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Thermostatische Zeitverzögerungsvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine thermostatische Zeitverzögerungsvorrichtung
bzw. einen thermostatischen Zeitverzögerungsschalter, und sie bezieht sich insbesondere
auf einen solchen Schalter, der ein Mittel zum Einstellen der Schaltzeitverzögerung
durch Steuerung der Geschwindigkeit, mit der das Bimetallelement in dem Relais erhitzt
wird, enthält.
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Thermische Relais werden dazu verwendet, einen Schaltkreis mittels
Relaiskontakten zu schließen oder zu öffnen, und die Relaiskontakte werden durch
die temperaturabhängige Ausdehnung oder Zusammenziehung des sich unter Wärme biegenden
oder "wärmeflexiblen" Gliedes eines Bimetallelementes in dem Relais betätigt. Die
Temperatur
des Bimetallelementes in dem Relais wird üblicherweise
durch eine elektrische Heizvorrichtung wie beispielsweise einen Heizfaden gesteuert.
Wenn durch den Heizfaden Strom fließt, dehnt sich das wärmebiegsame Glied des Bimetallelementes
im Verhältnis zum Steigen der Temperatur aus. Wenn die Temperatur ein bestimmtes
spezielles Niveau erreicht, bewirkt die entsprechende Ausdehnung des wärmebiegsamen
Gliedes die Schaltung oder Betätigung der Relaiskontakte.
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Die Verzögerung zwischen dem Einschalten der Heizung des Fadens oder
der Heizvorrichtung und der Betätigung der Relaiskontakte ist ein äußerst wichtiger
Faktor bei der Beurteilung, ob das Relais für einen bestimmten Zweck geeignet ist
oder nicht. Das Relais kann beispielsweise dazu verwendet werden, um ein Maschinen-Warm.laufanzeigelicht
zu betätigen, das eingeschaltet sein soll, wenn die Maschine anfangs eingeschaltet
wird, und ausgeschaltet werden soll, nachdem die AufwärmzeJt der Maschine abgelaufen
ist. Unter diesen Umständen wäre die Aufwärmzeit der Maschine die Relaisverzögerungszeit,
und die Relaisverzögerung müßte auf diese Zeit eingestellt werden.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und
geeignete Vorrichtung zur Steuerung der Verzögerungszeit zwischen dem Einschalten
der thermischen Relais-Heizvorrichtung und der Betätigung der Relaiskontakte zu
schaffen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen,
durch die die Schaltverzögerungszeit in einem thermischen Relais mittels eines einzigen
elektrischen Bauteiles gesteuert werden kann.
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Diese Aufgaben und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden detaillierten Beschreibung und aus dem angegebenen Ausführungsbeispiel,
das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
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Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen und Schwierigkeiten
bei bekannten Schaltern zu vermeiden, enthält das thermostatische Zeitverzögerungsrelais
gemäß der vorliegenden Erfindung
Mittel zur Steuerung der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit
innerhalb des Relais, sodaß die Zeitverzögerung zwischen dem Einschalten der Heizvorrichtung
des Relais und der Betätigung der Relaiskontakte gesteuert werden kann.
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Eine geschaltete Stromversorgungsquelle liefert die Spannung für eine
Bimetallschaltvorrichtung, die Heizvorrichtung und das wärmeempfindliche Steuerglied
des Schalters. Die Stromversorgungsquelle liefert unter der Schaltsteuerung des
Relais ebenfalls die Energie für einen äußeren Verbraucher oder ein äußeres elektrisches
Gerät.
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Wenn die Stromversorgungsquelle eingeschaltet wird, erhält der äußere
Verbraucher sofort Spannung und die Heizvorrichtung beginnt, die Schaltglieder und
die Temperatursteuervorrichtung innerhalb des Relais aufzuheizen. Der Temperaturanstieg
in dem Relais wird durch das Arbeiten der Steuervorrichtung verringert und demzufolge
wird die Ausdehnung des wärmeempfindlichen Gliedes der bimetallischen Schaltvorrichtung
gleichermaßen verlangsamt.
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Nach einer geeigneten Zeitverzögerung wird dann die kritische Schalttemperatur
innerhalb des Relais erreicht und die entsprechende Ausdehnung des wärmeempfindlichen
Gliedes der bimetallischen Schaltvorrichtung bewirkt, daß die Relaiskontakte getrennt
werden und der Stromkreis zu dem äußeren Verbraucher oder äußeren Gerät dadurch
unterbrochen wird. Der Stromkreis zu dem äußeren Verbraucher bleibt solange abgeschaltet,
wie die Stromversorgungsquelle eingeschaltet bleibt.
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Da die vorliegende thermische Schalterausführung normalerweise geschlossen
ist (wie bei Ruhekontakten), wird der äußere Verbraucher durch Einschalten der Stromspannungsquelle
mit Strom versorgt und wird nach einer geeigneten Verzögerung durch die Betätigung
des Relais abgeschaltet. Jedoch kann bei eIner anderen Ausführungsform das Relais
auch für normalerweise offene Kontakte (Arbeitskontakte) ausgelegt werden. Bei einem
derartigen Betrieb würde der äußere Verbraucher nur mit Strom versorgt werden, nachdem
die Stromversorgungsquelle eingeschaltet und die geeignete Schaltverzögerungszeit
abgelaufen ist. Daher würde bei der Arbeitskotaktausführungsform
das
Schalten des Schalters den äußeren Verbraucher einschalten, und dieser Verbraucher
würde eingeschaltet bleiben, bis die Stromversorgungsquelle abgeschaltet wird.
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Die Erfindung wird nun durch Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform
des Zeitverzögerungsschalters gemäß der Erfindung und Fig. 2 Kurven, die die Aufheizgeschwindigkeit
des flexiblen Gliedes des Zeitverzögerungsschalters zeigen.
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Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Fig. 1 dargestellt. Ein Gehäuse 1 und eine Isolationsgrundplatte 2 umschließen eine
Temperatursteuervorrichtung 9, Schaltglieder 6 und 7 und Schaltkontakte 10 und 11.
Die Schalt- bzw.
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Anschlußstifte 3, 4 und 5 sind in die Grundplattv 2 eingefügt und
durch diese hindurchgeführt und bilden dadurch ein Mittel, mit dem äußere Punkte
mit den Schaltkontakten, den Schaltgliedern und der Temperatursteuervorrichtung
elektrisch verbunden werden können.
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Eine äußere Stromquelle 14 ist mit dem Anschlußstift 3 über einen
Stromversorgungsschalter 13 verbunden. Wenn der Stromversorgungsschalter 13 betätigt
wird, wird Spannung an den Anschlußstift 3 angelegt und dadurch an die Schaltglieder
6 und 7, die Temperatursteuervorrichtung 9 und die Heizeinrichtung 8 geführt. Da
die Steuerglieder der vorliegenden Schalterausführung normalerweise geschlossen
sind, wird die Spannung auch durch die Schaltkontakte
10 und 11
an den äußeren Verbraucher, ein äußeres Gerät oder dergleichen 12, z. B. eine Lampe,
geführt.
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Die Heizvorrichtung 8 enthält eine bestimmte Menge eines Heizdrahtes
mit hohem Widerstand, der um das wärmebiegsame Metallband 7 gewunden ist, wobei
ein Ende des Heizdrahtes mit dem Band 7 elektrisch verbunden ist und das andere
Ende des Drahtes mit der Temperatursteuervorrichtung 9 elektrisch verbunden ist.
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Wenn an das Relais Strom gelegt wird, bewirkt der durch die Heizdrahtspule
8 fließende Strom, daß die Spule Wärme erzeugt. Die durch die Heizspule 8 erzeugte
Wärme bewirkt, daß das temperaturempfindliche wärmebiegsame Band 7 sich ausdehnt
und auf diese Weise nach außen gegen das vorgespannte Metallglied 6 drückt. Der
nach außen gerichtete Druck des sich ausdehnenden Bandes 7 wirkt gegen die Kraft
des vorgespannten Gliedes 6, das die Relaiskontakte 10 und 11 zusammengedrückt hielt.
Wenn sich das Band 7 ausdehnt, wird der Federdruck, der die Relaiskontakte zusammenhält,
verringert, bis die Kontakte 10 und 11 bei einer bestimmten Temperatur, die durch
die Linie D in Fig. 2 dargestellt ist, voneinander getrennt werden und damit die
elektrische Verbindung zwischen der Stromquelle und dem äußeren Verbraucher unterbrochen
wird.
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Die Temperatursteuervorrichtung ist ein Thermistor 9, der mit dem
Heizdraht 8 in Reihe geschaltet ist und an seinem freien Ende über den Anschlußstift
5 geerdet ist. Wenn der Stromversorgungsschalter 13 anfänglich betätigt wird und
an den Anschlußstift 3 Spannung angelegt wird und durch die Schaltglieder 6 und
7 zu dem Heizdraht 8 und dem Thermistor 9 geführt wird, beginnen der Thermistor
und das wärmebiegsame Band 7 sich aufgrund der Wirkung des in dem Heizdraht 8 fließenden
Stromes zu erwärmen.
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Wenn der Thermistor eine positive Temperaturcharakteristik besitzt,
wächst sein Widerstand mit steigender Temperatur und begrenzt so den Strom, der
in dem Heizdraht fließt, und erniedrigt demzufolge die Heizgeschwindigkeit, wie
es in Kurve B in Fig. 2 gezeigt ist. Die Anfangssteigung der Kurve B ist steil,
weil der Thermistor noch nicht
hinreichend erwärmt ist und sein
Widerstand daher noch vergleichsweise niedrig ist. Wenn jedoch der Widerstand des
Thermistors einmal durch Erhitzen bis auf einen Punkt gestiegen ist, bei dem er
den in dem Heizdraht fließenden Strom merklich begrenzt, nimmt die Heizgeschwindigkeit
merklich ab und die Steigung der Kurve ist dementsprechend gering.
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Eine umgekehrte Wirkung wird erhalten, wenn der Thermistor 9 eine
negative Temperaturcharakteristik aufweist. In diesem Falle nimmt der Thermistorwiderstand
1 steigender Temperatur ab. Daher ist, wie in Kurve C von Fig. 2 gezeigt ist, die
anfängliche Steigung der Kurve oder die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit klein,
da der anfängliche Thermistorwiderstand groß ist und der in dem Heizdraht fließende
Strom begrenzt wird. Wenn sich jedoch der Thermistor erwärmt, nimmt sein Widerstand
ab, es fließt ein stärkerer Strom in dem Heizdraht, die Relaistemperatur steigt
schneller an und die Steigung der Kurve C wird entsprechend steil.
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Die Linie D von Fig. 2 stellt die kritische Temperatur dar, bei der
die Ausdehnung des Bandes 7 bewirkt, daß sich die Relaiskontakte 10 und 11 trennen.
Auf diese Weise ist die Linie D die Schalttemperatur des Relais, und die Zeitkoordinate
des Punktes, an dem die jeweilige Kurve diese Linie schneidet, stellt die Verzögerungszeit
dar, die zu dieser speziellen Kurve gehört.
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Kurve A ist eine repräsentative Temperaturkurve eines Relais ohne
die Thermistortemperatursteuerung. Die Kurven B und C schneiden die Linie D in einem
Punkt, der zeitlich von dem Schnittpunkt der Kurve A verzögert ist, da die zur Erzeugung
der Kurven B und C verwendeten Thermistoren ein langsameres allmählicheres Anwachsen
der Relaistemperatur und eine entsprechend größere Zeitdauer zwischen dem anfänglichen
Einschalten des Relais und der verzögerten, temperaturbeeinflußten Relaisschaltung
bewirken.
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Die Erfindung kann ebenfalls durch andere Ausführungsformen verwirklicht
werden, ohne daß die wesentlichen Grundzüge verlassen werden. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele
sollen daher in jeder
Hinsicht nur als Beispiele dienen und nicht
beschränkend sein, wobei der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche
angegeben wird. Alle Abwandlungen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen,
sollen daher mit umfaßt werden.
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L e er se i t e