DE1957911A1 - Kombiniertes elektromechanisch-elektronisches Zeitrelais - Google Patents

Description

Herr Ing. Helmut Schleicher 1 Berlin 22, Hoehwaldsteig 19

Kombiniertes elektromechaniseh-elektronisches Zeitrelais

Die Erfindung beizieht sich auf ein kombiniertes elektromechanisch—elektronisches Zeitrelais, bei dem ein innerhalb vorgegebener Grenzen beliebig vorwählbares Zeitintervall über einen Verstellknopf einstellbar ist.

Bereits seit längerer Zeit bekannte fielais werden üblicherweise über eine mit einem beweglichen Joch versehene Spule betätigt. Das von dem Eisenkern der Spule im Abstand durch federkraft im nicht erregten Zustand gehaltene, bewegliche Joch wird bei Anlegen einer Spannung an diese Spule an den Eisenkern herangezogen und bewegt hierdurch einen mit dem um einen kleinen Winkel schwenkbaren Joch fest verbundenen Auslösehebel, welcher seinerseits eine Sperrklinke freigibt, mittels der ein tfitzel in ein Zeitablaufrad gegen eine federkraft einkuppelbar ist. Zusammen mit der Spule wird gleichzeitig der den Zeitablauf bewirkende Motor des

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Relais erregt, welcher üüer ein geeignetes Getriebe das mit dem Zeitablaufrad in Eingriff bringbare Ritzel antreibt. Somit beginnt sofort mit dem Mnkuppelvorgang des Ritzels in das Zeitablaufrad der Zeitablauf des .Relais, welches so ausgelegt ist, daß es wahlweise einen oder mehrere Schaltkontakte betätigen kann. Bei den beicannten Zeitrelais trägt das Zeitablaufrad einen Stift und spannt gleichzeitig mit sexner Drehbewegung eine an dem Zeitablaufrad einseitig befestigte Rückstellfeder. Das Zeitablaufrad ist über eine Achse mit einem an der irontplatte des Relais zugänglich angebrachten Zeiger verbunden, welcher während des Zeitablaufs gegen eine eingestellte Zeitmarke läuft. Entsprecnend der auf der Skala vorwählbar einzustellenden Zeit beschreibt der auf dem Zeitablaufrad befestigte Stift einen entsprechend großen Drehwinkel und löst nach Durchlaufen dieses Winkels eine Sperrklinke aus, welche ihrerseits direkt oder indirekt die in vorgewählter Zeit verzögerten Kontakte betätigt. Hiernach schnellt unter Einwirkung der Rückstellfeder das Zeitablaufrad schlagartig in seine Ruhelage zurück.

Das beschriebene bekannte Zeitrelais besitzt einen Synchronmotor, welcher bekanntlich, mit sehr konstanter Drehzahl läuft und ausschließlich mit Wechselstrom erregbar ist.

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Bei dem oben beschriebenen Kuppelvorgang des Ritzels des an den Motor angeschlossenen Getriebes mit dem Zeitablaufrad entsteht ein Zeitfehler dadurch, daß die Zähne des Ritzels einerseits, wie auch die des Zeitablaufrades anderer seits, nicht immer eindeutig ineinandergreifen, sondern hierbei vielmehr teilweise aufeinanderschlagen, um erst anschließend schlupflos miteinander in Eingriff zu stehen. Dieser durch den Kuppelvorgang hervorgerufene Fehler bewirkt eine Ungenauigkeit der einstellung des gesamten Zeitablaufes und tritt bei jedem neuen Schaltvorgang erneut in Erscheinung; er ist unabhängig von der eingestellten Zeit immer gleich groß.

Die Hersteller von Zeitrelais geben daher für die einstellbaren Zeitbereiche einen jö'ehlerbereich an, der abhängig von den unterschiedlichen Herstellern - durchschnittlich bei 0,5 $ gemessen über einen vollen Skalanausschlag, liegt. Bei zeitlichen Einstellwerten, die kleiner als ein voller Skalenausschlag sind und insbesondere bei solchen, die im unteren Bereich der Skala liegen, fällt somit der absolut gesehen konstant bleibende Kuppelfehler stärker ins Gewicht. Ein über den vollen Skalenwert mit 0,5 i° angegebener Zeitfehler beträgt somit, beispielsweise bei einer Zeiteinstellung von 1/10 des vollen Skalenausschlages, 5 °'o_t oder bei 1/20 des Gesamt skal enbet rag es sogar

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10 fo usw. Somit geht der Zeitfehler in Abhängigkeit von den einzelnen Skalenwerten nicht linear in die Einstellung ein, sondern vielmehr exponentiell, wobei die Zeitungenauigkeiten bei kurzzeitigen Einstellungen besonders stark ins G-ewicht fallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, exn Zeitrelais zu schaffen, bei dem ein möglichst kleiner Zeitfehler unabhängig von dem einzustellenden Zeitintervall konstant bleibt, d.h. der in Abhängigkeit von der Zeit nicht mehr, wie bei bisher bekannten derartigen Zeitrelais, exponentiell sondern linear ins G-ewicht fällt.

Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht daß der den Zeitablauf bestimmende, e±nen oder 'mehrere Schaltkontakte über ein mit einer .Rückstellfeder versehenes Zeitablaufrad, zugehörige Sperrklinken und Auslösehebel betätigende G-leichstrommotor, ein an sich bekannter, mittels eines Potentiometers über eine elektronische Schaltanordnung in seiner Drehzahl variabel regelbarer Gleichstrommotor ist.

In diesem Zusammenhange ist es von wesentlicher Bedeutung, daß erfindungsgemäß über den Verstellknopf des Potentiometers und eine mit diesem zusammenwirkende, entsprechend

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auf Zeitintervalle geeichte Skala die Drehzahl des Gleichstrommotors derart einstellbar ist, daß der den vorgewählten Zeitablauf anzeigende Zeiger jeweils den vollen Skalenbereich durchläuft.

ist auch von Vorteil, daß dem Gleichstrommotor mit elektronisch gesteuerter Drehzahlregelung ein Gleichrichter zugeordnet ist, so daß das Zeitrelais wahlweise mit Gleich- oder Wechselstrom betätigbar ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es noch wesentlich, daß das Ausgangsritzel des Gleichstrommotors entsprechend der erforderlichen Zeitstufenunterteilung an ein oder mehrere, hintereinanderschaltbare Getriebe angeschlossen ist.

Die Lösung der erf mti ungsgemäß en Aufgabe, die nach dem oben Gesagten insbesondere darin liegt, daß das einzustellen de ZeXtinterval! nicht wie bisher über einen mit dem Zeitablaufrad gekoppelten Zeiger erfolgt, sondern vielmehr in Umkehrung der i^inktionsweise bekannter Zeitrelais über eine geeignete Vorwahl der Drehzahl des das Zei'trelais betätigenden Motors.

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Kontinuierliche Drehzahländerungen eines Motors wären grundsätzlich auch mit einem herkömmlichen Gleichstrom-Kollektormotor zu erzielen. Auch der Hotor des Gleichstrom-Kollektormotors kann in Abhängigkeit von der angelegten Spannung mit unterschiedlichen Drehzahlen beaufschlagt werden. Diese herkömmlichen Gleichstrommotoren eignen sich jedoch.für die hohen Anforderungen bei Zeitrelais nicht, üinmal haben diese Motore einen verhältnismäßig großen sogenannten Kalt-Warm-Fehler, der die Genauigkeit des vorgewählten Zeitintervalls erheblich beeinträchtigt, zum anderen bedürfen sie einer für moderne Zeitrelais nicht vertretbaren Wartung. Die klassischen Gleichstrommotoren sind bekanntlicht mit Kollektoren versehen, auf welchen Kontaktkohlen oder -bürsten ablaufen, welche einen hohen Abrieb besitzen. Die Kollektorkohlen müssen demnach von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Die die Kollektorkohlen auf den Kollektor drückenden federn ermüden, so daß es zu Funkenbildungen und schließlich zu nicht mehr= ausreichender Kontaktgabe kommt.

Demgegenüber besteht ein wesentlicher Vortexl des erfindungsgemäß innerhalb eines an sich bekannten Zeitrelais verwendeten Gleichstrommotors mit elektronisch gesteuerter

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Drehzahlregelung darin, daß er kollektorfrei und somit wartungsfrei arbeitet. Der Gleichstrommotor mit elektronisch gesteuerter Drehzahl ist ähnlich einem Synchronmotor nahezu störunanfällig und zeitigt darüber den weiteren Vorteil, daß er bei· Verwendung eines geeigneten Gleichrichters wahlweise mit Wechselstrom wie auch mit Gleichstrom betätigt werden kann.

Die geeignete Vorwahl der Drehzahl des erfindungsgemäß verwendeten Motors, welche über ein Potentiometer stufenlos eingestellt werden kann, ermöglicht es, für jede beliebige Zeiteinstellung einen vollen Zeigerausschlag zu erzielen, d.h. also, das Zeitablaufrad des Zeitrelais unabhängig von dem vorgewählten Zeitintervall den vollen Bereich im eingekuppelten Zustand durchlaufen zu lassen. Der durch den Kuppelvorgang hervorgerufene Kuppelfehler bleibt somit für jede beliebige Zeitvorwahl, insbesondere auch für kleinste Zeitintervalle, konstant, d.h. der Fehler geht in Abhängigkeit von der Zeit linear ein.

Dadurch, daß der Zeiger auf der Anzeigeskale jeweils einen vollen Zeigerausschlag durchläuft» ist darüber hinaus eine leichte Übersichtlichkeit für das Bedienungspersonal insofeijn

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gegeben, als es den sich über den vollen Drehwinkel '"'""'" bewegenden Zeiger optisch eindeutig erfassen kann und somit zwisciien ruhendem uiia erregtem Helaie unterscheiden kann.

-Die beiliegende Zeichnung zeigt das erfmdungö gemäße " üelais in einer schematischeii teilweisen Wiedergabe.

&eiaäß der Zeichnung weist das erfindungsgemäße xlelais ein Potentiometer 5, welches über eine Welle 4 und einen auf dieser Welle starr befestigten Verstellknopf 2 ein- " gestellt werden kann", auf. Der an dem Verstellknopf 2 vorgesehene Zeiger 3 lauft über eine Skala 1, die in' Abhängigkeit von dem vorwählbaren Zeitablauf geeicht ist. Über einen elektronischen Schaltkreis 6 fällt somit mittels der Potentiometervorwahl eine entsprechende t>pännungs^: differenz über den Gleichstrommotor 7 mit elektronisch gesteuerter Drehzahlregelung ab. Das Ausgangsritzel des Gleichstrommotors' 7 betätigt ein Mehrfachgetriebe 8, dessen ausgangsseitiges liitzel 12 seinerseits in bekannter Weise über eine Sperrklinke 15 und einen weiteren AuslÖsehebel 16 an das Zeitablaufrad 10 ankuppelbar bzw. mit ^; diesem in Eingriff bringbar ist. Der Zeitablauf wird von einem Zeiger 14, der an einer Anzeigeskala 13 an der

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Front plat te des itelais angebracht ist, angezeigt. Wie bei bisher bekannten, vergleichbaren Zeitrelais, ist das Zeitablaufrad mit einer Rückstellfeder 11 verbunden, die nach dem erfolgten Schaltvorgang und nach dem Auskuppeln desselben eine ^chnelie Rückführung des Zeitablaufs, von dem Kitzel des Mehrfachgetriebes 8 eine schnelle Rückstellung in die wullage gewährleistet. In bekannter Weise ist das Getrieoe mit einer Stufenschaltung derart versehen, daß wahlweise mittels eines Einstellknopfes 9 unterschiedliche Zeitbereiehe eingestellt werden können. Im dargestellten AusfiÜirungsDeispiel betragen die Zeitbereiche 6 Sek., 60 Sek., 6 Min., 60 Min., 6 Std. Innerhalb eines jeden Zeitbereiches ist, wie oben beschrieben, kontinuierlich ein beliebiger Zwischenwert über den Verstellknopf 2 und somit das Potentiometer 5 einstellbar und damit ausschließlich durch geeignete Vorwahl einer zugehörigen Drehzahl des elektronischen Gleichstrommotors.

Der erfxndungsgemäß für das beschriebene Zeitrelais verwendete, an sich bekanntt-n Gleichstrommotor mit elektronisch gesteuerter Drehzahlregelung ist, im Gegensatz zu den anderen uekannten Gleichstrommotoren, kollektorlos und weist eine ruhende, aus Halbleitern bestehende Jioiwnuntierungsexnrichtung mit drehwinkelabhängiger Steuerung für

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zwei sich im Arbeitsluftspalt befindende uiia uik JO gegeneinander versetzte Hail-Generatoren auf. iine beispiexawei3e AusführungslOrra eines solchen motors oe-oltzt vier Ankerwicklungen, die I₁.. Luftspalt des &LOton> untcrgebr&cnt und welche in einem PurKt elektriscu miteinander verbunden sind. Von diesen AntcerwicKlungtin siua jeweils zwei koaxial zueinander angeordnet. i)ie miteinauaer verouridtnen Jbnden der Anker WiCKiI-Un₀ en rühren zu Transistoren, w si eine paarweise von je einem aer uail-U-eneratoren dr=;i3.\iviiijj:elabhängig ansteuerbar sind, und wobei jeder xiail-ii-en.ercs.tor· zsei im ü-e^entakt arbeitende Transistoren steuert. Die üteuerung ist hierbei von der liäuf erst ellung abhängig, und zivar so, daß je nach der ilichtung des Lauf er fluss es die Transistoren in Öfinungs- oder Dchlieissteilung gebraciit werden, wodurch zu jeder Zeit zwei wicklungen mit Strom beaufschlagt werden. Der durch die Ankerwicklungen fließende Stroia i^t aurcia die gegebene räumliche .».nordnurig aer gegeneinander um 90 versetzten nail-Generatoren ebenfalls um 90 gegeneiüanaer phasenverschoben. i)ie beiden Durchflutungsvektoren haben 1'¹IuSfDe zur jjOlge, deren geomeLrische Addition ein kreisförmigen Drehfeld ergeben, das zusjinumea laifc de^ uauferlluiö t

ein Drehmoment erzeugt.

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Der erfindun^ogeinäß in exnem Zeitrelais verwendete uleicnstroiEDiotoi" mit elektixmisch gesteuerter Drehzahlregelung kanu für den Zeit ablauf aes .rielais entweder so geschaltet .ein, daa er zusammen mit der Erregung des behaltmagneten au. luuxen.beginnt, oder er kann auch du:-.ch geeignete schaltweise als durchlaufender Motor verwendet werden, der nur während deo vorgewählten Zeitintervalle sexiien iaxtrxeb über das &.usgangsseitige .Ritzel des iüehx-faohgvitriebes b 'durcn Ünkupplung auf das ^eitabiaui'x*ad 10 überträgt.

Für die DrehSc.iilregelung des üleicnstrommotors wird ein i'fcil der üüdK mxt der Konstanten Basis-iiraitter-öchwellenspannung exnes ^eaugstransisxors verglichen. Die gewünschte Drehzahl wird durch entsprechende üinsbellung über das Potentiometer 5 erhalten. Hierbei iat die bpannung proprotional dea oteuerstrom der iiall-Generatoren und damit gleichzeitig auch, deia Basis- ^.^d Kollektorstrom der Leistung s trans xst or en, die in den »»xcklungssträngen liegen.

Die erwähnte stufige Vorwahl unterschiedlicher Zeitbereiche durch aen Einstellknopf 9 kann insofern noch erweitert werden, als aeE an den Gleichstrommotor ausgangsseitig angeschlossenen Mehrfachgetriebe 8 ein oder mehrere weitere ü-etriebe beigeschlossen werden, welche eine weitere Spreizung der Zeitintervalle ermöglichen.

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Claims (4)

1. Ansprüche

   Kombiniertes el ektromechaniscn-el ektronisau.es Zeitrelais bei dem ein innerhalb vorgegebener Grenzen beliebig vorwählbax'es Zeitintervall üoer exneri Versteilknopf einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß der den Zeitablauf bestimmende, einen oder mehrere bchaltkcntakte über ein mit einer liückstellieder (U) versehenes Zeitablaufrad (10), zugehörige Sperrklinkeri (15) und üuslösehebel (16) betätigende Gleichstrommotor (7)» ein an sich bekannter, mittels eines Potentiometers üßer eine elektronische Schaltanordnung in seiner Drehzahl variabel regelbarer Gleichstrommotor ist.
2. 2. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch bekennzeichnet, dais über den Verstellknopf {z) ues Potentiometers (5) und eine mit diesem zusammenwirkende, entsprechend auf Zeitintervalle geeichte Skala (1) die Drehzahl des Gleichstrommotors (7) derart einstellbar ist, daß der den vorgewählten Zeitablauf anzeigende Zeiger (3) jeweils den vollen Skalenbereich durchläuft.

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3. 3. Zeitrelais nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichstrommotor (7) mit elektronisch gesteuerter .Drehzahlregelung ein Gleichrichter zugeordnet ist, so daß das Zeitrelais wahlweise mit G-leich- oder Wechselstrom betäti&bar ist.
4. 4. Zeitrelais nach Anspruch 1 bis 3> dadurch, gekennzeichnet daß das Ausgangsritzel des Gleichstrommotors (7) entsprechend der erforderlicnen'Zeitstufenuntertellung an ein oder mehrere, hintereinanderschaltbare Getriebe angeschlossen ist.

   Patentanwälte

   Seiler u. Pfenning

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