik der Verdopplerstromversorgung eine Anfangsübererregung der Bremswicklung 27, so daß eine schnelle Abbremsung der Welle 15 erreicht werden kann. Da jedoch die Hälfte der Verdopplerschaltung niemals in Leerlauf ist, wird das Verhältnis der Spitzenspannung zur Spannung bei voller Belastung nicht so groß sein wie bei Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 2.

Eine weitere Anordnung, bei der nur eine der Kupplungswicklungen anfangs übererregt ist, wird in F i g. 4 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Bremswicklung 27 mittels des Kontaktes

ίο SlA an die Spannungsverdoppler-Stromversorgung, bestehend aus Dioden D1 und D 2 und Kondensatoren Cl und C 2, angeschaltet werden, wobei die Verdoppler-Stromversorgung wiederum aus den Leitungen L1 und L 2 gespeist wird.

Die Kupplungswicklung 21 ist derart geschaltet, daß sie über eine Diode D 5 und den Schaltkontakt SlB von einer Versorgungsleitung LlA Strom bezieht. Die an der Leitung LIA in bezug auf L1 liegende Spitzenspannung ist niedriger gewählt als die Anfangsspannung, bei der die Wicklung 27 übererregt ist, und niedriger als der Spannungspegel, bei dem ihre Erregung im Betrieb gehalten wird. Somit ^ wird die Bremswicklung anfangs übererregt, um — wie .. C( bei den vorhergehenden Beispielen — ein rasches An- **.

halten der Welle 15 zu erhalten. Die Erregung der Kupplungswicklung 21 erfolgt jedoch nur bei einem Spannungspegel, der niedriger als sowohl die Anfangs- als auch die Haltespannung an der Wicklung 27 ist. Es ist ersichtlich, daß die Spannungsdifferenz zwischen LlA und L1 so gewählt werden kann, daß sie gleich oder größer als die Spannung zwischen L1 und L 2 ist.

Spannungsvervielfacher mit Verdreifachung, Vervierfachung usw. der Versorgungsspannung haben gewöhnlich noch schlechtere Spannungs-Regeleigenschaften als Verdoppler. Mit ihnen können noch größere Verhältnisse zwischen Leerlauf spannung und Belastungsspannung erzielt werden. Somit können durch Verwendung von Schaltungen mit höherem Spannungsvervielfachungsgrad in den Steuerschaltungen der Erfindung noch höhere Beschleunigungen der Magnetanker von Kupplungen erzielt werden. Bei der in F i g. 5 veranschaulichten Steuerschaltung wird die Bremswicklung 27 von einem Spannungs- ( vervierfacher erregt, der eine Reihe von Dioden D 6 bis D 9 enthält, denen mehrere Kondensatoren C 6 bis C 9 zugeordnet sind. Bei Leerlauf entwickelt diese Spannungsversorgung eine Spannung, die im wesentlichen gleich dem Vierfachen der Spitzenspannung zwischen den Versorgungsleitern Ll und L 2 ist. Die Kondensatoren C 6 bis C 9 sind aufgeladen und stellen somit eine gespeicherte Energiemenge dar, die eine anfängliche Ubererregung der Wicklung 27 ermöglicht. Bei ständiger Verbindung der Wicklung 27 mit der Vervielfacher-Stromversorgung fällt jedoch die an die Wicklung angelegte Spannung auf einen wesentlich niedrigeren Wert ab, der größtenteils durch die einzelnen Kapazitätswerte der Kondensatoren C 6 bis C 9 bestimmt wird.

Durch geeignete Wahl dieser Kapazitätswerte kann die von der Versorgung gelieferte Dauerspannung annähernd gleich der Nennspannung der Wicklung 27 gemacht werden, obgleich dieser Wert sogar sehr klein im Verhältnis zur anfangs durch den Vervierfächer gelieferten Spitzenspannung sein kann. Es zeigt sich somit, daß die Steuerschaltung nach F i g. 5 eine sehr hochgradige, anfängliche Übererregung für extrem schnelles Einschalten der Bremse erreichen

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kann. Eine Kupplungswicklung kann selbstverständ- fangserregungsspannung zur Dauererregungsspan-

lich in gleicher Weise betrieben werden; ebenso nung.

kann eine Kupplung und eine Bremse abwechselnd Während verschiedene spezielle Spannungsvervielauf diese Weise von getrennten Spannungsverviel- fächer zur Veranschaulichung gezeigt wurden, ist fachern, wie an Hand von Fig. 2 beschrieben, 5 verständlich, daß es weitere derartige bekannte arbeiten. ' Ϊ Schaltungen gibt, die wesentlich verschiedene Span-F i g. 6 veranschaulicht eine Steuerschaltung ahn- nungspegel bei Leerlauf und voller Belastung erzeulich der in F i g. 5 gezeigten. Der Spannungsverviel- gen und bei Belastung keinen wesentlichen Leifacher, welcher der Wicklung 27 Leistung zuführt, stungsabfall in der Stromversorgung bewirken. Derist wiederum ein Vervierfacher mit Dioden D 6 bis io artige Schaltungen können bei der Ausführung der D 9, die in Reihe geschaltet sind, und einer Gruppe Erfindung verwendet werden. Während elektrovon Kondensatoren C11 bis C14. Die Wechselspan- magnetisch gesteuerte Reibungskupplungen und nung ist jedoch über Kondensatoren an die Gleich- -bremsen gezeigt wurden, können auch andere Arten richterstufen mit höherer Spannung geschaltet, die von elektromagnetischen Kupplungen, die normaler-Leistung von den Niederspannungsstufen und nicht 15 weise nur nach einer Verzögerung erregt werden, unmittelbar von den Leitern Ll und L 2 beziehen. beispielsweise Wirbelstromkupplungen, vorteilhaft Somit wirken bei Belastung die in Reihe geschalte- für die Erfindung verwendet werden. Auch besteht ten Kondensatoren als Wechselspannungsteiler, die die Möglichkeit, zwei oder mehr Kupplungen abeinen noch größeren Abfall der Ausgangsspannung wechslungsweise zum Antrieb einer Last von mit bewirken. Wenn diese Vervielfacherschaltung in 20 verschiedenen Geschwindigkeiten bzw. entgegeneiner Steuerung gemäß der Erfindung verwendet gesetzten Richtungen angetriebenen Wellen zu ver-

rwird, so ergibt sich ein erhöhtes Verhältnis der An- wenden.
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 wird. Soll die Kupplungs- oder die Bremswicklung Patentansprüche: angeschaltet werden, so erfolgt zuerst eine Entladung der Kondensatoren über diese Wicklung, was

1. Steuervorrichtung für eine elektromagnet!- zu einer Übererregung derselben führt. Für den sehe Antriebs- und/oder Bremskupplung, bei der 5 Dauerbetrieb ist eine eigene Gleichrichterschaltung der entsprechenden Kupplungswiatdung bei der vorgesehen, die über eine weitere Anzapfung vom Einschaltung der Erregung eine erhöhte Span- Transformator abgenommen wird. Auch hier besteht nung dadurch zugeführt wird, daß eine Speicher- der Nachteil darin, daß die Wechselspannung über vorrichtung aus einem Wechselspannungsnetz einen kostspieligen Transformator mit mehreren Anüber Gleichrichter zunächst auf einen Über- io zapfungen an die Brems- oder die Kupplungswickspannungswert aufgeladen und dann über die lung angelegt wird und daß eine eigene Auflade-Wicklung der zu schaltenden Kupplung entladen schaltung für die Kondensatoren vorgesehen ist.
wird, gekennzeichnet durch die An- Eine weitere, der letztgenannten Steuervorrichtung wendung der an sich bekannten Greinacher- sehr ähnliche Anordnung ist in dem Gebrauchs-Spannungsvervielfacherschaltung und die Bemesr 15 muster 1 803 586 beschrieben. Hier kann eine Spansung der Kondensatoren derart, daß nach Ab- nungserhöhung nur bis zum Spitzenwert der Nennklingen der Überspannung im Dauerbetrieb die spannung ausgenutzt werden.

Nennspannung an der betreffenden Kupplungs- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuervorrich-

wicklung anliegt. tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, da- 20 jedoch gegenüber den bekannten Vorrichtungen durch gekennzeichnet, daß die Spannungsverviel- wesentlich weniger Bauelemente benötigt,
facherschaltung aus einer Reihenschaltung von Erfindungsgemäß gelingt durch die Anwendung /A gleichsinnig gepolten Dioden (D 6 bis D 9) und der an sich bekannten Greinacher-Spannungsverviel- i£™ aus mehreren Kondensatoren (C 6 bis C 9) be- facherschaltung und die Bemessung der Kondensatosteht, die die Verbindungspunkte der Dioden mit 25 ren derart, daß nach Abklingen der Überspannung dem einen bzw. dem anderen Pol der Wechsel- im Dauerbetrieb die Nennspannung an der betrefspannungsversorgung verbinden (F i g. 5). fenden Kupplungswicklung anliegt.

Die verwendeten Spannungsvervielfacherschaltungen sind als sogenannte Greinacher-Schaltungen

30 seit vielen Jahren bekannt (vgl. z. B. »Der Elektro-

meister«, 1962, Seiten 474, 475). Diese Schaltungen haben bekanntlich den Nachteil, daß die Ausgangsspannung bei Belastung auf einen niedrigen Wert

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für . absinkt. Aus diesem Grunde werden derartige Schaleine elektromagnetische Antriebs- und/oder Brems- 35 tungen nur selten verwendet. Die Erfindung macht kupplung, bei der der entsprechenden Kupplungs- sich durch entsprechende Bemessung der Vervielwicklung bei der Einschaltung der Erregung eine fachungs-Kondensatoren gerade diese sonst nachteierhöhte Spannung dadurch zugeführt wird, daß eine lige Eigenschaft zunutze, um zu einer besonders ein-Speichervorrichtung aus einem Wechselspannungs- fach ausgestalteten Steuervorrichtung zu gelangen, netz über Gleichrichter zunächst auf einen Über- 40 Daß dies möglich ist, wurde trotz vieler bisheriger spannuhgswert aufgeladen und,dann über die Wick- Vorschläge für Steuervorrichtungen von elektrolung der zu schaltenden Kupplung entladen wird. magnetischen Kupplungen nicht erkannt.

Es ist bereits bekannt, einen raschen Anstieg eines Der Ausdruck »elektromagnetische Kupplung« ^₁-,

gegebenen übertragenen Drehmomentes in einer umfaßt Vorrichtungen, bei denen ein Drehmoment V> elektromagnetischen Kupplungsvorrichtung dadurch 45 steuerbar zwischen zwei relativ zueinander drehbaren zu erhalten, daß anfänglich die Erregung der Kupp- Gliedern übertragen wird, gleichgültig, ob eines von lung mit einer höheren Spannung erfolgt, als danach beiden oder beide Glieder rotieren. Beispiele derartizum Aufrechterhalten der Übertragung des gegebe- ger Vorrichtungen sind Kupplungen, Bremsen und nen Drehmomentes angelegt wird. Die vdrgeschlage- Dynamometer.

nen Anordnungen enthalten jedoch komplizierte 50 Verschiedene mögliche Ausführungsbeispiele der Schaltvorrichtungen zum Anlegen von Leistung aus Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichzwei verschiedenen Quellen während unterschied- nungen erläutert. Es zeigt

licher Erregungsphasen der Kupplung oder verwen- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elek-

den Reihenwiderstände, um einen Spannungsabfall tromagnetischen Kupplung und Bremse, auf die sich nach der Anfangserregung der Kupplung zu errei- 55 die vorliegende Erfindung bezieht,
cheh. Die Schaltvorrichtungen, und die zweite Ver- F i g. 2 ein Schaltungsdiagramm zur Steuerung der

sorgungsquelle erhöhen beträchtlich den Aufwand Vorrichtung nach F i g. 1 mit Mitteln zur beschleuder Vorrichtung. Die Verwendung von Widerstän- nigten Betätigung der Kupplung oder Bremse,
den hat den Nachteil, daß Leistung nutzlos ver- F i g. 3 ein Schaltungsdiagramm einer abgewandel-

braucht und in Wärme umgewandelt wird. 60 ten Steuerschaltung zur beschleunigten Betätigung

Bekannt ist insbesondere aus der deutschen Patent- der Bremse allein,

schrift 1 040 670 eine Steuervorrichtung der eingangs F i g. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Abwandgenannten Art. Bei dieser Steuervorrichtung wird die lung, wobei die Kupplung mit einem niedrigeren Übererregung dadurch erreicht, daß die über einen Spannungspegel erregt wird als der Anfangs- oder Transformator angelegte Wechselspannung von 65 Halteerregungspegel der Bremse beträgt,
einem gesonderten Gleichrichter gleichgerichtet und Fig. 5 ein Diagramm einer Schaltung zur Steue-

zur Aufladung zweier parallelgeschalteter Konden- rung einer elektromagnetischen Bremse mit extrem satoren auf einen Überspannungswert verwendet hoher Verzögerung und