DE1959829A1

DE1959829A1 - Elektromechanisches Zeitrelais

Info

Publication number: DE1959829A1
Application number: DE19691959829
Authority: DE
Inventors: Werner Haufe
Original assignee: SCHLEICHER RELAIS
Current assignee: SCHLEICHER RELAIS
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1969-11-24
Publication date: 1972-03-16
Also published as: CH534423A; GB1267784A; PL71950B1; CH1522070A4; SU434667A3; FR2069661A5; JPS5212913B1

Description

"Elektromechanisches Zeitrelais"

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Zeitrelais mit Synchronmotor und Untersetzungsgetriebe, bei dem die mittels eines Einstellknopfes an der Frontplatte über eine Anzeigeskala kontinuierlich vorwählbare Zeitfolge mittels eines zweiten Wählknopfes über mehrere dekadische Stufen spreizbar ist.

Zeitrelais, bei denen das einstellbare Zeitablaufrad mittels eines Synchronmotors über ein Untersetzungsgetriebe antreibbar ist, sind allgemein bekannt. Die Verwendung eines Synchronmotors als ZeItablaufelement für das Heiais ist besonders vorteilhaft, da derartige Motors bekanntlich mit sehr konstanter Drehzahl laufen und gegen Netzspannungsschwankungen verhältnismäßig unempfindlich sind. Synohronmotore besitzen jedoch eine verhältnismäßig hohe Umlaufgeschwindigkeit', so daß die Drehzahl des ausgabeseitigen Ritzels über ein oder mehrere Untersetzungsgetriebe in geeigneter Weise herab-

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gesetzt werden muß.

Die bekannten, bei Zeitrelais verwendeten Untersetzungsgetriebe sind meist so ausgebildet, daß die einzelnen Getrieberäder mit ihren Wellen auf einer Kreislinie angeordnet sind, die sich konzentrisch um die zentral gelagerte Einstellwelle herumlegen. Für Zeitrelais, die mit einem Wählknopf für die Bereichsvorwahl unterschiedlicher Zeitintervalle versehen sind, trägt die Einsteilwelle an ihrem dem Einstellknopf gegenüberliegenden Ende eine Doppelzahnradanordnung, mit welcher es möglich ist, wahlweise mehr oder weniger Zahnräder des Untersetzungsgetriebes dem Zeitablaufrad vorzusehalt en. Hierdurch kann der kontinuierlich vorwählbare und je nach der gewünschten Zeitverzögerung für einzelne Vorgänge einstellbare Zeitablauf diskontinuierlich in mehreren Stufen gespreizt werden, wobei diese Spreizung in bekannten Zeitrelais vorzugsweise dekadisch erfolgt.

Die bekannten Zeitrelais mit Synchronmotor können entweder durchlaufend oder gleichartend ausgelegt sein, d.h. der Synchronmotor kann bei Anlegen einer Spannung auch außerhalb des vorgewählten Zeitablaufes kontinuierlich laufen, wodurch sioh bei Beginn einer Zeitablaufperiode ein fliegender Start für die Übrigen !Heile des Zeitrelais ergibt oder der Syn-

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chronmotor kann so geschaltet sein, daß er gleichzeitig mit Beginn des eingestellten Zeitablaufs zu laufen beginnt. In jedem Pail muß nach der Erregung des Elektromagneten, der den Schaltvorgang innerhalb des Zeitrelais auslöst, das Ausgangszahnrad des Untersetzungsgetriebes in das Zeitablaufzahnrad eingekuppelt werden. ;

Dieser Einkuppelvorgang bedingt einen unerwünschten Zeitfehler des Relais. Dieser Zeitfehler wird dadurch verursacht, daß bei dem Kuppelvorgang das genannte Ausgangsritzel oder Zahnrad des Untersetzungsgetriebes mit seinen Zähnen in die Zähne des ZeitablaufZahnrades nicht immer eindeutOg und sofort eingreift, sondern hierbei vielmehr teilweise die Zähne der beiden Zahnräder aufeinanäerschlagen, um erst anschließend schlupflos miteinander in Eingriff zu stehen. Dieser durch den Kupplungsvorgang hervorgerufene Fehler bewirkt eine Ungenauigkeit der Einstellung des gesamten Zeitablaufes und tritt bei jedem Schaltvorgang erneut in. Erscheinung. Der Fehler ist darüber hinaus unabhängig von der jeweils eingestellten Zeit, so daß er bei nur kurzen einge<stellten Zeitabläufen relativ gesehen besonders groß ist, d.h. merklich ins Gewicht fallt.

Es ist versucht worden, diesen Kuppelfehler dadurch klein zu halten, daß man eine besonders große Zahnezahl auf dem

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Zeitablaufrad τοπ möglichst geringer Zahngröße vorgesehen hat. Diese Maßnahme findet gedoch ihre Beschränkung einerseits in dem möglichen Zahnmodul wie auch in der Abmessung des Zeitrelais überhaupt. Da Zeitrelais naturgemäß in ihren Abmessungen verhältnismäßig klein zu halten sind, ist das Zeitablaufrad nicht beliebig groß vorwählbar, sondern muß ebenfalls einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen. Auch muß das Untersetzungsgetriebe an sich in möglichst raumsparender Weise ausgebildet und innerhalb des Zeitrelais angeordnet sein.

Die Hersteller von bekannten Zeitrelais geben für die einstellbaren Zeitbereiche einen absoluten Fehler für die Einstellung an, der durchschnittlich bei + 0,5 $> gemessen über einen vollen Skalenbereich liegt. Bei zeitlichen Einstellwerten, die kleiner als ein voller Saklenaussohlag sind, und insbesondere bei solchen, die im unteren Bereich dsr Skala liegen, fällt s.omit der absolut gesehen konstant bleibende Kuppelfehler wesentlich stärker ins Gewicht als bei Zeitbereichen, die vorgewählt sich über annähernd den gesamte ι Skalenbereich erstrecken. Sin über den vollen Skalenwert mit

+0,5 % angegebener Zeitfehler beträgt somit beispielsweise bei einer Zeiteinstellung von 1/10 des vollen Skalenausschlages bereits + 5 # oder bei 1/20 des gesamten Skalenbetrages

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sogar + 10 # usw. Damit geht der Zeitfehler in Abhängigkeit von den einzelnen Skalenwerten nicht linear in die Einstellung ein, sondern vielmehr exponentiell, wobei die Zeitungenauigkeit bei kurzzeitigen Einstellungen besonders stark ansteigt.

In diesem Zusammenhang ist bereits ein Zeitrelais bekannt geworden, welches eine Einstellung über zwei unterschiedliche Skalenbereiche erlaubt. Hierbei ist an der Prontplatte des Zeitrelais neben dem Einstellknopf, der eine kontinuierliche Zeitvorwahl über einen vorgegebenen Bereich ermöglicht, ein zweiter Vorwahlknopf vorgesehen, der die Umschaltung des Zeitrelais von dem einen Zeitbereich in den anderen ermöglicht. Demzufolge sind auf der Frontplatte des Zeitrelais auch zwei Skalen vorgesehen, die den einzustellenden Zeitbereichen entsprechen. Die Zeitbereiche überlappen sich hierbei derart, daß ein einziger vorgegebener Zeitbereich durch Umschalten des Vorwahlknopfes in seinem unteren Bereich teilweise aufgespreizt worden kann.

Bei diesem bekannten Zeitrelais besteht aber ein Nachteil darin, daß es nur mit einem einzigen, in seinem unteren Bereich nur teilweise aufspreizbaren Zeitbereioh arbeitet, während die Vorteile, die mit anderen bekannten Zeitrelais gezeitigt werden können, welche mehrere dekadische Stufungen

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für die Zeitbereiche vorsehen, nicht in Anwendung kommen.

In der modernen Schalttechnik werden an Zeitrelais erhöhte Anforderungen gestellt, wobei sehr unterschiedliche Zeitbereiche und damit sehr verschieden lange Zeitvorwahlsteuerungen verlangt werden, die mit ein und demselben Zeitrelais zu realisieren sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den durch den Einkuppelvorgang des Zeitablaufes bei elektromechanischen Zeitrelais mit Synchronmotor und Untersetzungsgetriebe, bei dem die mittels eines Einstellknopfes an der Prontplatte über eine Anzeigeskala kontinuierliche vorwählbare Zeitfolge mittels eines zweiten Wählknopfes über mehrere dekadische Stufen spreizbar ist, zu verkleinern und hierbei, insbesondere im unteren Zeitbereich, eine Fehlerverkleinerung auf ca 1/3 zu ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, daß den dekaf dischen Zeitstufen, die einem bestimmten Untersetzungsverhältnis innerhalb des Untersetzungsgetriebes entsprechen, Aufspreizungen der unteren Bereiche innerhalb jeder Zeitstufe ermöglichende, weitere Untersetzungszahnräder und in Übereinstimmung damit der Anzeigeskala für die kontinuierliche

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Vorwahl der Zeitfolge in bekannter Weise der Aufspreizung entsprechende, weitere Anzeigeskalen unmittelbar zugeordnet sind. 7 ■ . '■■■' ■■-■. ■ ·■'■ / .:■■'-⁵^ ; ,- ' ■ \ .

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die Auf spreizung des unteren Bereiches innerhalb''jeder ■'dekadischen Zeitstufe die gleiche ist, wobei der Anzeigeskala -für-die.-kontinuierliche Torwahl der Zeitfolge nur eine einzige, der konstanten Spreizung entsprechende Anzeigeskala zugeordnet ist.

Auch ist es für die Erfindung noch wesentlich, daß den in bekannter Weise mehrfarbeig ausgebildeten ^i?An2eigeskalen auf dem Wählknopf die den einzelnen Zeitbereiehen entsprechenden Farbeninnerhalb zugehöriger Segmente zugeordnet sind.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kennzeichnet sich die Erfindung schließlich noch dadurch, daß drei dekadische Zeitbereiehe von einer Sekunde, 10 und 100 Sekunden vorgesehen sind, denen Zeitbereiche von3 und 30 Sekunden zugeordnet sind.

Dadurch, daß den dekadischen Zeitstufen innerhalb des Untersetzungsgetriebes weitere Untersetzungszahnräder zugeordnet werden, kann eine vorteilhafte Aufspreizung besonders des

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unteren Bereiches einer Zeitskala vorgenommen werden, d.h. es kann das bei Einstellung kleiner Zeitbereiche nur über einen verhältnismäßig geringen Drehwinkel ablaufende Zeitablaufrad bei der gleichen Zeiteinstellung über den vollen Drehwinkel oder zumindest über einen verhältnismäßig großen Drehwinkel ablaufen. Der an sich konstante Fehler, der durch das Einkuppeln des Ausgangsritzels des Getriebes in das Zeitablaufrad entsteht und der insbesondere für kleine Zeit*- bereiche stafc ins Gewicht fällt, kann somit - relativ gesehen - verringert werden. So ist es beispielweise möglich, bei einer an sich vorgegebenen Zeitskala von 30 Sekunden, der eine weitere aufspreizende Skala von 10 Sekunden zugeordnet wird, den Fehler auf ein Drittel herabzusetzen.

Dadurch, daß die ,Aufspreizung des unteren Bereiches innerhalb jeder dekadischen Zeitstufe die gleiche ist, ist es möglich, nur mit zwei Zeitskalen auf der Frontplatte des Zeitrelais auszukommen, d.h. in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zwei Zeitskalen, die jeweils von O bis 10 und von 0 bis 30 Zeiteinheiten;reichen, vorzusehen sind.

Die Verwendung weniger zusätzlicher UntersetzungsZahnräder vergrößert das an sich bekannte Getriebe nicht, so daß die

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bisher serienmäßig fabrizierten Zeitrelais keinerlei großen Veränderungen unterworfen sind und kaum zusätzliche Produktionskosten entstehen.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird daß erfindungsgemäße Zeitrelais näher erläutert und es bedeutet hierbei j

Pig. 1 eine sohematisch vereinfachte Abbildung des Zeitrelais in perspektivischer,Darstellung,

Fig. 2 ein Diagramm, dessen Abszisse die eine Komponente und dessen Ordinate den Fehler in Prozent für verschiedene Zeitbereiche wiedergibt.

In Fig. 1 ist ein an sich bekanntes Zeitrelais schematiseh wiedergegeben. Auf der Frontplatte 1 sind zwei koaxial zueinander angeordnete ringförmige Anzeigeskalen 2» 3 vorgesehen, die entweder in unterschiedlichen Farbgebungen ausgeführt sind oder die in Schwarz-Weiß-Ausführung Jeweils das Negativ der anderen wiedergeben. Die eine Skala läuft über einen Zeitbereich von 0 bis 30 Zeiteinheiten, während die andere einen Zeitbereich von 0 bis 10 Zeiteinheiten wiedergibt. Über einen Einstellknopf 4 1st auf den Skalen eine beliebige Verzögerungszeit für den Schaltvorgang des Zeit-

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relais vorwählbar, wobei diese Zeit in übersichtlicher Weise von einem Zeiger 5 angezeigt wird«, Auf einer Welle mit dem Einstellknopf 4 ist vorzugsweise in dessen stirnseitigem Zentrum liegend ein weiterer Wählknopf 6 angeordnet, der eine diskontinuierliche Zeiteinstellung für verschiedene Bereiche ermöglicht. In dem Ausführungsheispiel sind hierbei für die diesbezügliche Anzeigeskala 3 die Zeitbereiche 1 Sekunde, 10 Sekunden und 100 Sekunden vorwählbar, während für die Anzeigeskala 2 Zeitbereiche von 3 und 30 Sekunden eingestellt werden können, Der zu der betreffenden Skala gehörende Zeitbereich ist in gleicher Farbgebung auf den entsprechenden Segmenten des Wählknopfes 6 wiederholt, um eine besonders übersichtliche verwechselungsfreie Einstellung sicherzustellen.

Das Zeitrelais wird über einen Synchronmotor 7 betätigt, welcher in bekannter Weise entweder durchlaufend.oder gleichstartend mit dem hier nicht dargestellten Elektromagneten sein kann. Die hohe Ausgangsgeschwindigkeit des Synchronmotors 7 wird von dessen Ausgangsritzel auf ein Getriebe übertragen, um von diesem in geeigneter Weise untersetzt zu werden. Hierfür ist am Ende einer mit dem Wählknopf 6 in fester Verbindung stehenden Einstellwelle 9 eine Doppelradanordnung 10 derart angebracht, daß sie mit konzentrisch

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liegenden Untersetzungszahnrädern wahlweise in Eingriff gebracht werden kann.

Der durch den hier nicht dargestellten Schaltmagneten bewirkte Kuppelvorgang des einen Zahnrades der Doppelrad·^ anordnung 10 mit dem Zeitablaufrad 11 läßt das Zeitablaufrad anlaufen, bis dieses den über die Anzeigeskala 2 bzw. eingestellten Zeitbereich durchlaufen hat.

Der Einkuppelvorgang bringt einen dem Zeitrelais anhaftenden Fehler mit sich, der darin begründet ist_s daß die Zähne der Doppelradanordnung 10 während des Einkuppelvorgangs nicht sofort und schlupflos in diejenigen des Zeitablaufrades 11 eingreifen. Sie können im Augenblick des Kuppeln vielmehr teilweise aufeinanderschlagen, um erst nach Drehung um einen bestimmten Bruchteil der Dicke des Zahnes des Zahnrades nachfolgend in festem Eingriff zu stehen. Dieser durch den Kuppelvorgang bewirkte Fehler ist unabhängig von der über die Anzeigeskala 2 oder 3 eingestellten Zeit. Er macht sich daher bei Zeiteinstellungen, die im unteren Bereich einer Skala liegen, besonders ungünstig bemerkbar.

Die Verringerung des Kuppelfehlers wird nun erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß man für den Pail der Einstellung eines

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nur kleinen Zeitbereiches im unteren Teil einer Anzeigeskala bei der also das Zeitablaufrad 11 nur einen geringen Drehwinkel durchlaufen würde, die diesem Zeitbereich entsprechend übergeordnete Skala verwendet, um den Ablaufwinkel des Zeitablaufrades 11 insofern zu vergrößern." So kann beispielsweis< bei der Einstellung von 1 Sekunde, die bei einem bekannten derartigen Zeitrelais in der 3-Sekunden-Skala vorgenommen werden müßte, nunmehr die 1-Sekunden-Skala Anwendung finden, wodurch das Zeitablaufrad nicht nur einen Drehwinkel von 1/3 eines vollen Umlaufes durchläuft, sondern vielmehr einen

ö ' ' ■ ■ ■ ' ' 'ber 300 sich erstreckenden Drehwinkel ausführt.

Fig. 2 zeigt die vorteilhafte Verkleinerung des Zeitfehlers anhand einer graphischen Darstellung. Die voll ausgezeichneten Kurven stellen den Zeitfehler in- Abhängigkeit von der Zeit bei einer stufigen Zeitvorwahl von 3 bzw. 30 Zeiteinheiten dar, während die gestrichelt bzw. schraffierten Kurven und Flächen eine mögliche Zeitstufung wiedergeben, die jeweils eine kontinuierliche Einstellung von 0 bis 1, von 0 bis 10 und von 0 bis 100 Zeiteinheiten wiedergeben. Da der Zeitfehler gemäß dem oben beschriebenen Kuppelvorgang abso- . lut gesehen konstant bleibt, macht er sich für klein gewählte Zeitablaufwinkel besonders stark bemerkbar. Die wiedergegebenen Kurven stellen insofern Exponentialfunktionen dar, bei\denen der Zeitfehler über den gesamten Skalenbereich

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bezüglich der dreißiger Skala + 0,5 ?£ beträgt. Wäre die Zeitvorwahl nur über diese eine Skala möglich, so betrüge, wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, der dem Zeitrelais innewohnende absolute Fehler bei einer Zeiteinheit 1,5 9^, bei 0,5 Zeiteinheiten 3 #, bei 0,2 Zeiteinheiten ca. 7,7 1» usw.

Gemäß der Erfindung wird nun so verfahren, daß man für die Einstellung nicht mehr eine solche, wie sie durch die voll ausgefüllte Fehlerkurve wiedergegeben ist, wählt, sondern vielmehr eine derartige, wie sie sich durch die schraffiert dargestellten Flächen ergibt. Die Zeitvorwahl im linken Zeitintervall innerhalb der graphischen Darstellung wird demnach so vorgenommen, daß man für den Zeitbereieh von 1 bis 3 Zeiteinheiten die in Pig. 1 dargestellte, schwarz ausgefüllte Anzeigeskala 2 verwendet, während man für einen Zeitbereich, der unter 1 Sekunde liegt, die Anzeigeskala 3 benutzt. Der maximale erreichbare Fehler innerhalb des Zeitintervalls von 1 bis 3 Zeiteinheiten beträgt somit, wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, höchstens 1,5 ^, während er in einem Zeitbereioh unterhalb einer Zeiteinheit bei einer noch sinnvollen Zeitvorwahl von ca. 0,15 Zeiteinheiten nur 3,5 # im Gegensatz zu den sonst 10 % beträgt.

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Der Zeitfehler kann somit erfindungsgemäß dahingehend auf 1/3 reduziert werden, was entsprechend der vorhergehenden Beschreibung auch für die höherdekadischen Zeifbereiche in gleicher Weise der Pail ist.

Es ist für die Zeiteinstellung bei bekannten Zeitrelais
eine Linearität des Fehlers in Abhängigkeit von der Zeitvorwahl anzustreben. Dieser Idealzustand erfordert jedoch einen wesentlich höheren Aufwand und eine völlig andere Gestaltung des Relais, er ist letztlich nur durch vollelektronische Relais zu erzielen. Insofern stellt die Erfindung einen Torschlag zur Annäherung an diesen Ideälzustand dar, wobei die bisher bekannten Zeitrelais ohne größeren Mehraufwand Verwendung finden.

Anspruches

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Claims

A η s ρ r ü ehe

( UE]

Jlektromechanisches Zeitrelais mit Synchronmotor und . ^""""'V Untersetzungsgetriebe, bei dem die mittels eines Einstellknopfes an der Frontplatte über eine Anzeigeskala kontinuierlich rorwählbare Zeitfolge mittels eines zweiten Wählknopfes über mehrere dekadische Stufen spreizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß den dekadischen Zeitstufen, die einem bestimmten UntersetZungsverhältnis innerhalb des Untersetzungsgetriebes entsprechen, Aufspreizungen der unteren Bereiche innerhalb jeder Zeitstufe ermöglichende, weitere Untersetzungszahnräder und in Übereinstimmung damit der Anzeigeskala für die kontinuierliche Vorwahl der Zeitfolge in bekannter Weise der Aufspreizung entsprechende, weitere Anzeigeskalen unmittelbar zugeordnet sind.
2. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspreizung des unteren Bereiches innerhalb jeder dekadischen Zeitstufe die gleiche ist, wobei der

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Anzeigeskala für die kontinuierliche Vorwahl der Zeitfolge nur eine einzige, der konstanten Spreizung entsprechende Anzeigeskala zugeordnet ist.
3. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den in bekannter Weise mehrfarbig ausgebildeten Anzeigeskalen auf dem Wählknopf die den einzelnen Zeitbereichen entsprechenden Farben innerhalb zugehöriger Segmente zugeordnet sind.
4. Zeitrelais nach Anspruch 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, daß drei dekadische Zeitbereiche von einer Sekunde, 10 und 100 Sekunden vorgesehen sind, denen Zeitbereiche von 3 und 30 Sekunden zugeordnet sind.

Patentaww&Ua

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