Elektrische Schaltanordnung für gleichstromgespeiste Verbraucher mit einer Selbstinduktion. Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Schaltanordnung für gleichstromgespeiste Ver braucher mit einer Selbstinduktion, wie z. B. den Stromkreis einer elektromagnetischen Kupplung von Kopierwerkzeugmaschinen, wo bei die Erfindung die Beseitigung des ungün stigen Einflusses der erwähnten Selbstinduk tion auf die Geschwindigkeit und Verlässlich- keit der Schaltung des Stromkreises bezweckt.
Die elektromagnetische Kupplung von Ko pierwerkzeugmaschinen wird in üblicher Weise von einem Fühler über einen Steuerschalter beherrscht, dessen Bewegung oft nur 0;03 Mil limeter beträgt. Diese Bewegung wird dann gewöhnlich mittels einer mechanischen Über setzung vervielfacht, so dass sie einige Zehntel millimeter ausmacht, die zur Beherrschung der Kontakte des Steuerschalters im zugehöri gen Stromkreis, allerdings nur bei kleiner Leistung, ausreichen.
Bei grösserer Ausschalt leistung entstehen nämlich in den Stromkrei sen derartiger Verbraucher mit Selbstinduk tion, insbesondere bei deren Ausschaltung, Funken zwischen den Kontakten des zugehö rigen Schalters, und es bildet sich gegebenen falls auch ein elektrischer Lichtbogen, welcher bei einer Spannung über 15 V zwischen den Kontakten auch bei vollausgeschaltetem Schal ter nicht erlöscht, weil der erwähnte Spalt von bloss einigen Zehntelmillimeter zwischen den ausgeschalteten Kontakten zu klein ist. Ausser dem ist es in einem derartigen Falle nicht gut möglich, eine Augenblickswirkung der Kon takte beim Ausschalten vorzusehen und dies ebenfalls in Anbetracht des erwähnten kleinen Spaltes zwischen den Kontakten.
Aus den an geführten Gründen reagiert bei derartigen Vorrichtungen der zugehörige Schalter auf den Impuls des Fühlers nur unverlässlich. Die erwähnten Funkenübersprünge können dann auch nicht durch die bekannte Einschaltung eines Kondensators unterdrückt werden, weil durch diesen die Dauer der Wiedereinschal tung des zugehörigen Schalters verlängert wird.
Da in der Tat die auszuschaltende Lei stung gewöhnlich nicht so klein ist, und wenn eine hinreichende Arbeitsgenauigkeit der Ko pierwerkzeugmaschine erreicht. werden soll, auch wenn der Schalter diese Leistung bis zehn- und mehrmal pro Sekunde schalten muss, wobei das ganze System mit der elektrischen Kupplung mit möglichst geringer Verzögerung von z.
B. 0,003 Sekunden reagieren muss, ist es klar, dass mit den erwähnten Hilfsmitteln eigentlich keine geeignete Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung erzielt werden kann: Um die Verhältnisse zu verbessern, wird bei bekannten Einrichtungen der erwähnte Schalter im Stromkreis der Kupplung von einem Schaltrelais mit kleiner Leistung be herrscht, welches Schaltrelais von einer selb ständigen Gleichstromquelle niedriger Span nung (weniger als 15 V) gespeist wird.
Die Einschaltung des Relais an die Stromquelle des Stromkreises der Kupplung über einen Vorschaltwiderstand wäre nicht vorteilhaft wegen des bedeutenden Spannungsunterschie des in diesen beiden Stromkreisen. Der Kupp lung, die eine verhältnismässig grosse Selbst- induktion aufweist, wird hierbei ein Ohmscher Widerstand vorgeschaltet, um schnellste Ein- schaltiing zu erzielen.
Die Zeit, welche von der Einschaltung des Schalters bis zum Schliessen der Kupplung abläuft, wird von der Anstieg geschwindigkeit des Gleichstromes im Elektro magneten der Kupplung bestimmt und ist be kanntlich von der sogenannten Zeitkonstante v abhängig, d. h.
von dem Verhältnis der Selbst- induktion L der Kupplung zum Ohmschen Widerstand R des zugehörigen Stromkreises, also
EMI0002.0023
Auf diese Weise können grössere Leistungen mit leichten Kontakten bei unbeträchtlicher Bewegung von z. B. 0,4 Millimeter des Kon taktes des zugehörigen Schalters geschaltet werden. Trotzdem hat jedoch dieses Verfahren noch folgende Nachteile: 1.
Verzögerte Reaktion der Kupplung auf die Impulse des Fühlers, weil die Einschaltung des Schalters des Relais und das Schliessen der Kupplung nicht gleichzeitig, sondern nachein ander vor sich geht, und 2. eine besondere Hilfsstromquelle für das Schaltrelais erforderlich ist.
Die Schaltanordnung gemäss der Erfin dung weist keinen der erwähnten Nachteile auf, so dass durch ihre Anwendung auf eine Kopierwerkzeugmaschine eine erhöhte Quali tät und Arbeitsgenauigkeit sowie auch er höhte Leistungsfähigkeit derselben erzielt wird.
Die erfindungsgemässe elektrische Schal- tungsanordnung für gleichstromgespeiste Ver braucher mit einer Selbstinduktion, die unter Wirkung eines Steuerschalters momentan ein- und ausgeschaltet werden soll, wobei der Selbstinduktion zwecks Erziehung einer klei nen Zeitkonstante ein Vorschaltwiderstand seriegeschaltet ist, ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Sericanordnung eines relaisgesteuer ten Hauptschalters und eines weiteren Ohm- sehen Widerstandes im Speisestromkreis der Selbstinduktion angeordnet ist und dass par allel zu dieser Serieanordnung die Serieschal- tung des Steuerschalters und einer den Haupt schalter beherrschenden Relaisspule parallel geschaltet ist.
Auf der beigefügten Zeichnung ist vor allem in Fig. 1 zum Vergleich ein Schalt schema z. B. einer elektromagnetischen Kupp lung einer Kopierwerkzeugmaschine veran schaulicht, wie dieses bisher angewendet wird und wie es oben beschrieben wurde, und in Fig.2 ist dann ein Schema eines Schaltbei spiels des Schaltkreises einer derartigen Kupp lung gemäss der Erfindung abgebildet.
In Fig. 1 ist der Hauptkreis der elektro magnetischen Kupplung mit starken Linien und der Nebenkreis des Schaltrelais mit schwa chen Linien eingezeichnet. Im ersten Kreis bedeutet 1 die Speisebatterie, 2 den Ohmschen Vorschaltwiderstand, 3 die elektromagnetische Kupplung als Selbstinduktion und 4 den durch ein Hilfsrelais gesteuerten Hauptschal ter.
Der selbständige Nebenkreis des Hilfs relais besteht aus der Relaisspule 5, die den Relaisanker 6 beherrscht, welcher mechanisch mit dem beweglichen Kontakt des Hauptschal ters 4 verbunden ist, weiter ans einem Steuer schalter 7, der von einem nicht mehr einge zeichneten Fühler beherrscht wird und schliess lich aus einer Batterie B. Die Wirkungsweise eines derartigen Kreises ergibt sich aus dem bereits Angeführten.
In Fig.2, in welcher das Schaltschema eines Stromkreises gemäss der Erfindung ver anschaulicht ist, sind die gleichartigen Be standteile 1.-7 mit denselben Zahlen bezeich net wie in Fig.1. Zum Unterschied von dem Fall gemäss Fig.1 ist jedoch im Stromkreis der elektromagnetischen Kupplung 3 (Selbst induktion) noch ein weiterer Ohmscher Wider stand 9 eingelegt, und der Stromkreis- des Hilfsschaltrelais, welcher in Fig.2 ebenfalls mit schwächeren Linien angedeutet ist, ist in diesem Falle parallel zu dem erwähnten Wider-, stand 9 und zum Hauptschalter 4 angeschlos sen,
wobei dieser Nebenkreis das Relais ledig lich aus der Relaisspule 5 und aus dem von dem nichteingezeichneten Fühler beherrschten Steuerschalter 7 besteht.
Die Anordnung gemäss Fig. 2 wirkt in fol gender Weise: Wenn beide Sehalter 4 und 7 ausgeschaltet sind, besteht an ihren Kontakten die volle Gleichstromspannung von -z. B. 110 V der Quelle 1. Durch eine Hebelübersetzung wird die Bewegung des Fühlers einer Kopierwerk zeugmaschine auf den Kontakt des Steuer schalters 7 übertragen, welcher nach Zurück- legung einer Bahn von einigen Zehntelmilli meter den Stromkreis schliesst, welcher aus der Quelle 1, der Relaisspule 5, der elektromagne- tischen Kupplung 3 und dem Ohmschen Wi derstand 2 besteht.
Der durch diesen Kreis dann fliessende Strom bewirkt das gleichzeitige Schliessen der Kupplung 3 und Einschaltung des Haupt schalters 4. Der Ohmsche Widerstand 2 ist so gross gewählt, dass die Zeitkonstante des Stromkreises so klein als möglich ausfällt, das heisst, dass die Einschaltung des Schalters 4 als auch das gleichzeitige Schliessen der Kupp lung 3 in möglichst kurzer Zeit erfolgt.
Sobald der Schalter 4 eingeschaltet ist, verteilt sich der Strom aus der Batterie 1 in den zugehö rigen Teil des Hauptkreises der Kupplung 3 und in den Nebenkreis der Relaisspule 5 -und dies im umgekehrten Verhältnis des Ohmschen Widerstandes 9 zum Ohmschen Widerstand der Spule 5, welche Widerstände mit Vorteil so gewählt sind,
dass durch den ersten Kreis etwa 90 % des Stromes und durch den zweiten etwa bloss 10% hindurchfliesst. Dieser Strom durch die Relaisspule 5 ist für die Schaffung eines so starken magnetischen Feldes ausrei chend, dass die Kontakte des Schalters 4 mit ausreichendem Druck in Berührung gehalten werden.
Beim Ausschalten hat dann der von dem Fühler beherrschte Steuerschalter 7 lediglich den kleinen Strom (die erwähnten etwa 10% des Gesamtstromes) bei einer Spannung von weniger als 15 V entsprechend dem Span- nungsabfall am Widerstand 9 abzuschalten.
Es entstehen deshalb in diesem Falle keine Fun ken zwischen den Kontakten des Schalters 7, und auch kein Lichtbogen wird gebildet, weil die Selbstinduktion dieses Stromkreises klein ist. Der Strom im Hauptkreis der Kupplung, welcher aus den angeführten etwa 901/o des Gesamtstromes besteht, wird durch den Schal ter 4 abgeschaltet, welcher mit hinreichend di mensionierten Kontakten versehen ist, die ge nügend weit und mit Augenblickswirkung von einander entfernt werden,
so dass der un günstige Einfluss der Selbstinduktion im Stromkreis der Kupplung nicht mehr so schäd lich zum Vorschein treten kann.
Wie ersichtlich, wird die Kupplung 3 durch Einschaltung des von dem Fühler be= herrschten Schalters 7 in Tätigkeit gesetzt, wo gegen die Lösung der Kupplung durch Unter brechung des Stromkreises der Kupplung durch den Schalter 4 erfolgt. Der Umstand, dass durch die verhältnismässig kleine Spule 5 des Relais zu Beginn der Einschaltung ein verhältnismässig grösserer Strom des Haupt- stromkreises der Kupplung hindurchfliesst, ist im Wesen unschädlich, weil die Dauer dieses Stromes sehr kurz ist.
Bereits nach etwa 0,003 Sekunden sinkt die Spannung in dem die Spule 5 enthaltenden Nebenkreis des Schaltrelais infolge der Einschaltung des Schalters 4 auf die durch den Spannungs abfall am Widerstand 9 gegebene Spannung von z. B. weniger als 15 V,, und dadurch sinkt auch in dem erwähnten Nebenkreis der Strom im gleichen Verhältnis, so dass auch der ver hältnismässig starke Anfangsstrom die Spule 5 nicht beschädigen kann.
Es ist klar, dass die beschriebene Schalt anordnung unter den angedeuteten Umstän den leicht und einfach sämtliche eingangs er wähnten Anforderungen erfüllen kann. Die Anwendung der Schaltanordnung gemäss der Erfindung ist allerdings nicht nur auf eine elektrische Kupplung beschränkt, wie beschrie ben wurde, sondern ist ebenso gut auch in allen Fällen anwendbar, wo es notwendig ist, sehr oft Stromkreise von Verbrauchern zu be herrschen, die eine Selbstinduktion enthalten.