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Schalteinrichtung zum verzögerten Schalten eines
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Verbrauchers.
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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum verzögerten Schalten
eines Verbrauchers, das in Stufen gestaffelt ist, enthaltend eine mit drei Möglichkeiten
bietenden Anschlüssen A, B und C versehene Bauelementekombination, die aus einem
Bimetallschalter als Arbeitskontakt und einem diesen Schalter beheizenden keramischen
Kaltleiter besteht, wobei der Bimetallschalter und der keramische Kaltleiter zwischen
den Anschlüssen A und C in Reihe geschaltet sind, der keramische Kaltleiter zwischen
den Anschlüssen A und B und der Bimetallschalter zwischen den Anschlüssen B und
C liegen und damit der Anschluß B zwischen keramischem Kaltleiter und Bimetallschalter
liegt, wobei der Verbraucher und die Pole einer Spannungsquelle an die drei Anschlüsse
angeschlossen sind.
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Ein Verbraucher im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein Kleinmotor
sein, der durch die Schalteinrichtung gestaffelt verzögert eingeschaltet wird. Der
Verbraucher kann aber auch eine Glühlampe sein, die gestaffelt und verzögert eingeschaltet
wird.
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Die Verwendung eines oder zweier zusammengeschalteter Kaltleiter,
eines Heißleiters oder einer Kombination aus Heißleiter und Kaltleiter für die Entmagnetisierung
der Lochmaske von Farbfernsehbildröhren ist bekannt (vgl.
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Zeitschrift "Denshi Tenbon, September 1968, Seiten 102 bis 107, insbesondere
Seite 103; DE-PS 2107365; US-PS 3 619 703 entsprechend DE-OS 1 930 266).
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Für die Entmagnetisierung der Lochmaske einer Farbbildrohre ist es
auch schon bekannt, die Entmagnetisierungsschaltung nach erfolgter Entmagnetisierung
abzuschalten.
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Hierfür wird ein Relais mit Einschaltverzogerung und Ruhekontakt vorgeschlagen,
beispielsweise ein solches Relais, dessen Relais-Anker aus einem Stück Weicheisen
besteht, das über dem Luftspalt des Vertikaltransformators angeordnet ist. Die Verzögerung
entspricht in diesem Falle der Änheizzeit der Röhren. Nach dem Abklingvorgang der
Entmagnetisierung wird der Strom durch das anzugsverzögerte Relais mit Ruhekontakt
abgeschaltet. Entmagnetisierungsspule, Kaltleiter und anzugsverzögertes Relais mit
Ruhekontakt sind hierfür in Reihe geschaltet (vgl.
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Valvo-Berichte, Band XII(1966), Seiten 11 bis 19).
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Als Verbraucher im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch eine
Glühlampe dienen, deren Helligkeit beim Einschalten gestaffelt erhöht werden soll.
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Zum verzögerten Abschalten eines Verbrauchers, beispielsweise der
Beleuchtung in einem Treppenhaus, ist ein sogenannter wTempositronn-Kaltleiterschalter
auf dem Markt und in der Broschüre nElektronische Bauelemente-Neuheiten", 1978,
Seite 144 der Siemens AG beschrieben. Bei diesem Zeitschalter ist ein Kaltleiter
(PTC-Widerstand) mit einem Bimetall-Schnappschalter thermisch gekoppelt, wie dies
im Prinzip in Fig. 3 gezeigt ist. Beim Anlegen der Netzspannung über einen Tastschalter
heizt sich der Kaltleiter auf, der so dimensioniert ist, daß er nach etwa einer
bis zwei Sekunden seine Nenntemperatur erredS; wodurch der Bimetall-Schnappschalter
durchschaltet. Nach dem Abschalten der Netzspannung kühlt die Anordnung wieder ab,
der Bimetallschalter schaltet nach einer bestimmten Zeitverzögerung entsprechend
der Abkühlung des Kaltleiters wieder zurück. Durch unterschiedliche Bimetall-Schalttemperaturen
kann die Verzögerungszeit zwischen einer und fünf Minuten variiert werden.
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Eine solche Kombination aus Kaltleiter und thermisch gekoppeltem Bimetallschalter
besitzt drei Anschlüsse A, B und C, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Kaltleiter
P und der Bimetallschalter S sind zwischen den Anschlüssen A und C in Reihe geschaltet,
der Kaltleiter P liegt zwischen den Anschlüssen A und B und der Bimetallschalter
S liegt zwischen den Anschlüssen B und C; der Anschluß B liegt folglich zwischen
dem Kaltleiter P und dem Bimetallschalter S.
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Bei dem oben beschriebenen bekannten Kaltleiter-Zeitschalter sind
die Pole der Spannungsquelle U mit den Anschlossen A und B verbunden, während der
Verbraucher V mit den Anschlüssen A und C verbunden ist. Der Strom fließt somit
entweder über den Kaltleiter P zur Spannungsquelle zurück oder über den Verbraucher
V und den Bimetallschalter S. Diese in Fig. 3 gezeigte Schalteinrichtung ist in
Fig. 4 in einer zur Fig. 2 analogen Weise dargestellt, um an dieser bekannten Schaltung
die vorliegende Erfindung zu erläutern.
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In den DE-OSen 29 07 763 und 29 07 807 sind ein Zeitschalter zum verzögerten
Ein- und Ausschalten von elektrischen Geräten bzw. eine Bauelementekombination mit
einem Kaltleiter und einem Bimetallschalter beschrieben, wobei die hier in Fig.
2 gezeigte Zuordnung des Kaltleiters, des Bimetallschalters und der drei Anschlüsse
realisiert ist. In diesen Vorveröffentlichungen geht es um die konstruktive Ausgestaltung
des Zeitschalters bzw. der Bauelementekombination.
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In der DE-Patentanmeldung P 30 29 815.8 vom 6. August 1980 ist eine
Schalteinrichtung zum verögerten Schalten eines Verbrauchers, insbesondere einer
Rstmagnefisierungsspule für Farbfernsehbildröhren, beschrieben. Beim Einschalten
eines Verbrauchers mit dieser Schalteinriohtung ist ein konstanter Verlauf der Kennlinie
nicht gewährleistet,
so daß ein ausgeprägter Sprung zwischen zwei
Zuständen nicht auftritt.
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In der. US-PS 3 919 679 ist ein Zeitschalter beschrieben, bei dem
ein Kontakt an einer Bimetallfeder angebracht ist.
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Diese Bimetallfeder wird durch einen selbstregulierenden Heizer, nämlich
einen keramischen Kaltleiter mit hohem positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes
in Äbhängigkeit von der Temperatur gesteuert.
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Keramische Kaltleiter dieser lit, die auch bei der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, bestehen bekanntermaßen aus dotiertem 3ariuDtitanat, haben einen
niedrigen Ausgangswiderstand bei Zimmertemperatur, der bei Srwärmung des Kaltleiterkörpers,
beispielsweise durch Stromdurchgang oder durch Erwärmung von außen, um mehrere Zehnerpotenzen
zunimmt und sehr hochohmig wird. Bei dem bekannten Zeitschalter liegen der Kaltleiter,
der Schalter und der Verbraucher in Reihe; außerdem werden die Kontakte des Schalters
von der Bimetallfeder gesteuert, die eng am Kaltleiter anliegt und als Stromzufhhrung
zum Kaltleiter dient.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung
anzugeben, mit der ein elektrischer Verbraucher verzögert und gestaffelt eingeschaltet
werden kann, wobei diese Schalteinrichtung es durch entsprechende Zuschaltung der
Spannungsquelle und des Verbrauchers erlaubt, letzteren von einem niedrigen Anfangswert
aus nach einem durch die Schalteinrichtung vorgegebenen Zeitpunkt auf den für den
Verbraucher zulässigen Endwert hochzu#halten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Schalteinrichtung der eingangs angegebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der Spannungsquelle (U),
ggf. über einen Kontaktschalter (g), mit den Änschlüssen (A und 0),
die
Pole des Verbrauchers (V) mit den Anschlüssen (A und B) und die Pole eines zusätzlichen
Widerstandes (R) mit festem Widerstandswert mit den Anschlüssen (c und B) verbunden
sind.
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Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß
die Schalttemperatur des Bimetallschalters- (S) unterhalb der maximal auftretenden
Körpertemperatur des keramischen Kaltleiters (P) im aufgeheizten Zustand liegt,
daß der Widerstandswert des Widerstandes (R) um den Faktor 0,5 bis 10 über dem elektrischen
Widerstandswert des Verbrauchers (V) liegt und daß der Widerstandswert des keramischen
Kaltleiters (P) bei Raumtemperatur unterhalb des Widerstandswertes des Widerstandes
(R) liegt.
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Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Schaltungen wird das Wesen
der Schalteinrichtung nach der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 die Schalteinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2
die innere Verschaltung der Bauelementekombination; Fig. 3 eine bekannte Anwendung
der Verschaltung nach Fig. 2; Fig. 4 die bekannte Schaltung nach Fig. 3 in anderer
Darstellung.
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Die innere Verschaltung des Kaltleiters P und des Bimetallschalters
S als Arbeitskontakt, der vom Kaltleiter P thermisch beeinflußt wird, ist in Fig.
2 gezeigt. Der Kaltleiter P und der Bimetallschalter S liegen zwischen den Anschlüssen
A und C in Reihe, wobei der Kaltleiter P zwischen den Anschlüssen A und B und der
Bimetallschalter zwischen den Anschlüssen B und C liegen. Die thermische Beeinflussung
erfolgt dadurch, daß der Bimetallschalter direkt wärmeleitend mit dem Kaltleiter
P verbunden ist.
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Möglichkeiten hierfür sind in den beiden oben genannten, vorveröffentlichten
deutschen Offenlegungsschriften beschrieben. Dort ist auch die konstruktive Gestaltung
dieses teiles der Bauelementekombination angegeben; eine andere Möglichkeit der
konstruktiven Ausführungsform hierfür ist in der deutschen Patentanmeldung P 30
29 796.2 vom 06.08.1980 (VPÄ 80 P 1905) beschrieben.
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In Fig. 3 ist die Zuschaltung der Spannungsquelle U des Verbrauchers
V an die Anschlüsse A, B und C des bekannten Kaltleiter-Zeitschalters "Xempositron"
dargestellt. Mit dem Tastschalter X wird der Stromkreis über den Anschluß A, den
Kaltleiter P und den Anschluß B geschlossen. Dadurch erwärmt sich der Kaltleiter
und bewirkt, daß der Bimetallschalter S schließt, so daß nunmehr der Verbraucher
vom Strom durchflossen wird. Die Abschaltserzögerung geschieht dabei dadurch, daß
nach Öffnen des Tastschalters und Abkühlen des Kaltleiters P der Bimetallschalter
B wieder öffnet, so daß der Verbraucher von der Spannungsquelle U abgeschaltet ist.
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Entsprechendes gi1,t für Big. 4, die eine andere Darstellung der Schaltung
nach Fig. 3 wiedergibt, wobei die Lage der Anschlüsse A, B und C und der Bauelemente
Ealtleiter P und Bimetallschalter S der in Fig. 2 gezeigten Darstellung entspricht.
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Zum Vergleich ist in Fig. 1 die Schalteinrichtung gemäß der Erfindung
mit der-Spannungsquelle U und dem Verbraucher V gezeigt. Die Spannungsquelle U ist,
ggf. über den Kontaktschalter K, mit einem Pol am Anschluß A und mit dem anderen
Pol am Anschluß a zugeschaltet. Die Pole des Verbrauchers sind an den Anschlüssen
A und B zugeschaltet.
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Die Schalteinrichtung gemäß der Erfindung wirkt in folgender Weise.
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Der keramische Kaltleiter P dient zur Beheizung des Bimetallschalters
S, während der zusätzliche Widerstand R die Einschaltleistung begrenzt. Für die
Zwecke der Erfindung ist eine Schalteinrichtung in gekapselter Ausführungsform,
wie sich ansich bekannt ist, verwendbar, sofern die innere Verschaltung gemäß Fig.
2 gegeben ist.
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Durch die Verschaltung einer solchen gekapselten Ausführungsform gemäß
der Erfindung liegt der keramische Kaltleiter P parallel zum Verbraucher V, und
der Bimetallschalter S liegt parallel zum zusätzlichen Widerstand R.
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Die Steuerung des Bimetallschalters S erfolgt wegen der thermischen
Kopplung mit dem keramischen Kaltleiter P.
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Beim Einschalten wird die Leistung am Verbraucher V durch den Widerstand
R und den Widerstand des keramischen Kaltleiters P im kalten Zustand begrenzt. Der
keramische Kaltleiter P erwärmt sich durch die Einschaltleistung und erwärmt damit
auch den Bimetallschalter S. Damit läuft die Leistung des Verbrauchers V auf ihren
Nennwert, und durch das Schalten des Bimetallschalters S wird der Widerstand R kurzgeschlossen.
Durch das selbsttätige Wegschalten des Widerstandes R durch den Bimetallschalter
S nach Erreichen des Betriebszustandes NNenn treten am Verbraucher V keine Leistungseinbußen
auf. Das Hochschalten des Verbrauchers erfolgt somit in zwei Schritten, nämlich
beim ersten Schritt durch die Reihenschaltung des Verbrauchers V mit dem Widerstand
R, und dann - bewirkt durch das Schalten des Bimetallschalters S - dadurch, daß
die volle Leistung am Verbraucher liegt. Nach wie vor ist der keramische Kaltleiter
P zum Verbraucher V parallel geschaltet, so daß sich der keramische Kaltleiter P
erst abkühlt, wenn der Strom durch den Schalter K abgeschaltet wird.
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2 Patentansprüche, 4 Figuren.