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Lichtelektrische Schalteinrichtung Die Erfindung 'betrifft eine lichtelektrische Schalteinrichtung, z. B. zur Verwendung in Flammenüber- wachungseinrichtungen.
Lichtelektrische Schalteinrichtungen dieser Art bestehen im einfachsten Fall aus einem Detektorrelais, dessen Wicklung in Reihe mit einem Photowiderstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und das einen oder mehrere Kontakte zur Steuerung einer Folgeschaltung aufweist. Fällt Licht, z. B. von einer Flamme, auf den Photowiderstand, so ändert sich dessen Widerstandswert und damit in der Schaltung auch der den Aufzug und Abfall des Detektorrelais bestimmende Relais-Erregerstrom innerhalb endlicher Grenzen. Unter Licht wird in diesem Zusammenhang stets ein Teil des elektromagnetischen Spektrums verstanden, der innerhalb oder ausserhalb des sichtbaren Gebietes liegen kann.
Von lichtelektrischen Schalteinrichtungen, die den ordnungsgemässen automatischen Betriebsablauf von mit grossen Energieumsätzen verbundenen technischen Prozessen zuverlässig überwachen sollen, wird gefordert, dass sie eigensicher sind. Unter Eigensicherheit versteht man die Eigenschaft einer Schaltung, auf Störungen in der Schaltung selbst durch. bestimmte Schalthandlungen zu reagieren, welche das Entstehen gefährlicher Betriebszustände verhindern und die Störung erkennbar machen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine lichtelektrische Schalteinrichtung, welche die Forderung nach Eigensicherheit erfüllt. Es sind lichtelektrische Schalteinrichtungen bekannt, bei denen ebenfalls Eigensicherheit angestrebt, jedoch nur in bezug auf Kurzschlüsse in der Verbindungsleitung zwischen dem Detektorrelais und dem Photowiderstand erreicht ist. Zu diesem Zweck ist in unmittelbarer Nähe des Photowiderstandes, vorzugsweise im gleichen Gehäuse wie dieser, ein zusätzliches Bau- element (z. B. ein Gleichrichter, ein Kondensator, eine Drosselspule) untergebracht, das in geeignetem Zusammenwirken mit den übrigen Schaltungsgliedern die Schalteinrichtung befähigt, zwischen einer Widerstandsänderung des Photowiderstandes und einem Kurzschluss in der erwähnten Verbindungsleitung zu unterscheiden.
Ein Kurzschluss des Photowiderstandes selbst wird von den bekannten Einrichtungen nicht erfasst. Dies ist ein schwerwiegender Nachteil; denn ein Kurzschluss des vorzugsweise aus halbleitenden Verbindungen bestehenden, den Einwirkungen einer intensiven Temperaturstrahlung ausgesetzten Photowiderstandes, etwa infolge einer thermischen überlastung oder infolge des Eindringens von Fremdkörpern, ist bei Flammenüberwachungseinrichtungen mindestens ebenso wahrscheinlich wie das Auftreten eines Kurzschlusses in der Verbindungsleitung zwischen dem Detektorrelais und dem Photowiderstand. Somit liegt in den bekannten Einrichtungen nur eine Teillösung des Problems der Eigensicherheit vor.
Ausserdem haben die bekannten Einrichtungen den grossen Nachteil, dass bei den räumlich ohnedies meist äusserst beschränkten Einbauverhältnissen noch ein weiteres Bauteil in unmittelbarer Nähe des als Fühler ausgebildeten Photowiderstandes untergebracht werden muss und dass dieses Bauteil ebenfalls den Einwirkungen einer erheblichen Strahlungswärme ausgesetzt ist, was zu gefährlichen Betriebsstörungen Anlass geben kann.
Die vorliegende Erfindung einer lichtelektrischen Schalteinrichtung mit einem Detektorrelais, mit einem Photowiderstand und mit Mitteln zur Erzielung einer Eigensicherheit der Schalteinrichtung umgeht die Nachteile der bekannten Einrichtungen auf sehr einfache Art dadurch, dass das Detektorrelais als Stufenrelais ausgebildet ist, dessen erste Schaltstufe bei beleuchtetem Photowiderstand und dessen zweite
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Schaltstufe bei einem Kurzschluss im Photowiderstand oder in einer Verbindungsleitung, die den Photowiderstand mit einer Wicklung des Detektorrelais elektrisch verbindet, erregt ist.
Die Wirkungsweise eines Stufenrelais ist an sich bekannt; aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung geht jedoch hervor, welche Vorteile die Anwendung eines Stufenrelais in lichtelektrischen Schalteinrichtungen, insbesondere Flammenüberwachung, mit sich bringt.
In der Zeichnung sind Beispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine lichtelektrische Schalteinrichtung mit einem Wechselstrom-Stufenrelais, Fig. 2, 3 und 4 Schaltstellungen eines Kontaktfedersatzes und Fig. 5 eine lichtelektrische Schalteinrichtung mit einem Gleichstrom-Stufenrelais.
In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Detektorrelais mit einem Magnetkern 2 und einem Anker 3, dessen Bewegung über einen Pimpel 4 auf eine Kontaktfeder 5 übertragen wird. Die Kontaktfeder 5 bildet zusammen mit Kontaktfedern 6 und 7 einen Kon- taktfedersatz. Eine Wicklung 8 des Detektorrelais 1 ist über eine Verbindungsleitung 9 mit einem Photowiderstand 10 in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung liegt mit Klemmen 11 und 12 an einer Wechselspannungsquelle.
An den Kontaktfedern 5, 6 und 7 des Kontaktfedersatzes sind Kontaktnieten 13, 14, 15 und 16 angeordnet, wobei die Kontaktnieten 13 und 14 für den an die Kontaktfedern 5 und 7 angeschlossenen Arbeitsstromkreis 17 einer Folgeschaltung 18 einen Arbeitskontakt 13!14, und die Kontaktnieten 15 und 16 einen Ruhekontakt 15/16 bilden, der mit dem Arbeitskontakt 13!14 in Reihe im Arbeitsstromkreis 17 der Folgeschaltung 18 liegt. Die Folgeschaltung 18 enthält die gesamte Programm-Steue- rung z. B. einer Feuerungsanlage. Wird eine Feue- rungsanlage mittels eines von Hand oder thermo- statisch betätigten Schalters in Betrieb gesetzt, so kann sie z.
B. nur dann in Betrieb bleiben, wenn nach dem Zustandekommen einer Flamme der Arbeitsstromkreis 17 geschlossen ist. Nach erfolgter Inbetriebsetzung führt jede Unterbrechung des Arbeitsstromkreises 17 zu einer Abschaltung der Feue- rungsanlage.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung geht insbesondere aus den Fig. 2, 3 und 4 hervor, in welchen die Bezugszeichen für gleiche Teile aus der Fig. 1 übernommen sind.
Der Kontaktfedersatz kann drei verschiedene Schaltstellungen einnehmen; jeder dieser Schaltstellungen entspricht eine bestimmte Stärke des in der Wicklung 8 des Detektorrelais 1 fliessenden Erregerstromes I. Bei unbeleuchtetem Photowiderstand 10 ist dessen Widerstandswert sehr gross, folglich der Erregerstrom I so klein, dass das Detektorrelais 1 nicht aufzieht und die Kontaktfedern in ihrer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ruhelage bleiben. Der Arbeitskontakt 13/14 ist dabei geöffnet und der Arbeitsstromkreis 17 unterbrochen.
Wird der Photowiderstand beleuchtet, z. B. durch die Strahlung einer Flamme, so sinkt sein Widerstandswert auf einen endlichen Wert, z. B. auf einige Hundert Ohm, ab. Der gleichzeitig ansteigende Erregerstrom I bewirkt nun den Aufzug des Detektorrelais, wobei bei der in diesem Fall gegebenen Erregerstromstärke die Bewegung des Relaisankers 'bei geeigneter Wahl der Federsatzkennlinie dann zum Stillstand kommt, wenn sich die Kontaktnieten 13 und 14 mit genügendem Kontaktdruck berühren, wobei der Ruhekontakt 15/16 geschlossen bleibt. In dieser Stellung des Kontaktfedersatzes, welche die Fig. 3 erkennen lässt, ist der Arbeitsstromkreis 17 geschlossen, und die Folgeschaltung 18 und eine durch diese gesteuerte Feuerungsanlage befinden sich in einem ordnungsgemässen Betriebszustand.
Tritt nun z. B. während des Betriebes in der Verbindungsleitung 9 oder im Photowiderstand 10 ein Kurzschluss auf, so steigt der Erregerstrom I auf einen im wesentlichen allein durch die Relaisimpedanz bestimmten oberen Grenzwert an und die Erregung des Detektorrelais nimmt stark zu. Dabei überschreitet der Kontaktdruck des Arbeitskontaktes 13/14 den Kontaktdruck des Ruhekontaktes 15116, der Ruhekontakt 15/16 wird geöffnet und damit der Arbeitsstromkreis 17 unterbrochen, was, wie erwähnt, zu einer Abschaltung der von der lichtelektrischen Schalteinrichtung überwachten Anlage führt.
Beim Verschwinden einer den Photowiderstand treffenden Strahlung, z. B. beim Erlöschen der Flamme in einer Feuerungsanlage, sowie bei einer Unterbrechung der Verbindungsleitung 9 oder des Photowiderstandes 10 wird das Detektorrelais 1 ent- regt und die überwachte Anlage ebenfalls ausser Betrieb gesetzt. Die beschriebene lichtelektrische Schalteinrichtung ist also vollständig eigensicher.
Durch den Betrieb einer Relaisanordnung mit Gleichstrom lässt sich deren Ansprechempfindlichkeit bekanntermassen steigern. Eine für den Erfindungsgegenstand dazu geeignete Schaltung ist in der Fig. 5, unter Benützung gleicher Bezugszeichen für gleiche Teile wie in den übrigen Figuren, dargestellt. In der Fig. 5 entspricht das Detektorrelais 1 in allen bereits beschriebenen Merkmalen und Wirkungen dem Detektorrelais 1 gemäss den Fig. 1, 2, 3 und 4. Zur Gleichrichtung einer an Klemmen 11 und 12 anliegenden, die Einrichtung speisenden Wechselspannung ist lediglich zusätzlich ein Einweggleichrichter 19 angeordnet.
Um den Photowiderstand 10 zur Vermeidung von Polarisationserscheinungen nicht mit Gleichstrom zu beaufschlagen, ist dieser in Reihe mit einem der Glättung des pulsierenden Gleichstromes dienenden Kondensator 20 dem Detektorrelais 1 parallel geschaltet. Das Detektorrelais spricht in dieser Schaltung auf den Gleichstrommittelwert des Erregerstromes I an. Dieser Gleichstrommittelwert ist von der Leitfähigkeit des an den Punkten 21 und 22
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angeschlossenen, den Photowiderstand 10 und die Verbindungsleitung 9 enthaltenden Schaltungszweiges abhängig; denn die Leitfähigkeit dieses Schaltungszweiges bestimmt die Wirksamkeit des Glättungs- kondensators 20.
Auch bei dieser Schaltung treten drei ausgeprägte Erregerstromstärken auf, je nachdem ob der Photowiderstand unbeleuchtet, beleuchtet oder an einer beliebigen Stelle zwischen den Punkten 21 und 22 kurzgeschlossen ist. Die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltungen gemäss der Fig. 1 und 5 ist also hinsichtlich der vorliegenden Aufgabenstellung gleichartig.
Zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist nahezu jedes gewöhnliche Relais verwendbar, zu welchem sich meist mühelos eine in ihrer Wirkung dem in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Kontaktfedersatz entsprechende Kombination von Kontaktfedern finden lässt. Bei einem Stufenrelais gemäss der Ausführungsbeispiele kann der sonst bei elektromagnetischen Relais erforderliche Klebstift zwischen Anker und Kern entfallen, wodurch der zum Öffnen des Ruhekontaktes 15/16 benötigte Kontaktweg gewonnen wird, so dass beim Erfindungsgegenstand keine Verkürzung der Kontaktwege des Detektorrelais in Kauf genommen werden muss.
Natürlich eignet sich zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes auch ein Stufenrelais mit zwei Ankern, wobei die Kontaktfolge schliessen vor öffnen nur für die beschriebenen Beispiele zu fordern ist. Es kann genau so gut durch jede der beiden Schaltstufen eines Stufenrelais je ein Arbeitskontakt geschlossen oder irgendeine beliebige andere Kontaktfolge geschaltet werden, wenn dies für die Ausbildung der Folgeschaltung 18, von der verschiedene Ausführungsformen bekannt sind, günstiger ist. In diesem Fall würde die Folgeschaltung 18 dann anstatt über den einzigen Arbeitsstromkreis 17 über zwei Arbeitsstromkreise, über zwei Ruhestromkreise oder über eine Kombination aus diesen mit der lichtelektrischen Schalteinrichtung in Wirkungsverbindung stehen.
Dem Relais 1 kann zur Signalisation einer Störung ein weiterer, beliebig gearteter Kontaktfedersatz zugeordnet sein, dessen Kontakte in einem besonderen Signalstromkreis liegen. Auch ist es möglich, durch selbsttätiges Vergleichen der elektrischen Zustände des Erregerstromkreises der lichtelektrischen Schalteinrichtung und des Arbeitsstromkreises 17 (oder diesem entsprechender Stromkreise) ein Kriterium für eine Störungsmeldung zu gewinnen.