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Zeitrelais Die Erfindung betrifft ein Zeitrelais, welches unter Benutzung
eines ganz oder teilweise von Luft zu befreienden Behälters arbeitet, in den die
Luft allmählich wieder einströmen kann.
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Man kennt bereits Vorrichtungen dieser Art, die mit einem geschlossenen
elastischen Hohlkörper arbeiten, welcher mit Luftein-und -auslaßventilen versehen
ist und durch ein Druckorgan bei Betätigung des Relais zusammengedrückt wird. Bei
der einen der bekannten Einrichtungen dieser Art ist die Anordnung so getroffen,
daß beim Niederdrücken eines Druckknopfes die Luft aus einem Gummiball herausgedrückt
wird, der zu diesem Zweck eine mit Ventil versehene Öffnung besitzt. Beim Loslassen
des Druckknopfes kehrt' er unter der Wirkung einer Feder unabhängig von dem Gummiball
in seine Ausgangsstellung zurück, während dieser sich erst allmählich in dem Maße
wieder ausdehnen soll, wie die Luft durch jenes Ventil wieder in ihn eindringt.
Da nun aber der Außendruck nicht größer ist als der im Innern des zusammengedrückten
Gummiballs herrschende, so wird der Gummiball in diesem Falle gar nicht oder nur
in äußerst. geringem Maße das Bestreben zur Wiederausdehnung haben, wie an jedem
-hohlen Gummispielball -zu erkennen ist, wenn seine Wandung an irgendeiner Stelle
durchlöchert ist. Diese Einrichtung wird also überhaupt nicht praktisch arbeiten
können, sofern nicht etwa besondere Federn vorgesehen werden, um den zusammengedrückten
Ball wieder aufzurichten.
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Bei einer zweiten bekannten Einrichtung sind getrennte Ein- und Auslqßventile
für getrennte Öffnungen des dort ebenfalls benutzten Gummiballs vorgesehen; auch
dabei ist der Druckknopf vom Gummiball unabhängig angeordnet und kehrt unter der
Wirkung einer besonderen Feder für sich in die Ausgangsstellung zurück. Die Wiederaufrichtung
des Gummiballs soll in diesem Falle zwar angeblich auch selbsttätig erfolgen, aus
den oben angegebenen Gründen wird das aber auch bei dieser bekannten Anordnung nicht
oder jedenfalls nicht unter Kraftleistung möglich sein, vielmehr wird die Wiederaufrichtung
des Gummiballs und damit die Öffnung des' vorgesehenen Berührungskontaktes im allgemeinen
nur unter der Wirkung einer reit dem Gummiball und dem . Kontakt in Verbindung stehenden
Feder erfolgen. Keinesfalls wäre es möglich, mit einer derartigen Einrichtung einen
Schleif- oder Messerkontakt zu betätigen, wie er für Starkstromschalter vorgeschrieben
ist, einfach weil, wenn überhaupt durch die Wiederaufrichtung des Gummiballs in
dem bekannten Fall Kraft entwickelt werden sollte, diese jedenfalls .viel zu gering
wäre, um einen Schleif- oder Messerkontakt zu betätigen und die dabei auftretenden
erheblichen Reibungen zu überwinden.
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Gemäß vorliegender Erfindung ist nun der zur Anwendung kommende besonders
gestaltete,
elastische Hohlkörper mit Versteifungen oder Verdickungen
der Wandung in solcher Weise versehen, daß dadurch seine Wiederausdehnung nach erfolgter
Zusammendrückung unterstützt und verstärkt und damit gleichzeitig eine erhebliche
Kraft entwickelt wird, welche es ermöglicht, die Öffnung des zuvor geschlossenen
Kontaktes mit Sicherheit in der gewünschten Weise zu bewirken, und zwar auch dann,
wenn es sich um Schleif-oder Messerkontakte für Starkstromschalter mit höheren Kraftansprüchen.
handelt. Die so bei der Wiederausdehnung oder Wiederaufrichtung des versteiften
Hohlkörpers entwickelte Kraft kann aber natürlich auch zur Leistung anderer Arbeiten
benutzt werden. Die Wiederaufrichtung oder Wiederausdehnung des zusammendrückbaren
Hohlkörpers erfolgt hier also im wesentlichen unter der Wirkung seiner besonderen
Gestaltung oder der an ihm angeordneten Versteifungen oder Verdickungen, und der
Wiedereintritt der Luft in den Hohlkörper geschieht in dem Maße, wie die Wiederaufrichtung
desselben fortschreitet. Die für eine bestimmte Kraftleistung eines Zeitrelais zweckmäßigste
Form des Hohlkörpers ist je nach Hubwirkung und Hubhöhe verschieden.
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Die _ Versteifungen oder Verdickungen werden an dem elastischen Hohlkörper
vorzugsweise ganz oder teilweise bogenförmig ausgebildet. Sorge muß dabei nur dafür
getragen werden, daß die durch diese Verspannungen beim Loslassen des zusammengedrückten
Hohlkörpers ausgeübte Kraft nicht so groß wird, daß der Hohlkörper nach Aufhören
des mechanischen Drucks vor dem Wiedereinströmen der Luft schnell seine ursprüngliche
Form wieder annimmt, entgegen dem auf seine Außenfläche wirkenden Luftdruck. Die
Anordnung muß vielmehr so getroffen sein, daß die Wiederaufrichtung oder Wiederausdehnung
des elastischen Hohlkörpers mit dem Eintritt der Luft in ihn Schritt hält und so
eine gewisse, gegebenenfalls regelbare Zeit in Anspruch nimmt, wie sie für die Betätigung
des Relais o. dg1. gewünscht wird. Der Erfindungsgegenstand ist überall da, wo man
Ausschalt- oder Umschaltwirkungen mit bestimmten Verzögerungen, insbesondere in
der Elektrotechnik, herbeiführen will, anwendbar, und er ermöglicht es, auf die
Zwischenschaltung von Uhrwerken, Elektromagneten o. dgl., wie z. B. für Treppenhausbeleuchtungen,
Fahrstuhlbeleuchtungen, bei magnetischen Apparaten, Reversierkupplungen an Maschinen
o. dgl., zu verzichten und eine erhebliche Vereinfachung im Bau von diesen Zwecken
dienenden Vorrichtungen zu erreichen.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsformen selbsttätige elektrische
Zeitschalter in Verbindung mit einem Zeitrelais gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig., = zeigt einen solchen Zeitschalter in Ruhestellung bei ausgeschaltetem
Stromkreis, teilweise im Schnitt, Fig. 2 dieselbe Vorrichtung in der Arbeitsstellung
kurz nach erfolgter Einschaltung, Fig. 3 eine etwas abgeänderte Ausführungsform
des Zeitschalters gemäß Fig. i in der Ruhestellung im Längsschnitt, Fig. 4 einen
waagerechten Schnitt nach der in Fig. 3 gezeigten Schnittlinie, Fig. 5 eine andere
Ausbildung des benutzten Hohlkörpers im Längsschnitt und Fig. 6 einen Querschnitt
zu Fig.5 nach der dort gezeigten Schnittlinie. .
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In einem Gehäuse i befindet sich ein aus einem elastischen luftundurchlässigen
Stoff, wie z. B. Weichgummi, imprägnierten Faserstoffen, Goldschaägerhaut, imprägniertem
Kunst- oder Naturleder oder sonstigen tierischen oder künstlichen geeigneten Stoffen
beliebiger Art hergestellter Hohlkörper 2, der mit einem Ventilgehäuse 4 verbunden
ist. Die Innenfläche des Gehäuses i, das durch die Kappe 3 abgeschlossen wird, ist
so gestaltet, daß der Hohlkörper 2 im luftgefüllten Zustand sich ihr anschmiegen
kann.
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Unter- der Kappe 3 ist am= Gehäuse i ein Lagerbock 7 mit der Drehachse
8 für einen Schalthebel 9 und eine Kontaktfeder 12 mit Anschlußschraube 13 angeordnet.
Das Ventilgehäuse q. ist mit zwei Anschlägen io; i i versehen, zwischen denen der
Schalthebel 9 spielt. Eine Feder 1a sichert die Momentunterbrechung bei der. Aus-
oder Unischaltung.
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Die Gestaltung des Hohlkörpers 2 kann verschieden sein, z. B. auch
kugelförmig, oval, zylindrisch, oder er kann aus einer Kombination solcher verschiedenen
Formen gebildet oder auch harmonikaartig ausgebildet sein u. dgl. m. Wesentlich
ist für die Ausgestaltung des Hohlkörpers 2 stets, daß seine Wandung mit Versteifungen
oder Verdickungen in solcher Weise versehen ist, daß dadurch seine Wiederausdehnung
oder Wiederaufrichtung nach erfolgter Zusammendrückung unterstützt und verstärkt
und hierbei Kraft entwickelt wird, welche Arbeit zu leisten vermag. In den Fig.
i und 2 sind diese Versteifungen oder Verdickungen nicht sichtbar. Bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 3 und q. aber sind an der InnenR,and des Hohlkörpers 2 vom Boden nach
oben gehende Versteifungsrippen 15 ausgebildet, die erst an dem Halsansatz 17 des
Hohlkörpers 2 enden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 sind die Versteifungsrippen
16 in der dargestellten Weise bogenförmig ausgebildet. Sie bestehen zweckmäßig aus
dem gleichen elastischen
Material wie der Hohlkörper .2 selbst,
vorzugsweise also aus Gummi o. dgl.
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Durch diese Verdickungen oder Versteifungen wird erreicht, daß der
obere, kegelförmige Ansatz des Hohlkörpers 2 stets wieder selbsttätig unter einer
bestimmten Kraftleistung in diese Ausgangsstellung zurückzukehren sucht. Es muß
hierbei nur durch entsprechende Ausbildung der Versteifungen oder Verdickungen dafür
Sorge getragen sein, daß die durch die Zusammendrückung aufgespeicherte Kraft dem
verlangten Umfang angepaßt wird. Die besondere Ausbildung des Hohlkörpers 2 und
der an ihm angebrachten Versteifungen hat weiter zur Folge, daß insbesondere der
letzte Teil der Aufrichtungsbewegung des Hohlkörpers sich in Form einer kurzen stoßartigen
Streckung vollzieht, bei der erhebliche Kraft entfaltet wird.
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Die Ausbildung der Ein- und Auslaßventile im einzelnen ist aus der
Ausführungsform gemäß Fig. 3 ersichtlich. Diese unterscheidet sich von' der- Ausführungsform
gemäß Fig. i und 2 im wesentlichen nur dadurch, daß hier an Stelle einer nach unten
ragenden Stange 6 für die Betätigung des Luftauslaßventils ein nach oben aus dem
stangenförmigen Ventilgehäuse 4 herausragender Stift 24 vorgesehen ist, an welchem
die Ventilstange 23 sitzt, die den Ventilkörper 22 trägt. Der Sitz 21 des Luftauslaßventils
ist in das stangenförmige Gehäuse 4 eingeschraubt, durch das der Kanal 2o hindurchgeht.
Das Ventil 2i, 22 wird durch die Feder 25 für gewöhnlich geschlossen gehalten.
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Das Lufteinlaßventil ist ebenfalls in das stangenförmige Gehäuse 4
eingelassen und besteht im wesentlichen aus einer luftdurchlässigen Dichtungsplatte
26, über der sich eine Gegenmutter 27 befindet, welche von außen angezogen oder
gelockert werden kann. Die dadurch bewirkte Zusammendrückung oder Freigabe der luftdurchlässigen
Dichtungsplatte 26 hat zur Folge, daß je nach Wunsch die Luft langsamer oder schneller
durch diesen Ventilkörper hindurch und in den Hohlkörper 2 eintreten kann.
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Die Verbindung zwischen dem Halsansatz 17 des Hohlkörpers 2 und dem
stangenförmigen Ventilgehäuse 4 wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 durch
eine Hülse 18 hergestellt, welche mit dem Gehäuse 4 durch Verschraubung o. dgl.
verbunden sein kann und auf das obere Ende des Hohlkörpers 2 paßt.
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Das obere: Ende des Hohlkörpers 2 und das stangenförmige Ventilgehäuse
4 sind am oberen Rand des Gehäuses i und in der Bohrung der. Kappe 3 geführt, wodurch
die Gradlinigkeit der Bewegung des Teils 4 gesichert wird. Je nach der Form des
Hohlkörpers kann diese Führung auch an anderen Punkten erfolgen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung bei diesem Schalter ist folgende:
Durch Druck auf die Kappe 5 (Fig. i und 2) wird das stangenförmige Ventilgehäuse
4 nach unten und damit der Hohlkörper 2 zusammengedrückt. Sobald dabei die Stange
6 des im Ventilgehäuse 4 untergebrachten Auslaßv entils gegen den Boden des Hohlkörpers
2 stößt, wird das Auslaßventil geöffnet, und es strömt nun die Luft mit großer Schnelligkeit
aus. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfolgt die Öffnung des Auslaßventils
21, 22 sofort beim Druck auf den Stift 24. Im übrigen -ist Ausbildung und Wirkung
der Ventile in beiden Fällen gleich. Der Hohlkörper 2 verbleibt dann zunächst in
dem zusammengedrückten Zustand (Fig. 2), wenn sich beim Freigeben des Ventilgehäuses
4 das Auslaßventil wieder schließt. Beim Herunterdrücken des Ventilgehäuses 4 hat
der Anschlag io den Schalthebel g so weit heruntergedrückt, bis er in die Kontaktfeder
12, eingeschnappt ist und hat auf diese Weise den Stromkreis geschlossen.
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Infolge des Eintritts der Luft durch das im Gehäuse 4 angeordnete
Einlaßventil 26 (Fig. 3) richtet sich dann der Hohlkörper 2 genau in dem Maße, wie
die Luftzufuhr geregelt ist, allmählich wieder auf, und zwar im wesentlichen unter
der Wirkung der an ihm vorgesehenen Versteifungen und Verdickungen 15 bzw. 16. Dabei
wird das Ventilgehäuse 4 mitgenommen und der Anschlag i i stößt dann gegen den Schalthebel
g und reißt ihn bei Erreichung einer bestimmten Druckkraft aus der Schaltfeder 12
heraus, worauf er unter Wirkung der Feder 14 wieder in seine Offenstellung zurückschnellt.
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Die kurze stoßartige Streckung des Hohlkörpers 2 am Ende seiner Wiederaufrichtung
setzt ein, wenn bereits eine im Verhältnis zum Innenraum des Hohlkörpers bestimmte
Luftmenge wieder eingeströmt ist, ohne daß er schon wieder die volle zulässige Luftmenge
aufgenommen hat, die er ohne Überdruck zu fassen vermag. Der letzte Teil der Rückkehrbewegung
des Hohlkörpers in seine Ausgangslage unter der Wirkung seiner natürlichen Spannkraft
und der an ihm ausgebildeten Versteifungen und Verdickungen erfolgt also, bevor
die entsprechende Luftmenge eingeströmt ist, d. h, unter Bildung eines gewissen
Unterdrucks im Innern des Hohlkörpers, und dadurch wird eine plotzliehe Kraftleistung
hervorgerufen, wie sie für die schnelle Betätigung von mechanischen Verbindungen
nach Ablauf der Verzögerungsarbeit des Relais, z. B. für die schnelle Öffnung
eines
Schleifkontakts, von großer Bedeutung ist. Handelt es sich bei dieser Kraftwirkung
um die überwindung von mechanisch größeren Leistungen, wie Federdruck, Reibungswiderstand
der im Zusammenhang mit dem Relais arbeitenden Apparate u. dgl., so bietet eine
vorzeitige zwangsläufige selbsttätige Öffnung des Ein- und Auslaßventils die Möglichkeit,
diese Wirkung zu steigern und durch die dadurch in Bewegung gesetzten, mit dem Ventilgehäuse
mittelbar oder unmittelbar verbundenen Massen, deren Schleuderwirkung ebenfalls
in vorteilhafter Weise unterstützend, auszunutzen.
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Je nach der Einstellung des Einlaßventils 26 erzielt man ein sekundengenaues
Arbeiten für das Ausschalten, das bei gebräuchlichen Abmessungen 2 Sekunden, aber
auch i Stunde und länger .dauern kann, während bei größeren Dimensionen sich aber
auch jede beliebige andere Schaltdauer erreichen läßt.
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Auf Wunsch kann das Einlaßventil auch so ausgebildet sein, daß es
bei der Zusammendrückung des Hohlkörpers geschlossen ist oder selbsttätig, z. B.
in Abhängigkeit von der Öffnung des Auslaßventils, geschlossen wird und sich bei
dem Aufhören dieses äußeren Drucks auf den Ventilkörper wieder öffnet oder daß auch
das Auslaßventil zwangsläufig nach Beginn der Bewegung beim Zusammendrücken bzw.
bei der Aufrichtung mit Teilen des zu bedienenden Apparates z. B. auch als Einlaßventil
arbeitet; wesentlich ist immer nur, daß das Wiedereinströmen der Luft durch dieses
Ventil eine vorher bestimmte kürzere oder längere Zeit beansprucht und die Schnelligkeit
dieses Vorganges nach Zeit bzw. gewünschter Kraftwirkung begrenzt ist.
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Wo es sich um Erzielung höherer Kraftleistungen handelt, als die natürliche
Federkraft des Hohlkörpers zu leisten vermag, wie bei Sperrklinken an Maschinen
u. dgl., kann als zusätzliche Kraftquelle eine Spiralfeder o. dgl. innen oder außen
am Hohlkörper 2 angeordnet werden.
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Wesentlich ist auch dabei, daß der ursprüngliche Querschnitt des Hohlkörpers
beim Eindrücken nicht in störender Weise verändert wird, weil sonst seine zwangsläufige
Streckung in den Anfangszustand erschwert oder verhindert werden würde.
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Durch Änderung des Durchmessers der Druckfläche und deren Gestaltung
hat man es in der Hand, die Luftentleerung im Hohlkörper mehr oder weniger schnell
bzw. durch einen längeren oder kürzeren Weg des Ventilgehäuses q: zu bewirken, je
nachdem es für den gewünschten Gebrauchszweck zweckmäßig ist.
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Durch entsprechende Ausbildung des Gehäuses i hat man es ebenfalls
in der Hand, die Bewegungen des Hohlkörpers in der Weise einzudämmen, wie es für
dessen Arbeitsweise zweckmäßig erscheint. Auf Wunsch kann man den Hohlkörper mit
mehreren Druck- bzw. Ventilgehäusen versehen, ihn also auch nach mehreren Richtungen
wirken und dabei nach diesen verschiedenen Richtungen zeitlich verschieden arbeiten
lassen. Auch kann man die aus dem Hohlkörper ausströmende Luft in einem andern Hohlkörper
oder Behälter .auffangen und eine derartige Kombination unter einer entsprechenden
Gestaltung des bzw. der Ventile nach dem Erfindungsgedanken arbeiten lassen.
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Die je nach der Bauweise des Hohlkörpers erzielte Kraftleistung und
Länge des Arbeitsweges lassen sich in mannigfacher Weise für Schaltzwecke -u. dgl.
ausnutzen, wobei man unmittelbar oder mittelbar unter Verwendung von Hebeln, Exzentern,
Federn u. dgl. ' eine Verbindung mit beliebigen Vorrichtungen für die verschiedensten
Gebrauchszwecke herstellen kann. Die Vermeidung von ;Manschettendichtungen und Kolben
bedingt dabei noch eine besondere Unempfindlichkeit des Relais gegen Temperatureinflüsse,
so daß innerhalb ganz erheblicher Temperaturintervalle keine Abweichung von Bedeutung
von der einmal eingestellten Arbeitsdauer eintritt und die Genauigkeit der Arbeitsweise
beeinträchtigt.
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Die Betätigung des Relais kann statt von Hand auch auf mechanischem
Wege, z. B. elektromagnetisch mittels Solenoid o. dgl., erfolgen.