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Resonanzrelais
Für verschiedene Aufgaben der Steuertechnik werden Relais benötigt, die in der Lage sind, Signale verschiedener Frequenzen zu unterscheiden und nur auf eine bestimmte Frequenz anzusprechen. Bekannte Ausführungen derartiger Resonanzrelais bestehen aus einer federnden Zunge oder einer Stimmgabel, die durch die Erregerwicklung eines Elektromagnetsystems zum Schwingen gebracht wird, wenn die Frequenz des Erregerstroms der Eigenfrequenz der Zunge oder Stimmgabel entspricht. Für die weitere Schaltbetätigung sind ein oder mehrere Federkontakt vorgesehen, welche durch die Bewegung des schwingenden Elements imRhythmus der Betriebsfrequenz des Resonanzrelais geöffnet bzw. geschlossen werden.
Wegen Temperatureinflüssen, der Alterung oder eines möglichen Abstimmfehlers soll die Ansprechfrequenz eines Resonanzrelais nicht genau auf einem bestimmten Wert liegen, sondern soll bei gegebenen Betriebsverhältnissen eine bestimmte Mindestbandbreite aufweisen. Durch die meist spitze Form der Resonanzkurve ist jedoch innerhalb der zugelassenen Bandbreite die erforderliche Ansprechleistung sehr verschieden. Bei Frequenzen, die den Resonanzspitzen entsprechen, ist dadurch eine hohe Empfindlichkeit vorhanden, die das Relais möglicherweise auch bei Störungen, insbesondere durch Kombinationstöne, ansprechen lässt. Um dieser Gefahr vorzubeugen, ist es vorteilhaft, wenn die Frequenzkurve des Resonanzrelais bei genügender Selektivität gegenüber dem Nachbarkanal keine ausgeprägte Resonanzspitze aufweist.
Bei einem Resonanzrelais mit einer einzigen, durch einen Dauermagneten polarisierten und von einem Elektromagneten mit weitgehend geschlossenem Eisenkern angeregten Resonanzfeder lässt sich das erstrebte Ziel dadurch erreichen, dass der Eisenkern des Elektromagnetsystems einen verkleinerten Querschnitt derartiger Bemessung aufweist, dass beim Erreichen der Ansprecherregung des Systems die Sättigung des Eisenkerns beginnt und dass dem frei schwingenden Ende der Resonanzfeder Prallfläche in solchem Abstand gegenüberstehen, dass durch die Federschwingungen dämpfende Luftwirkungen entstehen.
Es soll also für den Eisenkern ein Querschnitt gewählt werden, der üblicherweise nicht in Frage kommt. Es wird zwar dabei bewusst eine gewisse Herabsetzung des Gesamtwirkungsgrades des Resonanzrelais in Kauf genommen, doch nur dadurch ist es möglich, ein Relais mit annähernd bandfilterartiger Ansprechkurve zu erhalten. Eine ausgeprägte Resonanzspitze bleibt aber, falls nur diese Massnahme angewendet wird, erhalten und damit würde trotz erhöhter Selektivität gegenüber den Nachbarfrequenzen eine erhebliche Störempfindlichkeit bestehen bleiben. Neben der Sättigung des Eisenkerns ist daher zum Erreichen einer optimalen Wirkung noch eine gesonderte Luftdämpfung des schwingenden Systems durch an den frei schwingenden Enden der Feder angebrachte Prallfläche notwendig.
Gegenüber mechanischen Dämpfungssystemen ergibt sich bei der Luftdämpfung der Vorteil, dass dabei der Dämpfungsgrad von der Auslenkgeschwindigkeit abhängig ist und nicht von der Auslenkgrösse. Beim Anschwingen der Resonanzfeder ist also praktisch keine dämpfende Wirkung vorhanden, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Resonanzrelais gemäss der Erfindung relativ gross ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen : Fig. l die schematische Darstellung des Resonanzrelais, Fig. la eine andere Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung sowie der Kontaktanordnung, Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.
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Die schwingende Zunge Z ist zusammen mit dem Dauermagneten D auf einem gemeinsamen Träger T befestigt. Die Zunge Z führt dabei den Dduerfluss des Dauermagneten D in die Arbeitsluftspalte L und 1. Dem Dauerfluss überlagert sich der von der Erregerspule S erzeugte Steuerfluss und dieser bewirkt, wenn die Frequenz des Steuerflusses der Eigenfrequenz der Zunge Z entspricht, ihre Anregung. Der zangenartig ausgeführte Eisenkern E besteht aus hochpermeablem Material und besitzt einen relativ geringen Querschnitt. Dadurch ist es möglich, bei einer Erregerleistung, die nur wenig über der Betriebserregerleistung liegt, eine Sättigung des Eisenkerns E zu erreichen. Vor Eintritt der Sättigung ift der magnetische Widerstand des Erregerkreises jedoch klein.
Für das Arbeiten der schwingenden Zunge bedeutet dies, dass ausserhalb einer vorgegebenen Bandbreite die erforderliche Erregerleistung wesentlich höher sein muss als ohne gesättigten Eisenkern.
Um bei der Frequenzkurve die unerwünschte Resonanzspitze zu vermeiden, ist im Bereich des frei schwingenden Endes der Zunge Z eine durch den Winkel W gebildete Luftdämpfung vorgesehen. Der Win- kel W ist so angeordnet, dass die Zunge Z beim Ausschwingen diesen gerade nicht berührt. Durch die Luftdämpfung verläuft die Ansprechkurve in der Umgebung der Resonanzfrequenz wesentlich flacher und damit wird eine gewisse Annäherung an die Kurvenform eines Bandfilters erzielt. Soll die dämpfende Wirkung noch erhöht werden, so können gemäss Fig. la zwei Winkel W vorgesehen werden, zwischen denen die Zunge Z frei schwingt.
Einen Vergleich der Ansprechkurve zwischen einem Resonanzrelais üblicher Ausführung und einem Relais gemäss vorliegender Erfindung zeigt Fig. 2. Die gestrichelt gezeichnete Ansprechkurve N1 gibt den Verlauf der Ansprecherregerleistung N bei bekannten Resonanzrelais wieder und zeigt die scharfe Resonanzspitze bei der Frequenz fR. Bei einer Frequenzänderung in Richtung +f oder-f steigt die erforderliche Ansprechleistung dann steil an. Demgegenüber hat die Ansprechkurve N2, deren Verlauf durch die erfindungsgemässe Sättigung des Eisenkerns und eine zusätzlich angebrachte und auf die schwingende Zunge Z wirkende Dämpfung beeinflusst wurde, einen innerhalb der angenommenen Mindestbandbreite b wesentlich flacheren Verlauf und steigt dann aus Gründen der einsetzenden Sättigung wesentlich steiler an, da die Erregerkraft trotz steigender Erregerleistung fast konstant bleibt.
Der Erregerkreis wird dabei so dimensioniert, dass die Sättigung bereits dann einsetzt, wenn die Erregerleistung den Ansprechwert um Geringes überschreitet.
Die Betätigung der Kontaktanordnung K durch die schwingende Zunge Z erfolgt über die an einem Ende eingespannte Feder F, die gegen die Gegenlage G vorgespannt ist. Beim Ausschwingen der Zunge Z bis zur Kontaktgabe kann sich die Feder F von der Gegenlage G abheben, damit die Schwingung nicht unterbrochen wird. Statt einer einseitig angeordnetenKontaktanordnung können auch, wie in Fig. la schematisch dargestellt, zwei Federn FI und F2 symmetrisch zur schwingenden Zunge Z angeordnet werden.
Die Zeit der Impulsgabe wird damit für die nachgeordnete Schaltanordnung vergrössert, da nunmehr bei jeder Halbschwingung ein Schliessen des Stromkreises erfolgt.
Das auf dem Träger T befestigte schwingende System ist mit einer federnden Aufhängung A gegen einen festen Rahmen verspannt angeordnet. Die Masse des Trägers T und die Aufhängefederung A sind dabei so gewählt, dass die Eigenfrequenz nur einen Bruchteil der Betriebsfrequenz des schwingenden Systems beträgt.