DE2063799A1 - Elektrisches Zeitglied zum verzögerten Betätigen eines Schalters - Google Patents

Description

2 3. ÜEZ. 1970

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Berlin "und München Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: VPA 70/3304 Ml/An

Elektrisches Zeitglied zum verzögerten Betätigen eines Schalters

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Zeitglied zum verzögerten Betätigen eines Schalters.

Bei einem bekannten elektrischen Zeitglied v/ird der Schalter über ein mit einem Synchronmotor gekuppeltes Getriebe betätigt. Die Verzögerungszeit hängt dabei von dem Untersetzungsverhältnis des Getriebes ab. Ein solches Untersetzungsgetriebe einschließlich des Synchronmotors ist aufwendig und beansprucht viel Platz. Um bei einem solchen Zeitglied einen bestimmten Zeitbereich zu überstreichen, muß das Untersetzungsverhältnis durch Zu- oder Wegschalten von weiteren Getrieberädern verändert werden. Weiterhin sind elektronische Zeitglieder bekannt, durch die eine elektromagnetische Schalteinrichtung gesteuert wird. Hierbei ist von Nachteil, daß für die Betätigung der Schalteinrichtung elektrische Energie erforderlich ist, die häufig von einer gesonderten Energiequelle geliefert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Zeitglied zum verzögerten Betätigen eines Schalters zu schaffen, das ohne Antriebsmotor und ein durch diesen betätigtes Untersetzungsgetriebe und ferner auch ohne eine elektromagnetische Schalteinrichtung auskommt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß als Zsitglied ein sich unter dem Einfluß einer elektrischen Spannung verformender, an einen elektrischen Stoucr-

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kreis angeschlossener piezoelektrischer Körper' zwischen mindestens einem gerätefesten Widerlager und einem Betätigungsorgan des gerätefesten Schalters angeordnet ist.

Eine bevorzugte Ausführungsforra nach der Erfindung "besteht darin, daß das Zeitglied aus einem "biegsamen streifenförmigen piezoelektrischen Körper besteht. Das Einstellen de3 Zeitgliedes und die Montage desselben v/ird dadurch vereinfacht, daß die Enden des streifenförmigen Körpers in Kerben des justierbar ausgeführten Widerlagers und des Betätigungsorgans gelagert sind. Es kann auch vorteilhaft sein, den streifenförmigen Körper zwischen zwei geräte b festen Widerlagern abzustützen und das Betätigungsorgan dem zwischen den Widerlagern verlaufenden Teil des streifenförmigen Körpers gegenüberstehend anzuordnen. Ein besonders einfaches Zeitglied ergibt sich in vorteilhafter Weise dadurch, daß der streifenförmige Körper ein bilaminares, piezokeramisch.es Biegeelement ist, dessen Elektroden an einen von einer Gleichspannungöquelle gespeisten RC-Steuerkreis angeschlossen sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich ein abfallverzögertes Zeitglied dadurch, daß das Biegeäement zu einem Parallel-RG-Glied parallelgeschaltet ist und ein anzugverzögertes Zeitglied dadurch, daß das Biegeelement mit einem Kondensator parallelgeschaltet und die Parallelschaltung einerseits direkt an P den ersten Pol der Gleichspannungsquelle und andererseits über einen gemeinsamen Reihenwiderstand an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, daß ferner zu dem Kondensator und dem Biegeelement die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors parallelgeschaltet und die Basis des Transistors einerseits über einen Basiswiderstand mit dem ersten Pol und andererseits direkt mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Ein weiteres anzugverzögertes Zeitglied besteht darin, daß zu einem an den beiden Polen der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Festwiderstand ein Serien-RC-Glied parallelgeschaltet ist, zu dessen Widerstand eine Diode in Sperr-

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richtung und zu dessen Kondensator das Biegeelement parallelgeschaltet ist und "bei dem der Widerstandswert des Widerstandes sehr viel größer ist als der Widerstandswert des Pestwiderstandes.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es seigt;

Fig. 1 den mechanischen Aufbau eines Zeitgliedes mit einem zwischen einem gerätefesten Widerlager und dem Betätigungsorgan eines Schalters angeordneten streifenförmigen piezoelektrischen Körper,

Fig. 2 den mechanischen Aufbau eines Zeitgliedes mit einem an zv/ei gerätefesten Widerlager abgestützten streifenförmigen piezoelektrischen Körper,

Fig. 3 eine elektrische Schaltungsanordnung für ein abfallversögertes Zeitglied nach der Erfindung,

Fig. 4 eine elektrische Schaltungsanordnung für ein anzugverzögertes Zeitglied nach der Erfindung,

Fig. 5 eine weitere Schaltungsanordnung für ein anzugverzögertes Zeitglied nach der Erfindung.

In Fig. Λ ist an einem. Gehäuse 1 ein mit einem Betätigungsorgan versehener Schalter 3 befestigt. Auf der dem Schalter gegenüberliegenden Seite v/eist das Gehäuse einen Ansatz 4 auf, in dem ein aus einer Justierschraube 6 und einem Zwischenglied 6a gebildetes, axial justierbares Widerlager 5 angeordnet ist. Auf der der Justierschraube algewandten Seite weist das Zwischenglied 6a eine Kerbe 7 auf. Desgleichen ist im Betätigungsorgan 2 eine Kerbe 8 vorgesehen. Zwischen dem Zwischenglied und dem Betätigungsorgan des Schalters 3 ist ein sich in den beiden Kerben abstützendes, bilamirtares, piczokeramisches Bicgeelement 9 angeordnet, dessen Elektroden 10 und 11 mit entsprechenden Anschlüssen einer an Gehäuse angebrachten und die elektrischen Schaltungselemente enthaltenden Leiterplatte 12 verbunden sind. Die Leiterplatte ist in

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der Zeichnung nur schematiseh angedeutet. Ein bilaminares Biegeelement besteht aus zwei entgegengesetzt polarisierten Elementen, die beim Anlegen einer Gleichspannung sich in entgegengesetzter Richtung verformen, so daß eine große Auslenkung des Biegeelementes eintritt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 ist das Biegeelement 9 an zwei gerätefesten Widerlagern 5a und 5b abgestützt."Das Betätigungsorgan 2 des Sehalters 3 ist dem zwischen den beiden Widerlagern 5a und 5b verlaufenden Teil des Biegeelementes 9 gegenüberstehend angeordnet. Die Elektroden 10 und 11 sind wiederum mit den entsprechenden Anschlüssen der Leiterplatte 12 verbunden. Zur leichteren Einstellung des Schaltpunktes ist zweckmäßigerweise das eine der beiden Widerlager in Parallelrichtung zum Biegeelement verstellbar ausgeführt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten elektrischen Schaltung für ein abfallverzögertes Zeitglied ist das Biegeelement 9 mit seinen Elektroden 10 und 11 an die Gleichspannungspole einer mit ihren Wechselspannungspolen an einem Spannungsteiler R1, R2 liegenden Gleichrichterbrücke G1 angeschlossen. Zu dem piezokeramischen Biegeelement 9 ist ein aus einem Kondensator 02 und einem einstellbaren Widerstand R3 bestehendes Parallel-RC-Glied parallelgeschaltet.

In S¹Ig. 4 ist eine Gleichrichterbrücke G2 wiederum mit ihren Wechselspannungspolen an einen aus den Teilwiderständen R10 und R11 bestehenden Spannungsteiler angeschlossen. Das Biegeelement ist mit seiner Elektrode 10 direkt an den Pluspol der GIeichrichterbrücke angeschlossen. Ebenfalls ist ein Kondensator C10 mit seinem einen Anschlußpol direkt mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle verbunden. Mit seiner Elektrode 11 ist das Biegeelement 9 mit dem anderen Anschlußpol des Kondensators ClO'und über einen gemeinsamen-Reihenwiderstand R12 mit dem Minuspol der Gleichrichterbrücke G2 verbunden. Zu der Parallelschaltung des Bi.ege element es 9 und des Kondensators C10 liegt ferner die Kollektor-Emitter-Strecke

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eines Transistors T1 parallel. Die Basis dieses Transistors T1 ist über einen Basiswiderstand R13 mit dem Pluspol und direkt mit dem Minuspol der Gleiehriehterbrücke G2 verbunden.

Eine weitere Schaltungsanordnung für ein Zeitglied nach der Erfindung ist in Pig. 5 dargestellt. Ein Pestwiderstand R20 ist an den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Zu diesem Pestwiderstand E20 ist ein Serien-RG-Glied R30, C20 parallelgeschaltet, zu dessen Widerstand R30 wiederum eine Diode D und zu dessen Kondensator C20 das Biegeelement 9 parallelgesehaltet ist. . *

Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie in ihrem grundsätzlichen Aufbau sowohl für ein anzug- als auch ein abfallverzögertes Zeitglied gleich ist. Die Darstellung in Fig. 5 gilt für ein anzugverzögertes Zeitglied. Soll das Zeitglied abfallverzögert schalten, müssen lediglich der Pestwiderstand R20 und der Widerstand R30 untereinander vertauscht werden. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe eines Umschalters erfolgen, so daß mit dieser Schaltungsanordnung das Zeitglied je nach Wunsch abfall- oder anzugverzögert verwendet werden kann. Der Umschalter kann eingespart werden, wenn der Pestwiderstand R20 mit dem Minuspol und der·Widerstand R30 mit dem Kondensator C20 jeweils über eine lösbare Klemmverbindung verbunden ist. Durch Vertauschen der beiden Widerstandsanschlüsse wird dann auch die entsprachende Umschaltung des Zeitgliedes erreicht.

Das Zeitglied nach der Erfindung arbeitet wie folgt:

Werden die Elektroden 10 und 11 des Biegeelementes 9 an eine Gleichspannung gelegt, verformt sich das Biegeelement und betätigt hierdurch den Schalter 3 über dessen Betätigungsorgan 2. Beim Abschalten der Gleichspannung nimmt das Biegeelement wieder seine ursprüngliche Porin an, so daß auch bei der Rückverformung ein Schaltbefehl ausgelöst wird, wenn der Schalter 3 zveckmäßigerweiüe als Umschalter aufgeführt ist.

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Wird, an die Schaltung nach Fig. 3 eine Wechselspannung an den Spannungsteiler R1, E2 gelegt, lädt sich das außerdem als Kondensator wirkende Biegeelement 9 auf und verformt sich entsprechend. Gleichzeitig wird auch der Kondensator C2 des Parallel-RC-Gliedes aufgeladen. Wird iiunmelir die Wechselspannung abgeschaltet, entlädt sich das Biegeelement uncL-der Kondensator C2 über den einstellbaren Widerstand R3 entsprechend der Zeitkonstante des Kreises. Mit dem Entladen des Biegeelementes beginnt auch die Rüekverformung desselben. Sobald ein bestimmter Weg bei der Rüekverformung zurückgelegt ist, wird der Schalter 3 betätigt und somit ein Schaltbefehl ausgelöst. Durch Verstellen des einstellbaren Widerstandes R3 kann die Abfallverzögerung eingestellt werden.

Bei der Schaltung nach Pig. 4 lädt sich das Biegeelement 9 und der Kondensator C10 entsprechend der durch den gemeinsamen Reihenwiderstand R12 bestimmten Zeitkonstanten auf. Entsprechend der Aufladung verformt sich wiederum das Biegeelement 9 und löst nach einer bestimmten Zeit einen Schaltbefehl aus. Durch Verstellen des Teilwiderstandes R10 des Spannungsteilers R10/R11 wird die Höhe der Spannung verändert und damit auch die Anzugsverzögerung des Zeitgliedes. Wird das Zeitglied abgeschaltet, setzt zunächst eine Entladung des Biegeeleiaentes und des Kondensators CIO über den Basiswiderstand R13 und den gemeinsamen Reihenwiderstand R12 ein. Der vom Entladestrom am gemeinsamen Reihenwiderstand R12 erzeugte Spannungsabfall hebt das Potential an der Basis des Transistors T1 an, so daß der Transistor leitend wird und das Biegeelement und den Kondensator 010 kurzschließt. Auf diese Weise wird eine schnelle Wiedereinschaltbereitschaft des Zeitgliedes erreicht.

Bei dem Ze it glied nach Pig. 5 v/erden der Kondensator C20 und das Biegeelement 9 über den Widerstand R30 aufgeladen. Nach Erreichen einer bestimmten Aufladung hat sich das Biegeelement soweit verformt, daß es über den Schalter 3 einen Öchaltbefehl auslöst. Beim Abschalten des Zeitgliedes entlädt sich der Kondensator C20 und das Biegeelement 9 über die Diode D und den Pestwiderstand R20. Da der Widerstandswert des Pestwiderstandes R20 sehr viel kleiner

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als der Widerstandswert des Widerstandes R3O ist, erfolgt die Entladung mit einer entsprechend kleineren Zeitkonstante.

Werden der Festwiderstand R20 und der Widerstand R30 untereinander vertauscht, so ergibt sich eine kleine Eeitkonstante für die Aufladung, jedoch eine entsprechend große Eeitkonstante für die Entladung, so daß hierdurch ein verzögertes Abschalten erreicht wird. Damit kann ein mit dieser Schaltungsanordnung versehenes Zeitglied in einfacher V/eise von anzugverzögert auf abfallverzögert umgestellt werden.

Aus der Bedingung, daß der Widerstandswert des Widerstandes R30 sehr viel größer sein soll als der Widerstandswert des Pestwiderstandes E2O, ergibt sich, daß auch die Zeitkonstanten für des- Auf- und Entladen des Kondensators und des Biegeelementes entsprechend unterschiedlich groß sind. Eei einem anzugverzögerten Seitglied ist somit die Aufladezeitkonstante T1, die gleich dem Produkt des Widerstandswertes des Widerstandes R30 und des Kapazitätswertes des Kondensators C2O ist, sehr viel größer als die Entladezeitkonstante T2, die sich aus dem Produkt des Widerstandswertes des Pestwiderstandes und des Kapazitätswertes des Kondensators C20 ergibt. Arbeitet das Zeitglied abfallverzögert, wirkt T1 als Entlade- und T2 als Aufladezeitkonstante.

Wenn die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 an die Gleichspannungspole einer von einer Wechselspannung gespeisten Gleichrichterbrücke angeschlossen wird, soll außerdem die Zeitkonstante T2 sehr viel größer sein als der reziproke Wert der zweifachen Frequenz der Wechselspannung, um ein zu starkes Entladen des Kondensators 020 und des Biegeelementes 9 zu vermeiden, wenn der Augenblickswert der welligen Gleichspannung unter dem Wert der Spannung am Kondensator G20 und am Bie^oelement 9 liegt.

10 Patentansprüche
5 Fig.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   lektrisches Zeitglied zum verzögerten Betätigen eines Schalters, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein sich unter dem Einfluß einer elektrischen Spannung verformender, an einen elektrischen Steuerkreis angeschlossener, piezoelektrischer Körper (9) zwischen mindestens einem geräte.festen Widerlager (5) und einem Betätigungsorgan (2) des gerätefesten Schalters (3) angeordnet ist.

   W 2, Zeitglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied aus einem biegsamen, streifenförmigen piezoelektrischen Körper (9) besteht.

   3. Zeitglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des streifenförmigen Körpers (9) in Kerben (7,8) des justierbar ausgeführten Widerlagers (5) und des Betätigungsorgans (2) gelagert sind.

   4. Zeitglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Körper an zwei gerätefesten Widerlagern abgestützt und das Betätigungsorgan dem zwischen den Widerlagern

   k verlaufenden Teil des streifenförmigen Körpers gegenüberstehend angeordnet ist.

   5. Zeitglied nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Körper ein bilaminares, piezoelektrisches Biegeelement.(9) ist, dessen Elektroden (10,11) an einen von einer-Gleichspannungsquelle (G1,G2) gespeisten RC-Steuerkreis angeschlossen sind.

   6. Zeitglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelerant (9) zu einem Parallel-RC-Glied (C2,R3) parallelgeschaltet ist.

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   7» Ze 11;glied nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R3 ) des EC-Gliedes einstellbar ist.

   8. Zeitglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement (9) mit einem Kondensator (C10) parallelgeschaltet und die Parallelschaltung einerseits direkt an den ersten Pol (+) der Gleichspannungsquelle und andererseits über einen gemeinsamen Reihenwiderstand (R12) an (fen zweiten Pol (-) der Gleichspannungsquelle angeschlossen i3t, daß ferner zu dem Kondensator (C10) und dem Biegeelement (9) die Kollektor-Smitter-Strecke eines Transistors (T1) parallelgeschaltet und die Basis des Transistors einerseits über einen Basiswiderstand (R13) mit dam ersten Pol (+) und andererseits direkt mit dem zweiten Pol (-) der Gleichspannr.ngsquelle verbunden ist.

   9. Zeitglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung (9,C10) zusammen mit dem Reihenwiderstand (R12) mit den Gleichspannungspolen einer wechselstromseitig an einen Spannungsteiler (R10,R11) angeschlossenen Gleichrichterbrücke (G2) verbunden ist.

   10. Zeitglied nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,daß der Spannungsteiler (R1O,R11) einstellbar ist.

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