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Elektrischer Zeitschalter
| Elektrische Zeitschalter sind in verschiedenen |
| Ausführungsarten bekanntgeworden. So werden |
| z. 13. als Treppenhausschalter sogenannte Uhrwerks- |
| automaten benutzt, bei denen beim Niederdrücken |
| eines im Stromkreis liegenden Druckknopfes gleich- |
| zeitig mit der Einschaltung des Lichtstromes ein |
| Uhrwerk in 13ew-egung gesetzt wird, das nach einer |
| gewissen zur Begehung der Treppe erforderlichen |
| Zeit einen Schalter betätigt, durch den der Licht- |
| strom wieder ausgeschaltet und der ursprüngliche |
| Schaltzustand wiederhergestellt wird. Solche Schal- |
| ter sind aber sehr kompliziert und deshalb auch |
| kostspielig. Auch bedürfen sie einer dauernden War- |
tung, da das Uhrwerk von Zeit zu Zeit gereinigt und geölt werden muß. Schließlich
unterliegen naturgemäß ihre bewegten Teile einer bei dem 'häufigen Gebrauch solcher
Schalter nicht unerheblichen Abnutzung.
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Es sind auch für den gleichen Zweck schon Quecksilberschaltröhren
vorgeschlagen und benutzt worden, bei denen eine Quecksilbersäule in einem U-förmigen
Glasgefäß durch die elektrische Erwärmung eines über ihr abgeschlossenen Gasvolumens
in Bewegung gesetzt und zur Schaltung des Verbraucherstroms benutzt wird. Aber abgesehen
davon, daß die Erwärmung des Gasvolumens eine
gewisse Zeit dauert
und deshalb ein längeres Niederdrücken des Druckknopfes erforderlich ist, um die
Einschaltung beispielsweise des Lichtstromes bei Treppenhausbeleuchtungen zu bewirken,
ist die Verstellung solcher Schalter schwierig, da die Röhren nur von Facharbeitern
hergestellt werden können und eine genaue Dosierung der einzufüllenden Quecksilbermenge
erforderlich ist. Der Installateur muß dann noch beim Einbau den Quecksilberstand
auf eine bestimmte Marke einstellen, um die richtige Brenndauer für die Anlage einzustellen.
Im übrigen ist eine Änderung der Einschaltdauer bei diesen Schaltern nur in geringen
Grenzen möglich.
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Der Zeitschalter nach der vorliegenden Erfindung ist von diesen Nachteilen
frei. Ein wesentliches Merkmal des neuen Zeitschalters ist eine durch einen Bimetallstreifen
unmittelbar gesteuerte Quecksilberschaltröhre, die sowohl den Relais- wie auch den
Verbraucherstrom ein- und ausschaltet. Dabei besteht der Quecksilberschalter bei
einer beispielsweisen Ausführungsart der Erfindung aus einer Quecksilber enthaltenden
Glasröhre, die an den beiden Enden und in der Mitte je eine Stromzuführung besitzt
und in der Ruhelage zwischen der mittleren und einer der beiden anderen Stromzuführungen
eine leitende Verbindung über das Quecksilber herstellt.
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Die Röhre bildet- mit dieser Verbindung bei einer Ausführun.gart der
Erfindung einen Bestandteil eines aus Druckknopfschalter, Relais und Heizwiderstand
bestehenden Stromkreises. Der Heizwiderstand ist dabei dicht an einen BimetalIstreifen
angelagert, der nur an seinem einen Ende befestigt ist und mit dem anderen die Röhre
in achsenparalleler Lage trägt. Wird nun durch Niederdrücken des Druckknopfes der
Stromkreis eingeschaltet, so wird hierdurch der Relaisanker angezogen und der Heizwiderstand
erhitzt. Der Anker betätigt bei seiner Bewegung zwei Schalter, die starr mit ihm
verbunden sind und beispielsweise aus kleinen QuecksilberschaItröhren bestehen können,
an deren einem Ende zwei Stromdurchführungen eingeschmolzen sind, die beim Kippen
der Röhre durch das Quecksilber kurzgeschlossen werden. An Stelle des mit einem
Anker versebenen Relais und der Betätigung der beiden Quecksilberschalter durch
den bewegten Anker können auch im Innern der Relaisspule zwei Quecksilberschaltröhren
senkrecht angebracht sein, bei denen der Stromschluß durch die magnetisch herbeigeführte
Bewegung von in den Röhren geführten Stahlzylindern erfolgt. Durch den einen dieser
beiden Schalter wird der Verbraucherstrom eingeschaltet und durch den anderen der.Druckknopf
kurzgeschlossen, so daß auch beim Aufhören der Druckknopfbetätigung der Relaisstrom
geschlossen bleibt. Es wird also bei der beispielsweisen Anwendung der Erfindung
auf einen Treppenhausautomaten die Beleuchtung sofort beim Niederdrücken des Druckknopfes
eingeschaltet.
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Der Druckknopf braucht nicht notwendigerweise im Starkstromkreis zu
liegen, sondern er kann nach einer anderen Ausführungsart der iErfindung auch ein
Glied eines aus einer Schwachstromquelle und einer zweiten Wicklung über der Relaisspule
besteh-enden Stromkreises sein. Es kommt dann der den Druckknopf enthaltende Teil
des Starkstromkreises in Wegfall. Auch bei dieser Schaltung wird mit dem Niederdrücken
des Druckknopfes der Relaisanker angezogen, und damit werden die beiden Stromkreise
geschlossen, deren einer die Widerstandsheizung über die Starkstromwicklung der
Spule vollzieht und den Relaisanker durch deren magnetische Wirkung festhält und
deren anderer den Verbraucherstromkreis bildet.
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Die fortschreitende Erwärmung des Heizwiderstandes übt nun ihren Einfluß
auf den daneben angeordneten Bimetallstreifen aus. Dieser krümmt sich und bringt
mit zunehmender Erhitzung die Quecksilberröhre mehr und mehr zur Kippurig, und zwar
in der Weise, daß die stromführende Seite sich hebt, während die andere, deren Stromzuführung
noch über dem Quecksilberspiegel liegt, sich neigt, bis nach einer gewissen Zeitspanne
auch ihre Stromzuführung mit dem Quecksilber in Berührung kommt. In diesem Augenblick,
in dem alle drei Stromzuführungen der Röhre miteinander in Verbindung stehen, erhält
der Verbraucherstrom einen Nebenschluß zu dem entsprechenden Schalter am Anker.
Setzt sich der Kippvorgang «-eiter fort, so kommt es zu einer Unterbrechung des
Relais-und Heizstromkreises, da die diesen Stromkreis schließende Röhrenhälfte mehr
und mehr gehoben wurde, und zwar erfolgt dies in dem Augenblick, in dem die Berührung
des Quecksilbers mit der Stromzuführung aufhört. Die Folgen dieser Unterbrechung
sind die Beendigung der Beheizung des Bimetallstreifens, das Abfallen des Ankers
am Relais und der allmähliche Rückgang der Röhre in die Ausgangsstellung. Gleichwohl
bleibt der Verbraucherstrom aufrechterhalten, da dieser ja nun über die andere Hälfte
der Quecksilberröhre geschlossen ist.
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Erst die langsam erfolgende Rückkippung der Röhre führt zur Unterbrechung
des Verbraucherstromes, d. h. also zum Erlöschen der Beleuchtung im Falle der beispielsweisen
Anwendung der Erfindung auf einen Treppenhausschälter. Die Anlage ist aber in diesem
Augenblick bereits wieder zur erneuten Benutzung bereit, da mittlerweile der Relais-
und Heizstromkreis in der Röhre wieder geschlossen wurde und es nur der Betätigung
des Druckknopfes bedarf, um die Beleuchtung wieder einzuschalten..
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Nach der weiteren Erfindung kann die Dauer der Einschaltzeit für den
Verbraucherstromkreis dadurch in weiteren Grenzen geändert werden, daß die Relais-
und Verbraucherstrom steuernde Quecksilberkippröhre mit einem am Ende des Bimetallstreifens
über eine Querverbindung angreifenden Winkelhebel in die hierfür geeignete Lage
eingestellt wird. Diese Einstellung müßte nun bei jedem stärkeren Temperaturwechsel,
mindestens aber im Zuge der einander folgenden Jahreszeiten korrigiert werden, da
ja der Bimetallstreifen auf jedweden Temperaturwechsel reagiert. Um dies zu vermeiden,
kann als weitere Maßnahme gemäß der Erfindung in den mit einem Bimetallstreifen
ausgerüsteten
Kippmechanismus für die Quecksilberschaltröhre ein
zweiter Bimetallstreifen so eingebaut werden, daß er hei Änderungen der Lufttemperatur
dem ersteren entgegenwirkt und somit diesen Einfluß ausschaltet, während er demjenigen
des Heizwiderstandes durch genügende Entfernung entzogen ist.
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Der erfindungsgemäße Zeitschalter arbeitet ohne Uhrwerk und bedarf
deshalb keiner besonderen Wartung. Auch ist seine Herstellung dadurch sehr einfach,
daß kompliziertere Glasröhren vermieden sind. Schließlich macht auch die Montage
keinerlei Schwierigkeiten, da lediglich die gewünschte Einschaltdauer mit dem hierfür
vorgesehenen Hebel einzustellen ist.
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Die Erfindung ist in beispielsweisen Ausführungsformen in den Fig.
i bis 8 dargestellt, und zwar zeigt Fig. i ein Schaltschema für den Zeitschalter,
Fig. 2 ein anderes Schaltschema, Fig.3 eine Vorderansicht des Zeitschalters, bei
abgehobenem Deckel, Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3, Fig. 5 eine Oberansicht
zu Fig. 3, beide ebenfalls bei abgehobenem Deckel, Fig. 6 den Zeftschalter ohne
Deckel in der Vorderansicht mit senkrechten Quecksilberschaltröhren im Innern einer
Spule an Stelle des Ankers mit Schaltröhren, Fig. 7 eine Seitenansicht zu Fig. 6
und Fig. 8 eine Oberansicht zu Fig. 6, beide ebenfalls bei abgehobenem Deckel. .
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Ein der Erfindung entsprechendes Schaltungsschema ist in einer beispielsweisen
Ausführungsart in Fig. r dargestellt. Die Quecksilberschaltröhre i, der Heizwiderstand
2, die Relaisspule 3, der Druckknopfschalter 4 und die Stromquelle 5 sind Bestandteile
eines Stromkreises, welcher bei der in Fig. i gezeigten Ruhestellung durch den Druckknopfschalter
4 geöffnet ist. Im Quecksilberschalter i besteht Verbindung zwischen den Stromzuführungen
7 und 8 über das Quecksilber 9. Wird der Druckknopf ,4 niedergedrückt, so fließt
ein Strom, der den Heizwiderstand 2 erhitzt und den Relaisanker io in Richtung auf
die Relaisspule 3 zu anzieht, mit der Wirkung, daß die Brücken 11 und 12 die Kontakte
13, 14 einerseits und die Kontakte 15, 16 andererseits miteinander in Verbindung
bringen.
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Soll vermieden werden, daß der Druckknopf im Starkstromkreis liegt,
so wird bei einer anderen Ausführungsart der Erfindung, deren Schaltung in Fig.
2 dargestellt ist, ein Druckknopf 47 als Glied eines aus der Batterie 48 und einer
zweiten Wicklung 49 über der Spule 3 bestehenden Stromkreises angeordnet. Der bei
der Schaltung nach Fig. i im Starkstromkreis liegende Druckknopf 4 fällt dann mit
dem entsprechenden Teil des Starkstromkreises fort. Bei einer solchen Schaltung
kommt mit dem Stromschluß am Druckknopf 47 ein Strom in der Spulenwicklung 49 zustande,
der den Relaisanker io anzieht mit der Wirkung, daß auch in diesem Fall die Brücken
i i und 12 die Kontakte 13, 14 einerseits und die Kontakte 15, 16 andererseits
kurzschließen. Der Stromschluß zwischen 15 und 16 bewirkt das sofortige Auftreten
eines Stromes im Verbraucherkreis, der aus der Stromquelle 5, dem Schalter 15, 12,
16 und dem Stromverbraucher 17 besteht, wobei als Verbrauchskörper eine oder mehrere
parallelgesehaltete elektrische Lampen gedacht sein mögen. Andererseits bewirkt
der Stromschluß über den Schalter 13, 11, 14 einen Nebensch.luß zum Druckknopf 4,
der zur Folge hat, daß beim Loslassen des Druckknopfschalters 4; der Stromdurchgang
in der Relaisspule 3, dem Heizwiderstand 2 und dem Quecksilberschalter i über dessen
Stromzuführungen 7 und 8 aufrechterhalten bleibt. Der Heizwiderstand 2 ist in unnnittelbarer
Nähe eines in der Fig. 1 nicht gezeichneten Bimetallstreifens 18 liegend zu denken,
der an seinem freien Ende die Quecksilberschaltrö'hre i achsenparatlel trägt, so
daß diese bei einer Krümmung des Birnetallstreifens 18 unter der Heizwirkung des
Widerstandes 2 gekippt wird. Diese Kippung in die in Fig. i gestrichelt gezeichnete
Lage vollzieht sich allmählich. Das Quecksilber erfaßt dabei auch die Stromzuführung
6, ohne die Stromzuführung 8 schon verlassen zu haben, so daß in diesem Augenblick
die drei Stromzuführungen 6, 7 und 8 über das Quecksilber 9 miteinander in Verbindung
stehen. Die auftretende Verbindung zwischen den Zuleitungen 6 und 7 bedeutet einen
Nebenschluß zum Schalter 15, 12, 16, so daß der Verbraucherstrom bei 17 auch noch
aufrechterhalten bleibt, wenn im Verlauf der weiteren Kippung der Schaltröhre i
der Strom zwischen den Stromzuführungen 7 und 8 durch das Abfließen des Quecksilbers
in die linke Hälfte der Schaltröhre i unterbrochen wird, obwohl in diesem Augenblick
der Relaisstrom geöffnet wird und damit der Anker io abfällt. Wohl aber wird die
Heizung des Bimetallstreifens 18 durch den Heizwiderstand 2 mit dem Abfallen des
Ankers io durch die Aufhebung der Verbindung zwischen 13 und 14 unterbrochen und
damit die Kippung der Quecksilberschaltröhre i rückläufig gemacht. Der Verbraucherstrom
bei 17 bleibt aber noch so lange aufrechterhalten, bis das Quecksilber in der Schaltröhre
i unter den durch die Stromzuführung 6 gekennzeichneten Pegel gefallen ist. In diesem
Augenblick wird der Verbraucherstrom zwischen den Stromzuführungen 6 und 7 unterbrochen
mit der Folge, daß der Verbrauchskörper 17 stromlos wird. Da aber inzwischen das
Quecksilber wieder die Stromzuleitung 8 erreicht hat, so ist die Anlage für eine
neue Einschaltung mittels des Druckknopfschalters 4 wieder bereit.
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In den Fig. 3 bis 8 sind beispielsweise praktische Ausf4hrungsformen
des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Dabei ist die Quecksilberschaltröhre i im
Gegensatz zu der im Schaltschema gezeichneten Darsteliiung mit drei Stromzuführungen
6, 7, 8, hier mit vier solchen 34, 35, 36, 37 versehen, wobei aber von den an jedem
Ende der Quecksilbersc1haltröhre liegenden zwei Stromzuführungen eine derselben
mit einer gegenüberliegenden Stromzuführung verbunden ist. Die Wirkung ist dann
die gleiche wie bei der mit drei Stromzuführungen ausgestatteten Röhre, die aber
gekrümmt sein muß, während dies
bei der Ausführung mit vier Zuleitungen
in Wegfall kommt. Der Heizwiderstand 2 liegt unmittelbar neben dein Bimetallstreifen
18, an dessen Ende 38 rechtwinklig zu ihm eine Lasche i9 befestigt ist, die die
Schaltröhre, i umfaßt und durch eine Schraube 20 festhält. Am anderen Ende 39 des
Bimetallstreifens 18 ist rechtwinklig zu ihm ein Winkelstreifen 21, 22 befestigt.
Dieser kann durch den Hebel 24 auf und nieder geschwenkt werden, der um den Drehpunkt
23 bewegt werden kann und in eirein Zeiger 33 zur Festlegung der Einstellung ausläuft.
Mit dein Hebel 24 kann die Röhre i in die geeignete Stellung gebracht werden.
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Um diese Einstellung nicht bei jedem stärkeren, insbesondere dem jahreszeitlich
bedingten Temperaturwechsel erneut vornehmen zu müssen, kann nach der Erfindung
ein zweiter Bimetallstreifen 52 vorgesehen sein, der an die Stelle des Streifens
22 in dem die Quecksilberschaltröhre i tragenden Rahmen 18, 21, 22 tritt und so
angeordnet ist, daß er der Wirkung des Bimetallstreifens 18 entgegenarbeitet, so
daß bei einem Wechsel der Lufttemperatur keine Kippung der Schaltröhre i eintritt.
Infolge genügender Entfernung des Bimetallstreifens 52 von dem Heizwiderstand 2
wird der Bimetallstreifen 52 jedoch durch die von dem Heizwiderstand 2 ausgehende
Wärmestrahlung nicht beeinflußt, so daß dessen Wirkung auf den Birnetallstreifen
18 unbeschränkt bestehenbleibt. An Stelle von Bimetallstreifen 18, 52 kann naturgemäß
auch die thermische Ausdehnung von Stäben, Drähten, Flüssigkeiten usw. zur Kippung
der Quecksilberschaltröhre dienen, wie auch ebenso die Kompensation des Lufttemperatureinflusses
in analoger Weise mit solchen Mitteln erfolgen kann.
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Mit 26 und 27 sind zwei kleine Quecksilberschaltröhren bezeichnet,
die je an einem ihrer beiden Enden zwei Stromzuführungen 4o, 41 und 42, 43 besitzen
und die mit dem Anker io des Relais durch Befestigungslaschen 28 und Schrauben 29,
30 fest verbunden sind.
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Der Anker ist um den Drehpunkt 31 drehbar und besitzt einen mittels
der Schraube 32 einstellbaren Anschlag zur Begrenzung seiner maximalen Entfernung
von dem in der Spule 3 sitzenden Spulenkern.
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An Stelle des mit dem Anker io ausgerüsteten Relais 3, io können auch
im Innern der Spule 3 zwei senkrechte Quecksilberschaltröhren 44 und 45 vorgesehen
sein, bei denen der Stromschluß zwischen den Elektroden durch magnetische Einwirkung
auf in den Röhren vorgesehene Stahlzylinder erfolgt.
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Diese Anordnung hat gegenüber einem 4nkerrelais den Vorteil, daß abgesehen
von der keine Wartung erfordernden Bewegung der Stahlzylinder im Quecksilber keinerlei
bewegte Teile vorhanden und somit weder eine Abnutzung noch eine Pflege solcher
Teile in Frage kommt.
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Alle Teile sind auf einer Platte 25 montiert, auf der auch das Klemmbrett
44 zum Anschluß der Stromzuführungsdrähte und der übrigen den Schaltschemen der
Fig. i und 2 entsprechenden Drahtverbindungen angebracht ist. Ein kastenförmiger
Deckel, der in den Figuren nicht gezeichnet ist, schützt alle Teile gegen Verschmutzung
und Beschädigung.