DE754573C

DE754573C - Zeitrelais

Info

Publication number: DE754573C
Application number: DEI56725D
Authority: DE
Inventors: Bent Bulow Jacobsen
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1935-12-31
Filing date: 1936-12-25
Publication date: 1953-10-26
Also published as: GB468222A

Description

-^u Γ υ-

AUSGEGEBEN AÄI 26. OKTOBER 1953

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 4οι

J 56725 VIII c 121 g

Bent Bulow Jacobsen, London

ist als Erfinder genannt worden

Zeitrelais

Die Erfindung bezieht sich auf Zeitschaltvorrichtungen, die mit Relais und Kondensatoren arbeiten.

Bei derartigen elektrischen Zeitschaltvorrichtungen kann die erzielbare Verzögerungszeit proportional mit der angelegten Spannung und mit der verfügbaren Kapazität vergrößert werden, aber im allgemeinen sind diese beiden Größen aus Kosten- und Sicherheitsgründen begrenzt.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die erzielbare Verzögerungszeit ohne Erhöhung der angelegten Spannung bzw. ohne Erhöhung der Kapazität des Kondensators zu vergrößern und die Stabilität der Verzögerung zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Spannung der Kondensatorspannungsquelle zuerst in der einen und dann zumindest zu einem großen Teil in der anderen Richtung durchlaufen wird, bis das Relais zur Wirkung kommt. Die erzielte Verzögerung entspricht somit der Summe aus der Lade- und Entladezeit des Kondensators. Die Verzögerung kann durch eine Kondensatorentladung und eine darauffolgende Kondensatorladung oder umgekehrt durch eine Kondensatorladung und eine darauffolgende Entladung herbeigeführt werden, wobei die wirksamen Spannungen, bei denen der Kondensator geladen oder entladen wird, verschieden sein können.

Es ist wohl bekannt, eine Verzögerungswirkung dadurch zu erzielen, daß der Gitterkondensator einer Elektronenentladungsröhre, der am Anfang des Vorgangs negativ geladen war, während der Verzögerungszeit positiv geladen wird.

Dabei hat man aber nicht eine Ladebatterie umgepolt, sondern mit Hilfe zweier Batterien die Spannung am Kondensator und am Gitter in einer einzigen Richtung so lange verschoben, bis der Anodenstrom einen bestimmten Betrag erreicht hat. Für die Erfindung hingegen ist es wesentlich, daß mit Hilfe einer Umpolung die Spannung der vorhandenen Batterie zweimal durchlaufen wird. Dadurch wird die Verzögerungszeit doppelt so groß, als sie sonst wäre. Ein Positivladen eines Gitterkondensators von einem negativen Zustand ausgehend bedeutet stets nur eine einseitige Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Kennlinie, die es nicht ermöglicht, das Spannungsintervall einer vorgegebenen Batterie doppelt auszunutzen.

Fig. ι zeigt die beste Schaltung, die man bisher zur Erzielung langer (in der Größenordnung von Sekunden) liegender Verzögerungen mittels Relais und Kondensatoren kannte. In dieser Schaltung wird die Verzögerung durch den langsamen Abfall des Relais erzielt.

Fig. 2 zeigt, wie die Schaltung nach Abb. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung geändert werden kann, um eine größere Verzögerungszeit zu erhalten, ohne die angelegte Spannung oder die Kapazität des Kondensators ändern zu müssen.

Der Widerstand Ra und der kleine Kondensator SQ von 2 nF dienen dazu, um Relais^ geräusche in der 130-Volt-Batterie zu verhindern.

Fig. 3 zeigt eine andere bekannte elektrische

Zeitschalteinrichtung, bei der die Verzögerung durch das langsame Ansprechen des Relais gegeben ist.

Fig. 4 zeigt eine Abänderung der in Abb. 3 dargestellten Schaltung, durch die sich eine Erhöhung der Verzögerung und der Stabilität erreichen läßt.

Fig. 5 zeigt eine Abänderung der in Abb. 4 dargestellten Schaltung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird Relais B erregt und erregt gehalten, wenn die Kontakte α geschlossen werden; das ist der Ruhezustand der Schaltung. Werden die Kontakte α wieder geöffnet, so wird der Kondensator CR, der bis dahin kurzgeschlossen war, auf das Potential der Batterie V aufgeladen, und das Relais B bleibt während der Ladezeit des Kondensators im angesprochenen Zustand. Der Widerstand R 3 hat die Aufgabe, den über a fließenden Strom bei der Entladung des Kondensators zu begrenzen. Die Verzögerungszeit kann proportional mit der angelegten Spannung P und der Kapazität c des Kondensators vergrößert worden, aber für gewöhnlich sind diese beiden Größen aus Kosten- und Sicherheitsgründen begrenzt.

Die größte mit dieser Schaltung erzielbare Verzögerung ist c · R, worin c die Kapazität des Kondensators und R der gesamte Kreiswiderstand ist, und diese Verzögerung wird erreicht, wenn R einen solchen Wert hat, daß der anfängliche Ladestrom e-mal so· groß ist wie der Abfallstrom (worin e die Basis der natürlichen Logarithmen ist),

Fig. 2 ist eine Signalempfangsschaltung, in der das Signal auf eine lange Schließung der Kontakte x, die langer als 5 Sekunden dauert, eingeschaltet und auf eine Öffnung der Kontakte x, die langer als 3 Sekunden dauert, wieder ausgeschaltet wird. Für gewöhnlich ist das Relais B auf folgendem Wege erregt:

Erde, b x, B, as, Widerstand Ra von 6000 Ohm, 130-Volt-Batterie.

Parallel zu Relais B wird der Kondensator CR geladen, und zwar auf folgendem Wege:

Erde, α 2, CR, Widerstand Rc von 4000 Ohm, «3, Ra, 130-Volt-Batterie.

Wenn die Kontakte χ geschlossen werden, spricht Relais A über die 24-Volt-Batterie an und betätigt seine Kontakte. Das Öffnen der Kontakte «3 unterbricht den Haltestromkreis von Relais B, das Öffnen der Kontakte «2 unterbricht den Ladestromkreis des Kondensators Ci? von 32/iF.

Der Kondensator CR, der auf eine Spannung von 130 Volt aufgeladen worden ist, ist nun mit der 130-Volt-Batterie in Reihe geschaltet:

130-Volt-Batterie, Rb, CR, Rc, B, bx, Erde, und der Kondensator CR, der in beiden Richtungen polarisiert werden kann, entlädt sich jetzt über das Relais B und lädt sich dann in entgegengesetzter Richtung auf. Der Stromkreis, durch den die Verzögerung erzielt wird, hat also ursprünglich eine EMK von 260 Volt, d. h. das Doppelte der Spannung der Batterie oder einer anderen Stromquelle. Relais B wird gehalten, bis der Ladestrom für den Kondensator CR unter die Haltestromstärke des Re- 10c lais B gesunken ist.

Wenn die Kontakte χ nicht 5 Sekunden lang geschlossen gehalten werden, so schließen die Kontakte a 3.und a 2 wieder, bevor B zum Abfall gekommen ist, so daß Relais B gehalten 10= bleibt.

Bleiben jedoch die Kontakte χ langer als 5 Sekunden geschlossen, so kommt Relais B zum Abfall, und am Ende des Signals fällt auch Relais A ab. Die erzielte Verzögerung entspricht nc der Summe aus der Lade- und Entladezeit des Kondensators. Zur Erregung des Relais C wird jetzt folgender Stromkreis hergestellt:

Erde, dx, C, 62, «3, Ra, 130-Volt-Batterie. Die Schließung der Kontakte «2 bringt den Kondensator CR über Relais b zur Entladung und danach zur Wiederaufladung in der ursprünglichen Richtung über Ra, «3. Über die abgefallenen Kontakte b 1 und die geschlossenen Kontakte C3 spricht das im Ansprechen vorzögerte Relais D mit Hilfe der 24-Volt-Batterie an und hält sich überd2, bx. Die Kontakte dx

werden umgelegt, aber Relais C wird über die Kontakte c 2 gehalten. Relais A wird jetzt über seine untere Wicklung ei und dz erregt. Die Kontakte a 2 öffnen den Stromkreis für die Ladung des Kondensators CR, der infolge des langsamen Anzugs des Relais D genug Zeit hatte, sich voll aufzuladen, z. B. 50 ms.

Der Erregerstromkreis für Relais C wird jetzt geöffnet und dafür ein Stromkreis für seinen langsamen Abfall geschlossen:

130-Volt-Batterie, Rb, Kondensator Ci?, Rc, Ö2, C, C2, Erde.

An diesem Stromkreis liegt ursprünglich eine Spannungsdifferenz von 260 Volt infolge der Batterie und des Kondensators CR; Kondensator CR entlädt sich über diesen Stromkreis und lädt sich dann, wie beschrieben, in der entgegengesetzten Richtung auf eine Spannung von 130 Volt wieder auf. Relais C fällt erst ab, wenn der Ladestrom des Kondensators CR unter die Haltestromstärke des Relais C sinkt.

Werden die Kontakte χ von neuem geschlossen, bevor Relais C abgefallen ist, so wird Relais A über seine beiden in entgegengesetztem Sinne gewickelten Wicklungen erregt, und das Relais kommt daher zum Abfall; dabei stellt es den ursprünglichen Ansprechstromkreis für Relais C und den ursprünglichen Ladestromkreis für Kondensator CR wieder her. Die Lampe 5 wird über al, ei, dz zum Brennen gebracht. Durch abwechselndes Schließen und Öffnen kann die Lampe zum Flackern gebracht werden, vorausgesetzt, daß die Kontakte χ jeweils nicht langer als 3 Sekunden geöffnet sind.

Wenn schließlich die Kontakte χ langer als 3 Sekunden offen bleiben, fällt das Relais C ab und danach das Relais A, da beide Wicklungen des Relais A jetzt stromlos sind. Jetzt wird Relais B erregt:

Erde, dz, ei, B₁ «3, Ra, 130-Volt-Batterie.

Relais B hält sich über die Kontakte b z, durch

welche Relais D zum Abfall gebracht Wird, und die Schaltung ist wieder in ihrem ursprünglichen Zustand.

Fig. 3 zeigt die Schaltung, die man gewöhnlich benutzt, um eine Verzögerung durch das langsame Ansprechen eines Relais zu erzielen. Wenn der Kontakt geschlossen wird, lädt sich der Kondensator CR auf, bis die Anzugsspannung für Relais B erreicht wird, welches danach zum Ansprechen kommt. Die Zeitkonstante für die Ladung des Kondensators CR ist

worin c die Kapazität des Kondensators CR, R1 ein Widerstand, der in Reihe liegt, und R2 der Widerstand des Relais B ist. Zur Erzielung der größtmöglichen Verzögerung wird Rz gleich Rz

gemacht, so daß die Zeitkonstante c wird.

Wenn das Relais bei Vo Volt anspricht und V Volt angelegt werden, so beträgt die Verzögerungszeit

V .

• R₁ 2 ¹ = ^C— ■ ²·³ " ¹⁰^tO -γ ^SeC ·

Vo

In Fig. 4 ist in Reihe zu dem Relais B ein Gleichrichter RC geschaltet, und Relais und' Gleichrichter sind zusammen parallel zu einem Kondensator CR gelegt. Ferner sind Kontakte αϊ, «2 vorgesehen, welche die Richtung der an die Schaltung angelegten Potentiale zu ändern gestatten. Für gewöhnlich sind die Potentiale so gerichtet, daß der Gleichrichter RC sich dem Strom durch Relais B entgegenstellt und Kondensator Ci? geladen wird. Wenn die Kontakte az, a2 umgelegt werden, wird der Stromkreis, durch den die Zeitverzögerung erzielt wird, hergestellt, und dieser Stromkreis besitzt bei seiner ursprünglichen Schließung eine EMK von 2 V, ■worin V das Potential der Stromquelle ist. Auf die Schließung dieses Stromkreises hin wird Kondensator CR über die Batterie entladen und in der entgegengesetzten Richtung aufgeladen. Die Ansprechverzögerung für Relais B besteht daher

1. in der Zeit, die erforderlich ist, um CR in einen Stromkreis von V Volt äußerer Spannung von dem Wert V auf den Wert 0 zu entladen, plus

2. der Zeit, die erforderlich ist, um CR in der entgegengesetzten Richtung von 0 auf Vo, der Ansprechspannung von Relais B, aufzuladen. Die gesamte Zeitverzögerung entspricht daher der Summe aus der Lade- und Entladezeit des Kondensators. Die neue Schaltung ergibt mehr als die doppelte Verzögerung gegenüber der bekannten Schaltung, und gleichzeitig wird die geringe Stabilität der Verzögerung, die durch Änderungen in der Spannungshöhe und der Relaisjustierung entsteht, entsprechend verbessert. Wird von dem in Fig. 4 gezeigten Gebilde eine besonders hohe Stabilität verlangt, so kann die Ansprechspannung des Relais B verkleinert werden,. so daß die gesamte Verzögerungszeit hauptsächlich durch die unter r. genannte Verzögerungszeit bestimmt wird. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß man durch Verringerung des Widerstandes des Relais B dieses Relais spannungsempfindlicher macht. Die Grenze ist durch die Tatsache gegeben, daß der Gleichrichter kein idealer Gleichrichter ist, der in der einen Richtung den Widerstand 0 und in der anderen Richtung die Leitfähigkeit 0 hat.

Ist hohe Stabilität nicht erforderlich, so ermöglicht die neue Schaltung Ersparnisse in der Größe des Kondensators oder in der Größe der äußeren Spannung. .120

Eine für die Praxis wertvolle Abänderung der Schaltung nach Fig. 4 ist in Fig. 5 dargestellt.

Bei dieser Schaltung ist die äußere Spannung über den hohen Widerstand Rx dauernd angeschaltet, wobei dieser Widerstand in zwei gleiche Teile aufgeteilt ist, während eine umgekehrte Spannung normalerweise über einen kleinen Widerstand R4 und Ruhekontakte α ι, α 2 zugeführt wird. Das Potential an den Kontakten α ι, az lädt den Kondensator CR auf, doch kann über den Gleichrichter RC kein Strom fließen.

Wenn die Kontakte «1,(12 geöffnet werden, entlädt sich der Kondensator CR und lädt sich dann in der entgegengesetzten Richtung auf.

Die Erfindung ist in Verbindung mit elektromagnetischen Schwachstromrelais mit Kontakten beschrieben worden, aber sie kann ebensogut auf jede andere Art von Relais mit und ohne Kontakte angewendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 20

1. Zeitrelais, das anspricht, sobald ein Kondensator durch Ladung oder Entladung über einen Widerstand einen bestimmten Ladungszustand erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung dieses Ladungszustandes die Spannung der Kondensatorspannungsquelle zuerst in der einen Richtung und dann zumindest zu einem, großen Teil in der anderen Richtung durchlaufen wird.

2. Zeitrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiswicklung mit

' dem Kondensator in Serie geschaltet ist und die Abfallsverzögerung durch Umpolen der Kondensatorspannung verlängert wird.

3. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator parallel mit der Relaiswicklung liegt und die Anzugsverzögerung durch Umpolen der Kondensatorspannung verlängert wird.

4. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator parallel zu der Serienschaltung der Relaiswicklung mit einem Gleichrichter liegt (Fig. 4 und 5) und die Polarität der die Relaiswicklung beeinflussenden Spannungsquelle vor der Auslösung des zu verzögernden Signals so gewählt wird, daß zwar der Kondensator geladen wird, aber das Relais bei dieser Polarität nicht anspricht, sa daß beim Umpolen der Spannung der Kondensator erst entladen und dann durch die gleiche Spannungsquelle umgekehrt geladen wird, bevor das Relais anspricht (Fig. 4 und 5).

5. Zeitrelais nach Anspruch 1, bei dem die Schaltung so ausgebildet ist, daß sie zunächst auf ein Signal (Schließen der Kontakte x, Fig. 2) anspricht, dessen Länge größer ist als eine bestimmte Verzögerungszeit und daraufhin auf ein zweites Signal (Öffnen der Kontakte x) anspricht, dessen Länge ebenfalls größer ist als eine bestimmte Verzögerungszeit.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Drackschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschrift Nr. 410790;

britische Patentschrift Nr. 227 887.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 5515 10.