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Schaltungsanordnung zur Erregung eines Zeitschalters
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erregung
eines Zeitschalters der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art.
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Aus einem Relais und einem Zeitglied bestehende Zeitschalter, die
durch Erregung des Relais mit einem Stromimpuls gestartet werden und nach Ablauf
der durch das Zeitglied gegebenen Verzögerungszeit in die Ruhelage zurückschalten,
sind in mannigfaltigen Ausführungsformen bekannt. Als Relais kann beispielsweise
ein Stromstossrelais mit zwei stabilen Lagen dienen, das beim Betätigen eines Tastschalters
durch einen von diesem abgegebenen Stromimpuls in die Arbeitslage geschaltet und
durch einen vom Zeitglied erzeugten Stromimpuls entgegengesetzter Polarität in die
Ruhelage zurückgeschaltet wird. Das Zeitglied kann z.B. aus einem RC-Verzögerungskreis
und einem Schwellenschalter bestehen.
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Wenn bei einem solchen Zeitschalter der Tastschalter dauernd betätigt
wird, bleibt die Erregerspule des Relais erregt und das Relais kann nach Ablauf
der Verzögerungszeit nicht in die
Ruhelage zurückschalten. Ausserdem
besteht die Gefahr, dass die Erregerspule überlastet und dadurch beschädigt wird.
Es wäre zwar möglich, die Erregerspule so zu bemessen, dass sie einer Dauererregung
standhält; eine solche Erregerspule benötigt jedoch viel material und Raum.
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Vielfach besteht der Wunsch, parallel zu dem Tastschalter einen Verbraucher
anzuschliessen, der über die Erregerwicklung des Relais von der Speisespannung des
Zeitschalters gespeist und nur während einer Betätigung des Tastschalters durch
diesen vorübergehend abgeschaltet wird. Um zu gewährleisten, dass bei geöffnetem
Tastschalter der grösste Teil der Speisespannung über dem Verbraucher und nur ein
geringer Teil über der Erregerspule des Relais abfällt, muss die Erregerspule im
Vergleich zum minimal zulässigen Belostungswiderstand des Verbrauchers niederohmig
dimensioniert sein.
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Ausserdem darf das Relais durch den Strom, der bei geöffnetem Tastschalter
im Vcrbraucher und in der Erregerspule fliesst, nicht ansprechen. Diese Bedingungen
schliessen es praktisch aus, die Erregerspule des Relais so zu bemessen, dass sie
bei geschlossenem Tastschalter einer Dauererregung standhält.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der bei dauernder Betätigung des Tastschalters
der Zeitschalter in die Ruhelage zurückgescholtet sowie eine Ueberbeanspruchung
der Erregerspule zuverlässig verhindert wird und ausserdem parallel zu dem Xastschalter
ein verhältnismässig leistungsstarker Verbraucher angeschlossen werden kann.
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Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Patentanspruches bezeichneten
Merkmalen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild und Fig. 2 ein Diagramm.
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In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Zeitschalter, der ein Relais 2 mit
einer Erregerspule 3, ein Zeitglied 4 sowie einen Schaltkontakt 5 aufweist. Die
Erregerspule 3 ist in Reihe mit einem Tastschalter 6 und einem Kippelement 7 an
eine Speisespannung UN angeschlossen. Parallel zum Tastscholter 6 ist ein elektrischer
Verbraucher 8 geschaltet.
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US bedeutet in der Fig. 1 die Spannung am Tastschalter 6 bzw.
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am Verbraucher 8, UK die Spannung am Kippelement 7, UR die Spannung
an der Erregerspule 3 und I den in der Scholtungssnordnung fliessenden Strom.
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Im Strom-Spannungs-Diagramm der Fig. 2 ist auf der Abszisse die Spannung
U und auf der Ordinate der Strom I aufgetragen.
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Das Kippelement 7 (Fig. 1) weist eine im Diagramm mit 9 bezeichnete
Kippkennlinie Type N auf, die vom Nullpunkt des Diagramms ausgehend vorerst steil
und annähernd linear ansteigt, sodann abflacht, bei einem Stromschwellenwert IS
wendet und danach wieder abfällt. Im abfallenden Ast der Kippkennlinie 9 ist der
Differentiolwiderstand des Kippelementes 7 negativ.
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Bei geschlossenem Tastschalter 6 gilt für den Strom 1 die Beziehung
und bei geöffnetern Tastschalter die Beziehung
wobei R den Widerstand der Ere regerspule 3 und R den Widerstand des Verbrauchers
8 bedeutet.
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v Die erstgenannte Beziehung ist in der Fig. 2 durch eine Widerstandsgerade
10 und die zweitgenannte Beziehung durch eine Widerstandsgerade 11 dargestellt.
Die Widerstandsgeraden 10, 11 schneiden die Abszisse im Punkt U = UN. Der Ansprechstrom
des
Relais 2 ist im Diagramm mit IA und der Haltestrom mit IH bezeichnet. Die Widerstandsgerade
10 schneidet die Kippkennlinie 9 in einem einzigen Punkt 12, der auf dem abfallenden
Ast der Kippkennlinie und weit unterhalb des Haltestromes IH des Relais 2 liegt.
Ein Schnittpunkt 13 der Widerstandsgeraden 11 mit dem ansteigenden Ast der Kippkennlinie
9 befindet sich ebenfalls unter dem Haltestrom IH Dieser Haltestrom liegt im steilen,
annähernd linearen Bereich des ansteigenden Astes der Kippkennlinie 9.
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Die beschriebene Schcltungsanordnung arbeitet wie folgt: Bei geöffnetem
Tastschalter 6 nimmt der Strom I einen vom Verbraucher 8 abhängigen Wert I an; der
Arbeitspunkt der Schalv tungsonordnung befindet sich im Schnittpunkt 13. Infolge
des in diesem Bereich steilen Verlaufes der Kippkennlinie 9 ist die Spannung UK
am Kippelement 7 verhältnismässig klein. Da ausserdem der Widerstand R der Erregerspule
3 klein ist gee genüber dem Widerstand R des Verbrauchers 8, fällt der grösste v
Teil der Speisespannung UN als Spannung U5 über dem Verbraucher ab. Der maximal
zulässige Strom 1 des Verbrauchers 8 ist durch v den Haltestrom IH des Relais 2
gegeben.
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Beim kurzzeitigen Betätigen des fast schalters 6 wandert der Arbeitspunkt
der Schaltungsanordnung auf dem ansteigenden Ast der Kippkennlinie 9 nach oben,
der Ansprechstrom IA des Relais 2 wird überschritten, der Anker des Relais zieht
an, der Schaltkontakt 5 wird geschlossen und dos Zeitglied 4 gestartet. Wenn der
Tastschalter 6 wieder geöffnet wird, sinkt auch der Strom I wieder auf den Wert
I ab. Nach Ablauf der durch das Zeitv glied 4 gegebenen Verzögerungszeit kippt das
Relais 2 in die Ruhelage zurück und der Schaltkontakt 5 öffnet.
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Wenn der Tastschalter 6 während einer Zeitdauer geschlossen wird,
die grösser ist als die Umschaltzeit des Kippelementes 7, kippt dieses nach Ueberschreiten
des Stromschwellenwertes in inden hochohmigen Zustand und nimmt einen Arbeitspunkt
im
Schnittpunkt 12 ein, so dass in der Erregerspule 3 nur mehr ein geringer Reststrom
IR fliesst. Dadurch wird die Erregerspule 3 vor Ueberlastung durch dauernde Betätigung
des Tastschalters 6 zuverlässig geschützt und das Relais 2 kann nach Ablauf der
durch das Zeitglied 3 gegebenen Verzögerungszeit auch dann in die Ruhelage zurückkippen,
wenn der Tastschalter 6 weiterhin geschlossen bleibt. Ein neuer Start des Zeitschalters
ist jetzt nur möglich, wenn der Tastschalter 6 geöffnet wird und der Arbeitspunkt
der Schaltungsanordnung in den Schnittpunkt 13 zurückfällt.
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Als Kippelement 7 mit einer Kippkennlinie Type N eignet sich vorzugsweise
ein PTC-Widerstand, der vorteilhaft eine kurze Umschaltzeit aufweist, damit das
Zurückschalten vom Schnittpunkt 2 in den Schnittpunkt 13 noch längerer Betätigung
des Tastschalters 6 rasch erfolgt und ein Neustart des Zeitschalters ohne merkbare
Wartezeit möglich ist. Ferner kann als Kippelement 7 beispielsweise eine Transistorschaltung
mit einer Kippkennlinie Type N verwendet werden. Solche Transistorscholtungen sind
bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung ist sehr einfach. Eine Ueberlastung
der Erregerspule des Relais wird zuverlässig verhindert und der Zeitschalter schaltet
auch dann in die Ruhelage zurück, wenn der Tastschalter während längerer Zeit gedrückt
wird. Ein Neustart des Zeitschalters ist nur möglich, wenn der Tastschalter zuvor
geöffnet wird. Parallel zum Tastschalter kann ein verhältnismässig leistungsstarker
Verbraucher, z.B. ein Lampenstromkreis, angeschlossen werden, ohne die Funktionstüchtigkeit
der Schaltungsanordnung zu beeinträchtigen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Speisespannung der Schaltungsanordnung
in weiten Grenzen variiert werden kann.