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Stufenschalteinrichtung für Starkstrom Das Patent 726
679 bezieht sich auf eine Stufenschalteinrichtung für Starkstrom, bei der
die Stufenschalter, die als elektromagnetisch betätigte Schalter so ausgebildet
sind, daß sie bei wiederholtem Erregen ihrer Betätigungsspule mit Schwachstrom abwechselnd
in die Einschalt- und in die AltSSChaltlstellung gehen, selbsttätig nacheinander
entweder geöffnet oder in umgekehrter Reihenfolge geschlossen werden. Die Stufenschale
einrichtung nach dem Hauptpatent ist dadurch gekennzeichnet, daß. die Betätigungsspulen
dieser Stufenschalter mit den Kontakten eines beim Eintreffen eines Kommandoimpulses
selbsttätig bis zur jeweiligen Ein- bzw. Ausschaltung sämtlicher Stufenschalter
weiterlaufenden Schwachstrom.-schrittschaltwerkes verbunden sind.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung und Verbesserung
einer solchen Stufenschalteinrichtung nach Patent 726 679.
Gemäß der Erfindung
werden außer den der Ausschaltung und der Einschaltung sämtlicher Stufenschalter
entsprechenden Stellungen des
Schrittschaltwerkes noch weitere Zwischenstellungen
vorgesehen, in denen das Schrittschaltiverk stehentleibt und von denen aus es erst
durch einen erneuten Kommandoimpuls zum Weiterlaufen gebracht wird. Durch diese
Ausgestaltung wird einer Forderung Rechnung getragen, die sehr häufig, insbesondere
bei stufenweise geregelten Beleuchtungsanlagen, gestellt wird. So ist es z. B. bei
Beleuchtungsanlagen für Kino- und Theatersäle vielfach wünschenswert, daß die Möglichkeit
besteht, die Beleuchtung nur schwach einzuschalten und dann von dieser Schaltstellung
aus entweder wieder zur Verdunkelung zurückzukehren oder auch bis zur vollen Helligkeit
weiterzuregeln. Ähnliche Bedingungen ergeben sich auch bei vielen motorischen Antrieben.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. i ist der zu regelnde Verbraucher mit 30 bezeichnet.
Er wird aus dem Starkstromnetz 29 gespeist. Als Stufenschalter dienen die mit Schwachstrom
gesteuerten Fernschalter 1, -2, 3 und 4, die so ausgebildet sind, daß sie bei wiederholtem
Erregen ihrer Betätigungsspule abwechselnd in die geöffnete und in die geschlossene
Stellung übergehen. Der Fernschalter i dient dabei zum völligen Abschalten, während
die Schalter 2, 3 und d. zum Kurzschließen der in den Verbra.ucher-1.:reis geschalteten
Vorwiderstände 1-2, 13 und i.1 dienen.
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Die Steuerimpulse werden den Erregerspulen der Stufenschalter i bis
4. von einem normalen Schwachstromschrittschaltwerk zugeführt, dessen Kontakte in
zwei Gruppen unterteilt sind, deren eine die Einschaltimpulse liefert, während die
andere die Ausschaltung der Stufenschalter bewirkt. Die Einschaltkontakte sind entsprechend
der Bezifferung der Stufenschalter mit i' bis l' bezeichnet. Sinngemäß dienen die
auf dem anderen Halbkreis angeordneten Kontakte d" bis i" dazu, um die Stufenschalter
in umgekehrter Reihenfolge wie bei der Einschaltung wieder einzuschalten. Die Kontakte
o und 2o des Schrittschaltwerkes 13 sind Ruhekontakte und entsprechen der vollen
Ausschaltung bzw. der vollen Einschaltung des Verbrauchers 30. Außer diesen Kontakten
sind nun noch zwei Zwischenkontakte 21 und 22 vorgesehen, die nicht. angeschlossen
sind und lediglich als zusätzliche Ruhestellungen für das Schrittschaltwerk dienen.
Bleibt das Schrittschaltwerk auf dem Kontakt 21 stehen, so ist der Verbraucher halb
eingeschaltet, d. h. es sind die Stufenschalter i und 2 geschlossen. Soll nun von
dieser Stellung aus im Sinne der weiteren Einschaltung des Verbrauchers fortgefahren
werden, so braucht das Schrittschaltwerk nur unter Beibehaltung der bisherigen Schaltung
durch einen erneuten Kommandoimpuls zum Weiterlaufen gebracht zu werden.
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Anders dagegen, wenn von der genannten Zwischenstellung aus der Verbraucher
wieder ausgeschaltet werden soll. Das Schrittschaltwerk kann nur in einer Drehrichtung
laufen. Es muß infolgedessen sein Kontaktarm zunächst von dein Ruhekontakt 21 bis
auf den entsprechenden Ruhekontakt 22 gedreht werden, ohne daß dabei irgendwelche
Steuerimpulse an die Stufenschalter gegeben werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß während der Drehung des Kontaktarmes von 21 nach 22 der über die Kontakte des
Schrittschaltwerkes und die Erregerspulen der Stufenschalter führende Stromkreis
unterbrochen wird. Hierzu dient das Relais 27, das beim Anziehen mit seinem oberen
Kontakt den Pluspol des Schwachstromnetzes von der Erregerspule der Stufenschalter
trennt.
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Zur Durchführung deer gestellten Aufgabe sind noch eine Reihe von
Hilfskontakten 23 bis : 6 erforderlich, die im vorliegenden Fall durch das Schrittschaltwerk
selbst, beispielsweise unter Zuhilfenahme von Nockenscheiben, angetrieben «-erden
mögen. Die jeweiligen Stellungen dieser Kontakte sind durch die links daneben gezeichneten
Kreise angedeutet, und zwar gilt für die Kontakte mit zwei Stellungen der obere
Kreis jeweils für die obere, der untere entsprechend für die untere Stellung. Maßgebend
ist dabei immer der obere Scheitelpunkt des betreffenden Kreisbildes. Befindet sich
an dieser Stelle ein schwarzer Teil des Kreises, so ist der betreffende Kontakt
eingeschaltet, im anderen Fall dagegen ausgeschaltet. Die dargestellte Stellung
der Kreise entspricht der dargestellten Stellung des Schrittschaltwerkes. Die beiden
Kommandoschalter sind mit 17 und 18 bezeichnet. Sie sind der Einfachheit halber
mit dunkel bzw. hell bezeichnet, wobei angenommen ist; daß es sich bei dem Verbraucher
30 um einen Lampenstromkreis handelt.
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Das Schrittschaltwerk befindet sich in der dargestellten Stellung
in der Zwischenstellung 2i, in der also nur die Stufenschalter i und 2 geschlossen
sind. Wird jetzt die Hell-Taste 18 gedrückt, so kommt der Minuspol des Schwachstromnetzes
über diese Taste und den oberen Kontakt 24. an den Antrieb des Schrittschaltwerkes,
der in bekannter Weise aus einer elektromagnetisch betätigten, mit einem Steigrad
zusammenarbeitenden Klinke 1s und einem Unterbrecherrelais 16 besteht. Das Schrittschaltwerk
läuft auf den Kontakt 3' weiter. Dabei schließt sich der Hilfskontakt 23, so da.ß
die Bewegung des Schrittschalt«erkes auch noch anhält, wenn die
Taste
18 wieder losgelassen wird. In der Stellung 2o wird der Kontakt 23 wieder geöffnet
und das Schrittschaltwerk stillgesetzt. Gleichzeitig öffnet sich der obere Kontakt
24., während der untere Kontakt 2q. geschlossen wird. Ein Hell-Kommando kann jetzt
also nicht mehr gegeben werden. Beim Drücken der Dunkel-Taste 17 kommt jetzt der
Minuspol über den unteren Kontakt 24 an das Schrittschaltwerk, und die Vorgänge
wiederholen sich entsprechend.
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Befindet sich das Schrittschaltwerk wiederum in der Stellung 2i und
wird jetzt der Dunkel-Kontakt 17 gedrückt, so kommt der Minuspol über den in dieser
Stellung geschlossenen oberen Kontakt 25 an die Erregerspule des Relais 27. Dieses
zieht an und trennt an seinem oberen Kontakt den Pluspol von den Stufenschaltern;
gleichzeitig legt sein unterer Kontakt den Minuspol an das Schrittschaltwerk. Das
Schrittschaltwerk beginnt also zu laufen, ohne jedoch dabei Steuerimpulse zu liefern.
Gleich nach dem ersten Schritt wird der obere Kontakt 25 geöffnet und der untere
Kontakt 26 geschlossen. Über diesen und über seinen eigenen oberen Kontakt hält
sich nunmehr das Relais 27 selbst, und zwar so lange, bis das Schrittschaltwerk
die Stellung 22 erreicht hat. Alle Kontakte, die der Kontaktarm zwischen den Stellungen
21 und 22 berührt; bleiben also wirkungslos. Der untere Kontakt des Relais 27 sorgt
dafür, daß das Schrittschaltwerk nicht auf dem Kontakt 2o stehenbleibt, sondern
bis auf den Kontakt 22 durchläuft. Von dort aus werden der Reihe nach die eingeschalteten
Stufenschalter wieder geöffnet. Sinngemäß spielen sich die Vorgänge ab, wenn in
der Zwischenstellung 22 die Hell-Taste 18 gedrückt wird. Der von dieser Taste gelieferte
Kommandoimpuls geht dann über den unteren Kontakt 25.
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Das Relais 27 wird vorteilhaft noch mit einer Abfallverzögerung versehen.
Das hat den Zweck, daß das Relais, wenn es beim Schließen des Dunkelkontaktes 17
nur einen sehr kurzen Impuls erhält, so lange in seiner angezogenen Stellung verharrt,
bis das Schrittschaltwerk beim Wiederanlaufen den Kontakt 26 geschlossen hat. Über
diesen Kontakt kommt dann, wie oben gezeigt, ein Haltestrom für das Relais 27 zustande.
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Von Wichtigkeit ist noch der Widerstand i i. Dieser Widerstand wird
durch den oberen Kontakt des Relais 27, sobald dieses anzieht, dem Kondensator i9,
der zu dem Antriebsmechanismus des Schrittschaltwerkes gehört, parallel geschaltet.
Dadurch wird erreicht, daß das Schrittschaltwerk über diejenigen Kontakte, die keine
Steuerimpulse liefern sollen, mit erhöhter Geschwindigkeit hinwegläuft. Wird also
beispielsweise in der Stellung 21 die Dunkel-Taste 17 gedrückt, so läuft der Kontaktarm
des Schrittschaltwerkes mit erhöhter Geschwindigkeit bis in die Stellung 22.
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Wenn man erreichen will, daß beispielsv-eise beim Drücken der Hell-Taste
i8 das Schrittschaltwerk von dem Kontakt o bis auf den Kontakt 20 ohne Zwischenhalt
durchläuft, so braucht man außerdem nur noch den Schalter 28 zu schließen. Dadurch
kommt in dem Augenblick, in dem der Kontaktarm die Zwischenstellung 21 erreicht,
über den dann geschlossenen obern Kontakt 26 eine Verbindung des Minuspoles mit
dem Antrieb des Schrittschaltwerkes zustande, so daß dieses ungehindert weiterläuft.
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Anstatt die für die Einschaltung und die für die Ausschaltung bestimmten
Kontaktgruppen des Schrittschaltwerkes einem gemeinsamen Schaltarm zuzuordnen, kann
man auch hierfür zwei getrennte Schrittschaltwerke vorsehen. Man erreicht dadurch
den Vorteil, daß die doppelte Kontaktzahl zur Verfügung steht und daß dementsprechend
eine größere Stufenzahl vorgesehen werden kann. Die Anordnung wird dabei zweckmäßig
so getroffen, daß immer nur eines der beiden Schrittschaltwerke laufen kann,währ
end sich das andere in seiner Ruhestellung befindet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist ein Schrittschaltwerk
mit drei Kontaktreihen verwendet. Derartige Schrittschaltwerke mit drei Kontaktreihen
werden in der automatischen Telefonie als Vorwählerrelais benutzt. Hier ist ebenfalls
die Einschaltung und die Ausschaltung der Stufenschalter i bis io zwei verschiedenen
KontalLt@-neihen zugeordnet. Die obere Kontaktreihe, deren Kontakte mit i' bis iö
bezeichnet sind, dient für die Einschaltung, die mittlere Kontaktreihe mit den Kontakten
io" bis i" für die Ausschaltung. Die dritte Kontaktreihe mit dem Kontaktarm 33 hat
die Aufgabe, den Stromkreis des Schrittschaltwerkes an den Haltestellen zu unterbrechen.
Der Antrieb 47 des Schrittschaltwerkes besteht wiederum aus einer elektromagnetisch
betätigten Klinke und einem Relais 48, das hier in Selbstunterbrecherschaltung geschaltet
ist. Das Relais 43 hat in ähnlicher Weise wie das Relais 27 in Fig. i die
Aufgabe, diejenigen Kontakte, die beim Laufen des Schrittschaltwerkes von dem zugehörigen
Kontaktarm berührt werden, aber keinen Steuerimpuls an die Stufenschalter liefern
sollen, unwirksam zu machen. Man erkennt, daß sein oberer Wechselkontakt entweder
den Kontaktarm 31 oder den Kontaktarm 3.2 mit dem Minuspol des Schwachstromnetzes
q.o verbindet.
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Das Relais 44 liegt mit seiner Erregerwicklung an dem Verbraucherstromkreis
und zieht mithin an, sobald der Stufenschalter i
geschlossen ist.
Dabei öffnet es seinen unteren Kontakt und unterbricht somit den Kommandokreis der
Hell-Taste 41 bereits nach dem ersten Einschaltschritt. In der Ausschaltstellung
des Verbrauchers unterbricht es durch Abfallen in gleicher Weise die Kommandoleitung
der Dunkel-Taste 42.
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Im folgenden mögen die Vorgänge betrachtet werden, die sich abspielen,
wenn die Arme 34 32 und 33 des Schrittschaltwerkes sich in ihrer Ruhestellung befinden
und gleichzeitig die Hell-Taste gedrückt wird. Dabei ist zu beachten, daß bei den
fächerförmigen Kontaktbahnen die am weitesten links liegenden Kontakte, auf der
untersten Kontaktbahn also der Kontakt 35, die Ruhestellung darstellen. Beim Drücken
der Hell-Taste 41 kommt das Minuspotential der Spannungsquelle 40 über den Kontaktarm
33, den Ruhekontakt 35 an die Hell-Taste 41 und von dort über den unteren Kontakt
des Verriegelungsrelais 44 sowie den unteren Kontakt des Umschaltrelais 43 an den
Antrieb 47 des Schrittschaltwerkes. Dieses beginnt zu; laufen und stellt auf der
ersten Stufe, das ist also auf der unteren Kontaktbahn der Kontakt 3.4, eine unmittelbare
Verbindung des Minuspotentials mit seinem Antrieb her. Da die weiteren Kontakte
der unteren Kontaktbahn 39 alle mit dem Kontakt 34 verbunden sind, läuft das Schrittschalt-,verk
weiter bis zu dem Kontakt 38, der mit den Kontakten 39 keine Verbindung besitzt.
In dieser Stellung wird also das Schrittschaltwerk abgeschaltet und bleibt stehen.
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Wird nun die Hell-Taste 41 von neuem gedrückt, so kommt jetzt das
Minuspotential über den oberen Kontakt des Relais 43, das noch abgefallen ist, und
über den Kontaktarm 31 nach dem Kontakt 36. Von dort gelangt es wiederum an die
Hell-Taste und von dieser über den Kontakt des angezogenen Relais 45 und den unteren
Kontakt des Relais 43 an den Antrieb des Schrittschaltwerkes. Dieses beginnt zu
laufen, wobei es auf der nächsten Stufe mit seinem unteren Kontaktarm einen Stromkreis
für den Antrieb herstellt, der so lange geschlossen bleibt; bis der Kontaktarm 33
den Kontakt 35 erreicht hat.
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Wird in der dargestellten Mittelstellung des Schrittschaltwerkes nicht
die Hell-Taste, sondern die Dunkel-Taste 42 gedrückt, so gelangt das Minuspotential
über die Dunkel-Taste 42 und die Kontakte des angezogenen Relais 44 zunächst an
die Erregerwicklung des Relais 43. Dieses zieht an und schaltet dabei mit seinem
oberen Wechselkontakt die obere Kontaktreihe des Schrittschaltwerkes aus und die
mittlere ein. Die Steuerimpulse können jetzt also nur noch von der mittleren Kontaktreihe
geliefert werden. Gleichzeitig stellt das Relais 43 über seinen unteren Kontakt
eine Verbindung zwischen der Dunkel-Taste und dem Antrieb des Schrittschaltwerkes
her. Dieses beginnt zu laufen und hält sich in der Folge über die Kontaktreihe 39
wiederum selbst in Bewegung. Dabei werden die bisher eingeschalteten Stufenschalter
i bis 5 der Reihe nach wieder ausgeschaltet.
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Will man erreichen, daß beim Drücken der Hell- oder der Dunkel-Taste
das Schrittschaltwerk ohne Zwischenhalt von der einen Nulllage bis in die nächste
durchläuft, so braucht man außerdem nur noch den Schalter 46 zu öffnen. Dann bleibt
das Relais 45, das sonst bei Erreichen des Kontaktes 38, also in der Zwischenstellung,
anzieht, dauernd abgefallen und stellt eine Verbindung zwischen dem Kontakt 38 und
der Kontaktgruppe 39 her.
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Das Umschalterelais 43 besitzt eine Kurz schlußwicklung 51, die ihm
eine gewisse Abfallverzögerung gibt. Dadurch wird das Relais auch bei kurzen Kommandoimpulsen
so lange geschlossen gehalten, bis der erste Schritt des Schrittschalt-,verkes ausgeführt
ist und damit die Voraussetzung für eine Selbsthaltung über den unteren Kontakt
des Relais gegeben ist. Das Relais 48, das zu dem Antrieb des Schrittschaltwerkes
gehört, besitzt ebenfalls eine Kurzschlußwicklung 49. Diese hat den Zweck, das Geräusch,
welches durch das Fortschalten des Schrittschaltwerkes verursacht wird, durch Herabsetzung
der Arbeitsgeschwindigkeit zu vermindern. Der parallel zu der Betätigungsspule der
Fortschaltklinke geschaltete Kondensator 50 ist von Wichtigkeit bei der Speisung
der Anordnung durch einen einphasigen Gleichrichter. Man kommt durch sein Vorhandensein
mit einem kleineren Gleichrichter aus.