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Thermische Zeitschalteinrichtung, insbesondere Minutenlichtschalter
Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Zeitschalteinrichtung, insbesondere
Minutenschalter für Treppenhausbeleuchtung od. dgl. Die bekannten thermischen Zeitschalteinrichtungen
arbeiten meist mit der Ausdehnung und der Zusammenziehung von beheizten Körpern,
Gasen oder Flüssigkeiten und nutzen bei Bimetallfedern die verschiedene Wärmeausdehnung
von Metallen bei gleicher Temperaturänderung aus. Solche Zeitschalteinrichtungen
arbeiten meist schleichend. Dadurch wird die Schaltbewegung etwas unsicher. Auch
müssen hier verhältnismäßig hohe Heiztemperaturen angewendet werden, um ausreichend
große Schaltbewegungen zu erzielen. Die mit Ausdehnung von Flüssigkeiten oder Gasen
arbeitenden Zeitschalteinrichtungen benötigen dichte Gefäße mit Kolben od. dgl.,
deren sicheres Arbeiten durch die unvermeidliche Reibung gefährdet wird. Werden
Flüssigkeitsschalter verwendet, z. B. solche mit Quecksilberfüllung, dann besteht
die Gefahr, daß beim Bruch des Gefäßes das Quecksilber ausfließt. Bei Verwendung
von festen Ausdehnungskörpern, z. B. von Bimetallfedern, läßt sich kaum eine genaue
Zeiteinstellung erreichen, weil beispielsweise die einmal erhitzte Bimetallfeder
wegen elastischer Nachwirkungen bei der Abkühlung nicht mehr genau in die ursprüngliche
Ausgangslage
zurückkehrt. Auch ist die Einstellung und Eichung
solcher Zeitschalter mitunter sehr schwierig.
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Erfindungsgemäß werden diese Mängel dadurch beseitigt, daß bei einer
Zeitschalteinrichtung als thermisches Zeitrelais ein Magnetrelais, insbesondere
ein Dauermagnetrelais, mit vom Steuerstrom beheizter Wärmelegierung verwendet wird,
dessen Ankerbewegung die Heizung und Abkühlung der Wärmelegierung mittels Unterbrecherkontakte
derart steuert, daß der Anker infolge fortgesetzter Erwärmung und Abkühlung der
Wärmelegierung nach dem Inbetriebsetzen des Relais mehrere Hübe ausführt. Nach einer
bestimmten Hubzahl wird alsdann durch erfindungsgemäß hierfür ausgebildete Schaltmittel
der Schalter betätigt, welcher den Zeitschaltv organg beendet. Die Wärmelegierung
des Relais besteht beispielsweise aus Nickel und Eisen und hat die Eigenschaft,
daß sich ihre magnetische Leitfähigkeit in kaltem Zustand der des Eisens nähert,
in warmem Zustand aber verschwindet. Je nach der mechanischen oder thermischen Vorbehandlung
der Legierung kann der magnetische Umw-andlungspunkt (Curiepunkt) in weitem Bereich
verlegt werden, so daß man in der Lage ist, auch mit verhältnismäßig niedrigen Heiztemperaturen
zu arbeiten. Die Lebensdauer des Relais wird dadurch erhöht. Auch wird eine störende
Aufheizung etwa mit dem Relais zusammengebauter Geräte verhütet.
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Die Wärmelegierung kann im Ankerflußpfad des Relais angeordnet sein.
Nach Rufheizung der Wärmelegierung wird dann der Anker losgerissen. Unter Umständen
kann man den Anker selbst ganz oder teilweise aus einer Wärmelegierung herstellen.
Man kann aber auch die beheizte Wärmelegierung im Nebenschluß zum Anker anordnen.
Nach der Rufheizung wird dann der Anker angezogen, weil jetzt mehr Kraftlinien,
die sich bisher durch den --\Tebenschluß schlossen, in den Anker übertreten.
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Um die Einflüsse der Raumtemperaturschwankungen auf die Arbeitsweise
des Relais auszugleichen, kann man bei Anordnung der beheizten Wärmelegierung im
Ankerflußpfad eine zweite unbeheizte Legierung im _'ebenschluß anordnen. Bei höherer
Raumtemperatur, bei der die 'Magnetzugkraft an sich kleiner würde, wird dann ein
größerer Anteil der Kraftlinien aus dem Nebenschluß in den Anker abgedrängt, so
daß die Magnetzugkraft unverändert bleibt. Bei Anordnung der beheizten Wärmelegierung
im 2'\Tebenschluß kann eine weitere unbeheizte Wärmelegierung im Ankerflußpfad angeordnet
werden. Bei höheren Raumtemperaturen würde wegen der dadurch bedingten Vorwärmung
der Legierung im Nebenschluß und der Abdrängung von Kraftlinien nach dem Anker die
Magnetzugkraft zu groß werden. Durch Anordnung der unbeheizten Wärmelegierung im
Ankerflußpfad wird aber dessen Widerstand erhöht und dadurch das Anwachsen der Magnetkraft
unterbunden. Die Ansprechzeit des Relais kann in verschiedener Weise beeinflußt
werden. So kann man z. B. das Ansprechen stärker verzögern, wenn man die Masse der
Wärmelegierung vergrößert oder die Wärmelegierung mit einer anderen 'lasse hoher
Wärmekapazität gut wärmeleitend verbindet. Eine Verzögerung des Ansprechens ergibt
sich auch durch Herabsetzung des Heizstroms, durch Verschlechterung der Wärmeleitung
zwischen Heizwicklung und Wärmelegierung sowie durch Schaffung einer stärkeren Wärmeableitung
von der Wärmelegierung. Umgekehrt wird die Ansprechzeit verkürzt, wenn man der Wärmelegierung
eine kleine Wärmekapazität. eine gut wärmeleitende Verbindung mit der Heizwicklung
und eine Wärmeisolation gegen die Umgebung gibt.
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Besonders vorteilhafte Bauformen ergeben sich bei Verwendung von Hochleistungsmagneten.
Hier lassen sich schon erhebliche Schaltkräfte bei kleinem Material- und Platzaufwand
erzielen. Auch kann man in diesem Fall den Anker fest und den Dauermagneten beweglich
anordnen. Dies ist für die Heizung eines aus Wärmelegierung bestehenden Ankers besonders
günstig, weil bewegliche Zuleitungen für die Heizwicklung fortfallen. Das Relais
kann mit Ruhe- oder mit Arbeitsstrom betrieben werden. Unter Umständen kann man
es so ausführen, daß es beim Hinundrückgang verschiedene Schaltungen betätigt oder
erst nach dem Hinundrückgang bzw. nach mehreren Hinundrückgängen schaltet. Die Trägheit
des Relais kann beim Hingang eine andere sein als beim Rückgang, wenn man durch
die Ankerbewegung die Heizung oder die Wärmezu- und -ableitung entsprechend umschalten
läßt.
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Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Durch i ist das Gehäuse eines Minutenlichtschalters mit dem Druckknopf
z angedeutet. N sind die beiden Leitungen eines Lichtnetzes mit der Treppenhausbeleuchtung
L. Die Lampen L sind über den Schalter 3 mit dem Schaltteil -. angeschlossen.
Der Schaltteil hat einen Sperrarm 5. an dem eine Rückzugsfeder 6 angreift, die diesen
Teil in die Offenstellung gegen den Anschlag 7 zu drängen sucht. Nach der anderen
Seite ist die Bewegung des Schaltteils durch den Anschlag 8 begrenzt. Mit dem Sperrarm
5 arbeitet eine Steuerscheibe 9 zusammen. Auf dem
gezahnten
Teil io der Scheibe liegt die an dem Arm i i gelagerte Klinke 12 auf, die mit ihrem
Vorsprung 13 bis in die unmittelbare Nähe des Arms 5 reicht. Eine Feder 14 sucht
die Scheibe g gegen den Anschlag 15 zu drängen. An dem Hebel i i ist ein kleiner
Hochleistungsdauermagnet 16 befestigt, der die Gestalt eines geschlitzten Ringes
hat. Ferner ist an diesem Arm der bewegliche Kontakt 17 eines Schalters i8 für die
Heizwicklung ig einer Wärmelegierung 2o angebracht, die den Polen des Magneten 16
gegenübersteht. Der Arm i i ist schwenkbar um die Achse 21 gelagert. Seine Bewegung
ist durch die Anschläge 22, 23 begrenzt. Eine Feder 24 sucht den Magneten von der
Wärmelegierung abzuziehen. Im Schlitz des Magneten 16 ist eine unbeheizte Wärmelegierung
25 zur Kompensation der Einflüsse der Raumtemperaturschwankungen angebracht. Der
Druckknopf 2 ist mit einem Stößer 26 verbunden, durch den der Schaltteil q. in die
Schließstellung gebracht werden kann.
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Dieser Minutenschalter arbeitet folgendermaßen: In der Ausgangsstellung
nimmt die Schaltscheibe g die gestrichelt angedeutete Lage ein. Der Schaltteil q.
liegt an dem Anschlag 7 an und berührt, wie gestrichelt angedeutet, mit seinem Arm
5 die Flanke der Scheibe g. Die Lampen L und die Heizwicklung ig sind ausgeschaltet.
Wird der Druckknopf 2 in der Pfeilrichtung niedergedrückt, dann schiebt der Stößer
26 den Schaltteil q. bis zum Anschlag 8 in die Schließstellung. Der Arm 5 trifft
dabei auf den Vorsprung 13
und hebt die Klinke 12 aus. Die Feder 1.4 bringt
nun die Scheibe g bis zum Anschlag 15.
Durch das Schließen des Schalters 3
wurde auch die Heizwicklung ig eingeschaltet. Beim Loslassen des Druckknopfes wird
der Schaltteil q., den jetzt die Scheibe g untergreift, in der gezeichneten Schließstellung
gesperrt. Die Wärmelegierung 2o wird allmählich aufgeheizt. Sobald sie den Umwandlungspunkt
erreicht hat, wird die magnetische Zugkraft so klein, daß die Feder 2,4 den Magneten
16 abreißen kann. Der Hebel i i legt sich dann gegen den Anschlag 23, und die Klinke
12 gleitet über einen der Zähne io hinweg. Durch die Bewegung des Hebels i i ist
auch der Kontakt 18 geöffnet und damit die Reizwicklung ig abgeschaltet worden.
Die Wärmelegierung kühlt sich nun ab und wird dadurch wieder besser magnetisch leitfähig.
Sobald ihre Temperatur eine bestimmte Grenze unterschreitet, wird der Magnet 16
wieder angezogen und dadurch der Hebel i i in die gezeichnete Lage gebracht. Dabei
schaltet die Klinke 12 die Scheibe g in der Pfeilrichtung um einen Zahn weiter.
Gleichzeitig wurde durch Schließung des Kontaktes i 8 wieder die Heizwicklung
19 eingeschaltet. Infolgedessen gibt die Wärmelegierung 2o nach genügender
Aufheizung wieder den Magneten 16
frei. Der Arm i i schwingt unter Ausholen
der Klinke 12 und unter Abschaltung der Heizung gegen den Anschlag 23. Nach der
Abkühlung der Wärmelegierung wird der Magnet wiederangezogen, die Heizung wieder
eingeschaltet und die Scheibe g um einen weiteren Zahn in der Pfeilrichtung gedreht.
Diese Vorgänge wiederholen sich so lange, bis der Arm 5 des Schaltteils q. den Rand
der Scheibe g erreicht hat und durch die Feder 6 in die gestrichelte Lage gebracht
wird. Dabei wird der Schaltteil q. von seinen Kontakten abgehoben und legt sich
gegen den Anschlag 7. Durch Öffnen des Schalters 3 wird die Beleuchtungsanlage L
wieder ausgeschaltet und gleichzeitig die Stromzufuhr zur Heizwicklung ig gesperrt.
Das Relais kann nun von neuem wieder durch Niederdrücken des Druckknopfes 2 in Tätigkeit
gesetzt werden.
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Das Relais läßt sich bequem auf verschiedene Schaltzeiten einstellen,
indem man, wie oben angegeben, die thermische Trägheit o. dgl. ändert oder die Zahl
der Zähne io größer oder kleiner macht. Bei gegebener Zähnezahl kann man auch durch
Verstellung des Anschlags 15 die Ansprechzeit verändern. Wird z. B. der Anschlag
15 in der Zeichnung um eine Zahnteilung nach rechts gerückt, dann wird die Zahl
der wirksamen Zähne um einen verringert. Der Schalter wird dann schon nach einer
kleineren Zahl von Relaishüben geöffnet.
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Die Erfindung bietet unter anderem folgende Vorteile: Das Relais läßt
sich bequem auf größere und kleinere Verzögerungen einstellen und behält seine Einstellung
zuverlässig bei. Namentlich bei Verwendung von Hochleistungsmagneten läßt sich das
Relais sehr klein bauen und auch bei beschränktem Raum bequem unterbringen. Eine
schleichende, unsichere Schaltbewegung, wie sie bei Bimetallfedern auftritt, wird
vermieden. Das Relais bleibt nie in Zwischenstellungen stehen. Es entwickelt schon
bei geringem Materialaufwand für den praktischen Betrieb ausreichende Schaltkräfte.
Die Heiztemperatur der Wärmelegierung kann niedrig gehalten werden. Dadurch wird
eine störende Erhitzung des Relais und seiner Umgebung verhütet. Der Steuerstromaufwand
ist klein. Gegenüber den magnetisch betätigten Relais ergibt sich der Vorteil, daß
Magnetwicklungen fortfallen und das Brummen des Relais bei Wechselstrombetrieb vermieden
wird.
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Solche Relais lassen sich auch mit Vorteil bei Röhrensteuerungen für
die Einschaltung des Anodenstroms verwenden. Die Heizwicklung des Relais wird in
diesem Fall gleichzeitig
mit dem Heizstrom der Röhren eingeschaltet.
Das Zeitrelais schaltet dann, sobald die Röhre genügend aufgeheizt ist, den Anodenkreis
ein. Unter Umständen kann man die Heizwicklung des Relais einsparen, wenn inan die
Wärmelegierung durch die Strahlung der Glühkathode heizen läßt. In diesem Fall wird
beim Durchbrennen der Röhre auch selbsttätig der Anodenstrom abgeschaltet.