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Mechanisches Zeitrelais mit elektromagnetischer Kupplung Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein mechanisches Zeitrelais mit elektromagnetischer Kupplung.
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Bei derartigen Zeitrelais wird das Zeitschaltglied mittels des Antriebsgliedes
über die Kupplung angetrieben.
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Derartige Zeitrelais bestehen im allgemeinen aus einem Zeitglied,
meistens einem Synchronmotor, einem ein- und auskuppelbaren Zeitablaufglied und
einem Zeitschaltglied. Mit der Erregung wird das Zeitablaufglied mit dem Zeitglied
gekuppelt. Nach Ablauf der eingestellten Zeit wird das Schaltglied betätigt. Wird
das Relais entregt, dann wird das Zeitablaufglied mit Hilfe einer Rückstelleinrichtung,
gewöhnlich einer während des Zeitablaufs gespannten Feder, auf seinen Einstellwert
zurückgeführt. Für die mechanische Ein- und Auskupplung, die über Zahnräder oder
auch Kegel- oder Scheibenelemente erfolgen kann, sind Bauelemente erforderlich,
die Bewegungen durchführen und damit im wesentlichen Verschleißglieder sind.
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Es ist bereits bekannt, mechanische Kupplungsglieder zu verwenden,
die aus einem Elektromagneten, der eine Kupplung betätigt, bestehen, bei der zwei
mit Verzahnungen versehene Teile, die in den Pol des Elektromagneten enden, durch
axiale Verschiebung miteinander in Eingriff gebracht werden. Diese bekannten Kupplungsglieder
besitzen zwangläufig einen durch den Abstand der Zähne bedingten Schlupf. Dieser
Schlupf wirkt sich bei einem Zeitrelais sehr nachteilig aus. Ein weiterer Nachteil
der bekannten Kupplungsglieder besteht darin, daß bei diesen durch die axiale Verschiebung
ein axial gerichteter Schlag beim Einschalten der Kupplung auftritt. Die Zeitrelais
müssen nach den VDE-Vorschriften bestimmten elektrischen Bedingungen- genügen, die
je nach dem Anwendun£-#s2ebiet unterschiedlich sind. Die normalen Arbeitsbedingungen
nach den VDE-Vorschriften 0435 vom September 1962 besagen, daß die Relais bei einem
Spannungsbereich von 80 bis 110 % des Nennwertes arbeiten müssen. Nimmt man beispielsweise
ein mit 220 V betriebenes Relais an, so muß dieses also in dem Bereich von 176 bis
242 V arbeiten, d. h., die Spule muß bereits bei einer Spannung von 176 V ansprechen,
sie muß aber ebenfalls geeignet sein, bei einer Spannung von 242 V zu arbeiten.
Beim Bahnbetrieb bestehen für elektrische Relais noch weiter gehende Bedingungen;
diese Relais müssen in einem Spannungsbereich von 60 bis 1201/o des Nennwertes arbeiten.
Bei einem auf eine Spannung von 220 V ausgelegten Relais muß das Ansprechen des
Relais bereits bei 132 V erfolgen; das Relais muß aber. auch noch bei einer Spannung
von 264 V arbeiten. Wenn also ein solches Relais mit 110 bzw. 120 % der Nennspannung
erregt wird, wird der axial verschiebliche Kupplungsteil mit einem erheblichen Schlag
mit dem anderen Kupplungsteil in Eingriff gebracht. Dieser Schlag pflanzt sich auf
die nachgeschalteten Konstruktionselemente fort und kann hier insbesondere bei elektrischen
Kontakten zu Prellerscheinungen führen, die eine ungewollte Öffnung bzw. Schließung
der Kontakte zur Folge haben können, wodurch das von dem elektrischen Relais ausgelöste
Steuerprogramm empfindlich gestört werden kann.
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Bei den immer schneller werdenden Arbeitsfolgen der heutigen Werkzeugmaschinen,
die entsprechend häufige Schaltfunktionen erfordern, wirkt sich der durch mechanische
Kupplungen bedingte Verschleiß auf die Lebensdauer der Schaltrelais ungünstig aus.
Bei stark wechselnden Zeitfolgen werden häufig Zeitrelais mit Bereichsumschaltung
verwendet. Für diese Umschaltung ist im allgemeinen ein getrenntes Bereichseinstellmittel
vorgesehen und dieses außerhalb der Zeitskala untergebracht. Bei Verwendung mehrerer
derartiger Zeitrelais in einer Anlage, beispielsweise- in Kaskadenschaltung, macht
sich der hierfür erforderliche Raumbedarf nachteilig bemerkbar. ..
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Diese den bekannten elektrischen Relais anhaftenden Nachteile haben
zu der Aufgabe geführt, ein Relais zu schaffen, das diese Nachteile nicht aufweist,
d. h. das vollkommen schlupffrei arbeitet und gleichzeitig keine Schläge beim Ankuppeln
entstehen läßt und das darüber hinaus durch geeignete Anordnung äußerst raumsparend
aufgebaut ist. Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
beide Pole ständig aneinander anliegen und daß bei der Ein- oder Ausschaltung der
Erregerspule des Elektromagneten die Kupplung bzw. Entkupplung ohne gegenseitige
axiale Bewegung der Pole und damit- schlupffrei erfolgt. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung
ist, daß der jeder mechanischen Kupplung anhaftende Kuppelfehler
vermieden ist, da der Magnetfluß sofort wirksam wird. Man kann diesen Magnetfluß
so bemessen, daß er einesteils genügend stark ist, um die Schaltfunktion ohne Zeitfehler
durchzuführen, daß er aber anderenteils auch erlaubt, daß nach erfolgtem Zeitablauf
bei weiter angeregtem Relais, d. h. bei weiterlaufendem Motor, eine Drehbewegung
des die eine Polhälfte bildenden Zeitgliedes gegenüber dem die andere Polhälfte
bildenden Zeitschaltglied erfolgen kann. Der magnetische Kraftschluß bleibt also
bis zur Entregung des Relais in Funktion. Nach der Entregung werden das Zeitablaufglied
und die mit diesem fest verbundene Polhälfte durch eine Rückholfeder auf seinen
Einstellwert zurückgeführt.
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Die bei diesen Vorgängen auftretende mechanische Beanspruchung der
Polflächen kann man auf verschiedene Weise beheben. Einmal, daß man einen Luftspalt
zwischen den Polflächen vorsieht. Dieser würde aber einen bedeutenden Verlust an
Betätigungskraft verursachen, da der Abfall der magnetischen Energie quadratisch
mit der Entfernung erfolgt. Zum anderen würde eine Einhaltung eines Luftspaltes
bei der Fertigung der Kupplungen erhebliche Aufwendungen verursachen.
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Zweckmäßig wird diese Aufgabe so gelöst, daß wenigstens einer der
beiden Pole mit einem abriebfesten, magnetisch neutralen Material überzogen ist.
Damit ist erreicht, daß die Polflächen in einer definierten Entfernung gehalten
werden und gleichzeitig die Reibung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die Behandlung
der Polfläche bzw. Polflächen kann mechanisch oder auch galvanisch erfolgen. Die
mechanische Behandlung kann durch beispielsweises Einfügen von Feststoffschmiermitteln,
wie z. B. Graphit, Molybdändisulfid oder ähnlichen Substanzen, erfolgen, während
für die galvanische Behandlung vorzugsweise ein Hartmetallniederschlag, beispielsweise
aus Chrom, Tantal oder Titan, Verwendung finden kann.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das
Relais eine zentrisch angeordnete, die Pole des Elektromagneten durchdringende,
sämtliche Bauteile in Hintereinanderanordnung aufnehmende Achse für die Zeitbereichsumschaltung
besitzt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das gesamte Relais mit allen seinen
Konstruktionsteilen eine gemeinsame Mittelachse besitzt, um die sämtliche Bauteile,
wie beispielsweise die Mechanik der Zeiteinstellung, das Zeitablauf- mit Zeitschaltglied,
die Polhälften, die Erregerspule, der Antriebsmotor für das Zeitglied, etwa erforderliche
Getriebe u. dgl., orientiert sind. Diese gemeinsame Anordnung aller Bauteile um
eine einzige Mittelachse erleichtert einerseits den Zusammenbau des Relais und die
nachträgliche Anfügung und Vervollständigung durch bestimmte Bauteile, beispielsweise
Getriebe u. dgl.; andererseits gewährleistet sie den Vorteil einer geringen, in
der Ebene der Stirnfläche liegenden Einbaufläche, da durch die Hintereinanderanordnung
auf der gemeinsamen Mittelachse die in der Regel zur freien Verfügung stehende Einbautiefe
ausgenutzt wird.
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Die Zeichnung stellt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Relais mit der Kupplung dar. Der Antriebsmotor 1 mit Getriebe wirkt auf das Zahnrad
2, das die als Buchse ausgebildete Polhälfte 3 trägt. Durch den Motor wird die Buchse
3 über das Getriebe in Umdrehung versetzt. Bei Erregung der Spule 4 des Kupplungsmagneten
wird der Pol 3 mit dem Pol 5 durch den elektromagnetischen Fluß gekoppelt, so daß
beide gemeinsam umlaufen. Der Pols stellt das Zeitablaufglied dar und besitzt zu
diesem Zweck einen Schalthebel 6, der in bekannter Weise einen nicht dargestellten
Kontakt betätigt und bei Entregung über die Rückholfeder 7 in die Ausgangsstellung
zurückbewegt wird. Die zentral liegende Achse 8 durchdringt sämtliche Bauteile des
Relais, auch die Polhälften 3 und 5. Diese Achse 8 dient der Bereichseinstellung,
die mittels des Drehknopfes 9 erfolgt. Der weitere Drehknopf 10 dient der
Zeiteinstellung innerhalb des gewählten Zeitbereichs, wobei der Rücklaufzeiger 11
fest mit dem Zeitablaufglied verbunden ist.