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Zeitschalteinrichtung Die Erfindung betrifft eine Zeitschalteinrichtung,
insbesondere für das Ein-, Aus- und Umschalten elektrischer Stromkreise, bei der
eine pneumatische Kammer, die mit Lufteinend -auslaßventil versehen ist, durch Zusammendrücken
luftleer gemacht wird.- und nach ihrer Freigabe sich durch den Wiedereintritt der
Luft zuerst allmählich und schließlich plötzlich für die Aus- oder Umschaltung ausdehnt.
Gegenüber bekannten Einrichtungen dieser Art kommt es gemäß der Erfindung darauf
an, daß das Ventil, das beim Zusammendrücken der pneumatischen Kammer die Luft herausläßt
und zufolge Freigabe der Kammer wieder geschlossen und bei dem folgenden Rücklauf
in geschlossenem Zustand mitgenommen wird, während des Rücklaufs derart rechtzeitig
geöffnet wird, ((aß durch die schnell eindringende Luft die plötzliche Überführung
der pneumatischen Kammer in den voll ausgedehnten Zustanl und dadurch die Aus- oder
Umschaltleistung verstärkt wird. Auf diese Weise wird ermöglicht, daß während derjenigen
Zeit, wo bei Verwendung der Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten der elektrische
Stromkreis durch die Betätigung der Einrichtung geschlossen gehalten werden soll,
auch das Ventil, welches den Aus- und Eintritt der Luft für die pneumatische Kammer
regelt, geschlossen gehalten wird und so eine sehr genaue Regelung der Schaltzeit
ermöglicht wird, wohingegen durch die Öffnung jenes Ventils am Ende des Zeit-Z,
ein schnelles Einströmen der Luft in die pneumatische Kammer ermöglicht und dadurch
die plötzliche kräftige Bewegung verursacht wird, die für die Aus- und Umschaltung
des elektrischen 'Schaltorgans erforderlich ist. Das schnelle Einströmen der Luft
beim öffnen jenes Ventils wird hier also für die selbsttätige Schaltbewegung wirksam
ausgenutzt, während andererseits für eine vollkommene Gleichmäßigkeit und Genauigkeit
des Zeitmeßweges Sorge getragen ist.
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Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfolgt
hingegen die Öffnung des den Lufteinlaß zur pneumatischen Kammer steuernden Ventils,
dessen Gehäuse in diesem Falle übrigens feststeht, so da.ß das Ventil nicht als
Ganzes im geschlossenen Zustande mitgenommen werden kann, nicht bereits am Ende
des Zeitmeßwegs, d. h. vor Betätigung des elektrischen Schaltorgans, sondern erst
nachher, d. h. nachdem die Schaltbewegung selbst schon vorüber ist. Hier wird also
das Einströmen der Luft in die pneumatische Kammer bei Öffnung des Ventils nicht
für die Schaltbewegung selbst ausgenutzt.
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Bei einer andern bekannten Vorrichtung besitzt die pneumatische Kammer
lediglich die Bedeutung eines Luftkissens, das die Abwärtsbewegung eines in diesem
Falle vorgesehenen, durch eine Spule anziehbaren Ankers hemmt. Hier wird durch die
Öffnung des Ventils der pneumatischen Kammer gegen Ende jener Abwärtsbewegung daher
auch nur bewirkt, daß nun die Luft aus der Kammer
unter der Wirkung
des Gewichts des Ankers schnell ausströmen kann, indem der Anker nun schneller sinkt
als vor Öffnung des Ven--, tils und so die Ausschaltung plötzlicher ert., folgt.
In diesem Falle ruht übrigens der-Ventilkörper nur lose auf seinem Sitz, so däß.
hier ein vollkommen dichter Abschluß der pneumatischen Kammer durch dieses Ventil
überhaupt nicht mit Sicherheit erzielbar ist.
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Weitere Einzelmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Einzelbeschreibung an Hand der Zeichnung. In dieser ist eine Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes in einem senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung veranschaulicht,
und zwar zeigen die Fig. i bis 3 die Vorrichtung in verschiedenen Zeitpunkten der
Betätigung.
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In der Mitte einer Bodenplatte i erhebt sich senkrecht eine Hülse
oder Büchse 2, die als Führung sowohl für das bewegliche Ventilgehäuse als auch
für den mit ihm zusammenwirkenden Ventilkörper dient. Im Innern dieser Hülse 2,
die in beliebiger Weise auf der Bodenplatte i befestigt sein kann, sitzt eine Feder
3, während um die Hülse 2 eine zweite Feder 15 gelegt ist.
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Gegen letztere stützt sich das untere Ende 22 des beweglichen Ventilgehäuses
6. Im Innern dieses Gehäuses ist der Ventilsitz 7 in Form eines nach unten gerichteten,
zweckmäßig mit Schneidkanten versehenen Flansches oder Vorsprungs ausgebildet. Oberhalb
dieses Ventilsitzes ist die Auslaßöffnung für das Ventil in Form einer Querbohrung
2o ausgebildet. Oberhalb dieser setzt sich der Teil 6 noch in, einem verjüngten
röhrenförmigen Stück zi fort. Alle diese beweglichen Teile der Vorrichtung, d. h.
das Ventilgehäuse 6 mit dem Ventilsitz 7, dem in die pneumatische Kammer eintretenden
unteren Ansatz 22 und dem oberen röhrenförmigen Ansatz 2i, sind zweckmäßig aus einem
einzigen Stück gearbeitet, derart, daß L7ndichtigkeiten hier nicht auftreten können,
wodurch die Sicherheit der Wirkung der Vorrichtung gewährleistet wird.
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Auf die in der Führungshülse 2 angeordnete Feder 3 stützt sich das
verdickte untere Ende 4 einer Ventilstange 16, die etwa in der Mitte den Ventilkörper
5 trägt, der zweckmäßig mit einer elastischen Dichtungsein-bzw. -auflage versehen
sein kann. An ihrem oberen Ende ist die Führungshülse 2 geschlossen und nur mit
einer, Durchtrittsöffnung für die Ventilstange 16 versehen bzw. mit einem nach innen
gerichteten Flansch 18 ausgerüstet, der als Anschlag für das verdickte untere Ende
q. der Ventilstange bei deren Aufwärtsbewegung dient. Das obere Ende der Ventilstange
16 ragt in den röhrenförmigen oberen Ansatz 2r des Ventilgehäuses 6 hinein, endet
aber, wenn sich die Vorrichtung in dem Ruhezustand befindet, der in Fig. i veran-Jschaulicht
ist, innerhalb dieser Röhre 21.
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= Zur Bildung der pneumatischen Kammer i9 dient einei Membran 9, die
aus beliebigem geeignetern Material bestehen kann. Sie kann 'beispielsweise auch
aus elastischem Material. wie Kautschuk, bestehen und die Form eines zusammendrückbaren,
auf Wunsch mit Versteifungen im Innern versehenen Gummiballs besitzen, etwa wie
dies im Patent 573 325 angegeben ist. Man kann aber auf Wunsch an Stelle einer solchen
Membrankammer auch einen durch einen beweglichen Kolben abgeschlossenen Raum als
pneumatische Kammer ausbilden.
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Durch die Membran oder elastische Kappe9 wird die Verbindung zwischen
der Bodenplatte i und dem beweglichen Relaisteil oder Zrentilgehäuse 6 hergestellt.
Zu diesem Zweck ist bei der gezeigten Ausführungsform das untere Ende der Membran
oder Kappe 9 mittels eines Schrumpfringes io luftdicht auf einem Ansatz 23 der Bodenplatte
befestigt. In dem durch diesen Ansatz 23 umschlossenen Hohlraum endigt der in der
Bodenplatte i ausgebildete Kana12.I für die einstellbare Lufteinlaßdüse 12 sowie
ferner ein Kanal 25 für ein besonderes Entlüftungsventil 13 zur Handbedienung.
Das obere Ende der Kappe 9 ist mittels eines starken Ringes i i zwischen diesen
und das untere verdickte Ende 22 des beweglichen Ventilgehäuses 6 eingeklemmt.
Der Ring i i ist an seinem oberen abgesetzten Ende mit Innengewinde versehen und
mit dessen Hilfe auf eine Verdickung 26 an der Außenfläche des Ventilgehäuses 6
aufgeschraubt und dadurch gegen dieses Gehäuse verstellbar. Das abgerundete untere
Ende des starken Ringes i i dient gleichzeitig als Druckkörper zum Eindrücken der
Kappe 9, und deswegen ist dieser Ring in seiner Höhe verstellbar angeordnet. Die
Form 'des Ringes oder Druckkörpers i i ist so gehalten, daß er beim Zusammenpressen
der Kappe 9 den Holilrauin der pneumatischen Kammer zum erliebliclien Teil ausfüllt,
wodurch eine gesteigerte Luftentleerung dieser Kammer herbeigeführt werden kann.
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Auf dem röhrenförmigen Ansatz 21 des beweglichen Ventilgehäuses 6
ist ein Druckorgan 8 in Form einer zweckmäßig auch am unteren Ende geschlossenen
Kappe verschiebbar angeordnet. Im Innern, dieser Kappe 8 befindet sich eine starke
Feder 1.4, deren oberes Ende sich gegen den Boden 17 der Kappe 8 stützt, während
das untere Ende sich gegen einen Teil des beweglichen Ventilgehäuses 6 legt. Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel ist hierfür an der Außenfläche der röhrenförmigen
Verlängerung 21 dieses Gehäuses ein
Ringansatz 27 vorgesehen. Die
Feder 14 ist stärker als die Federn 3 und 15 und evtl. die Federkraft der Kappe
9 zusammengenommen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende Bei der Ruhestellung
befinden sich die Teile in der aus Fig. i ersichtlichen Stellung zueinander. Wird
ein Druck auf das Druckorgan oder die Kappe 8 ausgeübt, so wird dadurch infolge
der Stärke der Feder 14 im Verhältnis zu derjenigen der Federn 3 und 15 zunächst
nicht die Feder 14 zusammengedrückt, sondern es erfolgt zunächst nur eine Zusammendrückung
der Federn 3 und 15, d. h. die Verbindung zwischen der Druckkappe 8 und dem
Röhrenansatz 21 des beweglichen Relaisteils 6 wirkt zunächst als eine starre, so
daß sich die Kappe 8 und der Relaisteil 6 unter der Wirkung des ausgeübten Drucks
gleichmäßig nach unten bewegen, wobei zunächst nur die Hilfsfeder 15 zusammengedrückt
wird. Gleichzeitig beginnt auch schon die Zusammendrückung der pneumatischen Kammer
i9. Solange das Ein- und Auslaßventil offen ist, kann bei dieser Zusammendrückung
die überschüssige Luft durch die Bohrung 20 des Ventilgehäuses 6 entweichen. Bei
der Weiterbewegung setzt sich dann der Ventilsitz 7 .auf den Ventilkörper 5 auf,
und das Ventil wird dadurch geschlossen. Unter dem weiter ausgeübten Druck auf die
Kappe 8 wird nun durch den Anschlag des Ventilsitzes 7 des Gehäuses 6 gegen den
Ventilkörper 5 dieser sowie seine Stange 16 mitgenommen, und es wird dadurch nun
auch die Feder 3 zusammengedrückt. Diese Zwischenstellung der Teile ist in Fig.2
veranschaulicht. Auch beim Beginn dieser weiteren Abwärtsbewegung bleibt die relative
Stellung der Druckkappe 8 zum Ventilgehäuse 6 noch unverändert, da die Kraft der
Feder 14 größer ist als die Kraft der Federn 3- und 15 gemeinsam. Erst wenn die
infolge der Schließung des Ventils 5,7 erfolgende Zusammendrückung der Luft
in der pneumatischen Kammer i9 einen solchen Grad erreicht hat, daß der dadurch
bewirkte Gegendruck in Verbindung finit demjenigen der zusammengedrückten Federn
3 und 15 größer geworden ist, als der Stärke der Feder 14 entspricht, wird nun diese
bei der weiteren Druckausübung auf die Kappe 8 zusammengedrückt, indem sich die
Kappe 8 auf dem röhrenförmigen Ansatz 2i ein kleines Stück nach unten bewegt.
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Die Länge der Ventilstange 16 ist nun so bemessen, daß das obere Ende
dieser Stange dann, wenn das Ventil 5, 7 geschlossen ist, ein kleines Stück über
das obere Ende des röhrenförmigenAnsatzes 2 i hinausragt, :etwa so weit, daß sie
den Boden 17 der Druckkappe gerade berührt (s. Fig.2), Bei Beginn der Zusammendrückung
der Feder 14., also der Abwärtsbewegung der Kappe 8 relativ zu dem Ventilgehäuse
6, wird infolgedessen die Ventilstänge 16 ein kurzes Stück nach unten gedrückt,
entweder bis sie mit dem oberen finde des röhrenförmigen Ansatzes 2 i bündig liegt
oder so weit, wie es die Zusammendrükkung der Feder 14 zuläßt. Dadurch wird das
Ventil 5, 7 ein wenig geöffnet, und nun kann die in der pneumatischen Kammer i9
zusaininengepreßte Luft schnell durch die Bohrung 2o entweichen. Diese Stellung
ist in Fig.3 veranschaulicht. Die pneumatische Kammer i9 wird dabei vollständig
zusammengedrückt und zum erheblichen Teil von dem Druckring i i ausgefüllt. Wird
nun das Druckorgan 9 freigegeben, so entspannt sich die Feder 1.4, die Kappe 8 wird
im Verhältnis zu dem beweglichen Relaisteil oder Ventilgehäuse wieder ein kurzes
Stück gehoben, und das Ventil 5, ; schließt sich von neuem.
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Nun kann die Arbeitsbewegung des Zeitrelais beginnen: Durch die Regulierdüse
12, die in an sich bekannter Weise beliebig eingestellt werden kann, kann von außen
her Luft langsam und innerhalb einer vorher bestimmten Zeit durch den Kanal 24 in
die pneumatische Kammer i9 eintreten, die sich dadurch allmählich und unter der
Mithilfe der Federn 3 und 15 wieder ausdehnt. Besteht die Kappe 9 aus elastischem
Material, wie Kautschuk, so trägt auch sie zur Wiederaufrichtung und Ausdehnung
bei. Bei dieser Arbeitsleistung der Teile werden die beweglichen Relaisteile, also
das Ventilgehäuse 6 und die mit diesem verbundenen Teile, - ein wenig angehoben,
und es wird gleichzeitig auch unter der Wirkung der Feder 3 der Ventilkörper 5 mit
angehoben, so daß das Ventil 5, 7 zunächst noch geschlossen bleibt. In diesem Zustand
setzt sich die Bewegung fort, bis das verdickte untere Ende 4. der Ventilstange
16 gegen das obere Ende oder den Flansch 18 der Führungshülse 2 gestoßen ist und
dadurch festgehalten wird. Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Ventilgehäuses,
6 geht also der Ventilkörper 5 nicht mehr mit, und es erfolgt nun die Öffnung des
Ventils 5, 7. In diesem Augenblick kann durch die Bohrung 2o die Luft schnell in
das Innere des Ventilgehäuses 6 und von da in die pneumatische Kammer i9 strömen.
Dadurch wird infolge der aufgespeicherten Kräfte eine schnelle, kurze Schlußbewegung
für die beweglichen Relaisteile, also insbesondere. das Ventilgehäuse 6 und die
Druckkappe 8, hervorgerufen, und diese schnelle, kurze und kräftige Schlußbewegung
dient zur BeWifkung der gewünschten Betätigung, also beispielsweise zur Bewirku-ng
der Ausschaltung ,oder Umschaltung des elektrischen Stromes.
Die
beschriebene Anordnung und Ausbildung ermöglicht es, sehr große Genauigkeiten des
Zeitmeßweges zu erzielen, wobei während dieses Weges das Relais keinerlei äußere
Arbeit zu leisten hat und der Zeitmeßweg von dem eigentlichen Arbeitsweg des Relais
völlig getrennt werden kann. Andererseits ermöglichen die Federn 3 und 15 eine gleichmäßige
Spannung der pneumatischen Kammer, die ihrerseits etwaige durch Unterschiede des
Luftdrucks, der Temperatureinwirkungen u. dgl. hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten
kompensieren. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannkraft der genannten Federn
wesentlich größer ist als die durch Druckunterschiede, Temperatureinwirkungen, Reibungen
u. dgl. hervorgerufenen Gegenkräfte, derart, daß letztere ohne Einfluß auf die gleichmäßige
Wirkung der Vorrichtung bleiben. Die Feder 15 hat in der Vorrichtung die Bedeutung
einer Hilfsfeder zur Unterstützung der Arbeitsleistung des Zeitrelais für Zwecke,
für die höhere Kraftleistungen gefordert werden; sie kann unter Umständen also fehlen,
insbesondere wenn die Kappe g aus elastischem Material besteht und gegebenenfalls
noch mit Innenversteifungen versehen ist, die ihre selbsttätige Wiederaufrichtung
nach der Zusammendrückung begünstigen.
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Von wesentlicher Bedeutung für die gute Arbeit des Zeitrelais ist
auch der zentrische Aufbau der ganzen Vorrichtung und insbesondere ihrer geführten
Teile, derart, daß jede seitliche Druckausübung, Verlagerung, Ausweichbewegung und
jedes Ecken sicher vermieden bleibt. Infolge dieser zentrischen Anordnung der geführten
Teile wird auch ermöglicht, daß eine und dieselbe Führungshülse oder -büchse z sowohl
zur Führung des beweglichen Ventilgehäuses 6 als auch zur Führung seiner Ventilstange
16 dienen kann. Das hat zugleich eine erhebliche Vereinfachung der Vorrichtung zur
Folge. Als Baustoffe für das Zeitrelais können alle geeigneten Materialien verwendet
werden, wie Metall, Isolierpreßmassen, Weich- und Hartgummi u. dgl. m. Das @Tentilgehäuse
mit seiner Druckkappe kann noch von einer Schutzhülse überdeckt werden, so daß die
empfindlichen Teile vollkommen nach außen abgeschlossen werden.
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Das Zeitrelais kann mit irgendwelchen Konstruktionsteilen von Arbeitsorganen
kombiniert werden, zu deren mittelbarer oder unmittelbarer Bedienung es bestimmt
ist, wie z. B. mit mechanischen oder elektrotechnischen Aus- und Umschaltern von
Maschinen, Apparaten u. dgl. Es ermöglicht die Ausführung relativgroßer Arbeitsleistungen,
bietet aber andererseits infolge seines einfachen Aufbaus den Vorteil sehr geringer
Herstellungskosten im Verhältnis zu den bisher für solche Zwecke benutzten, wesentlich
komplizierteren Vorrichtungen. Um eine ungewollte Betätigung zu verhindern und Gleichmäßigkeit
des aufzuwendenden Arbeitsdrucks zu erzielen, kann man beispielsweise an geeigneter
Stelle eine Rast anordnen, durch die die beweglichen Teile des Relais vor Beginn
der Einschaltbewegung gesperrt werden, so daß dieser Widerstand erst durch entsprechenden
Kraftaufwand überwunden werden muß, bevor die Betätigungsbewegung einsetzen kann,
die dann mit der so aufgespeicherten Kraft schnell zu Ende geführt wird. Auch kann
man unter Verwendung von Hebeln, Exzentern u. dgl. eine erhöhte Kraftleistung erzielen.
Die Betätigung des Relais kann statt von Hand auch auf mechanischem Wege, z. B.
elektromagnetisch, mittels Solenoids o. dgl. erfolgen.
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Mannigfache Änderungen bezüglich der Ausführung der Vorrichtung im
einzelnen sind möglich, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Die Vorrichtung
kann auch so ausgebildet werden, daß umgekehrt der bisherige Bodenteil beweglich
und dafür das Ventilgehäuse feststehend angeordnet wird. Für die Betätigung des
Ventils können auch elektromagnetische oder sonstige Hilfsorgane herangezogen werden.