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Kontaktwechselrichter zur Verwendung im Eingangskreis von Gleichspannungs- und Gleichstromverstärkern Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktwechselrichter, der im Eingangskreis von Gleichspan- nungs- oder Gleichstromverstärkern verwendet werden soll. Die Aufgabe derartiger Kontaktwechselrich- ter besteht darin, die zu verstärkende Gleichspannung zu zerhacken, damit sie dann in Wechselspannung umgeformt, in einer nachfolgenden Röhrenschaltung verstärkt werden kann.
Solche Verstärker weisen aber, insbesondere in den extrem empfindlichen Mess- bereichen, Nullpunktfehler auf, die dadurch in Erscheinung treten, d'ass am Ausgang des Verstärkers auch dann eine Spannung vorhanden ist, wenn am Eingang die Messgrösse einen Nullwert aufweist. Nullpunktfehler des Verstärkers haben in vielen Fällen ihre Ursache in der induktiven oder kapazitiven Einstreuung des Erregerkreises bzw. eines Fremdfeldes auf den Kontaktkreis des Messzerhackers. Oft sind auch Thermo- und Kontaktspannungen für diese Störeinflüsse verantwortlich.
Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie diese Störeinflüsse weitgehend beseitigt werden können. Dies wird dadurch ermöglicht, indem erfindungsgemäss das Antriebssystem einen senkrecht zu den Polschuhflächen des Erregerkreises polarisierten Dauermagnetanker aufweist, der zwischen den Polschuhen derart an einer unmagnetischen Schwingfeder befestigt ist, dass sich der Dauermagnetanker im Ruhezustand ausserhalb der Steuerflussmitte befindet und seine betriebsmässige Bewegungsrichtung senkrecht zur Richtung des Steuerflusses verläuft.
Die Anordnung kann dadurch noch verbessert werden, dass man einen aus zwei entgegengesetzt polarisierten Einzelmagneten bestehenden Anker wählt. Statt zweier Einzelmagnete iässt sich der Anker naturgemäss auch als entsprechend gepolter Doppelmagnet ausbilden. Um dem Ziel der Ausschaltung von Stör- spannungen möglichst nahe zu kommen, können die von der Schwingfeder unmittelbar betätigten Kontaktfedern schleifenförmig ausgebildet sein und mit den geradlinig ausgebildeten Gegenkontaktfedern zwei gleich grosse umschlossene Flächen bilden.
Diese Flächen sind räumlich derart orientiert, d'ass sie im Sinne einer Kompensierung der in dem Kontaktkreis eingestreuten Störspannungen wirksam sind. Da bei einer magnetischen Einstreuung des Erregerkreises und auch bei einer Fremdeinstreuung in den Kontaktkreis die in diesem induzierte Spannung proportional der von den Kontaktfedern umschlossenen Fläche ist, kommt dieser Anordnung eine besonders grosse Bedeutung zu.
Zur möglichst konstanten Einhaltung der Zeitwerte an den beiden Kontaktfederpaaren des Wechselrichters können je zwei auf die Zeitwerte entgegengesetzt wirkende Abnützungsstellen vorgesehen sein, wobei die von der Schwingfeder unmittelbar betätigten Kontaktfedern an ihren Betätigungsstellen .einen Werkstoff aufweisen, dessen Abnützungsgrad etwa gleich dem der Schaltkontakte gewählt ist.
Auf diese Weise ist es möglich, zu erreichen, dass die Abnützung an den beiden beanspruchten Stellen sich ausgleicht und damit der überlappungszeitgrad konstant bleibt oder langsam ansteigt, auf jeden Fall niemals den Wert Null erreichen wird.
Trotz der dadurch bereits erzielten guten Ent- kopplung von Erreger- und Kontaktkreis empfiehlt es sich, restliche Einstreuungen noch dadurch zu unter- binden, dass das Antriebs- und Kontaktsystem je eine Abschirmhaube aus Weicheisen, insbesondere aus Mu-Metall, aufweist.
Dabei ist es günstig, auf der Schwingfeder ein zusätzliches Abschirmblech anzubringen, um die Eintrittsöffnung der Schwingfeder in die Abschirmhaube des Kontaktsystems abzudek-
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ken. Im übrigen kann das getrennt abgeschirmte Antriebs- und Kontaktsystem gemeinsam in einem vorzugsweise hermetisch abgeschlossenen Gehäuse untergebracht werden.
Die Vorteile des beschriebenen Kontaktwechselrichters liegen im wesentlichen darin, d'ass auf diese Weise Dauer- und Steuerfluss nur auf kleinem Raum begrenzt sind und somit auch die Abschirmung relativ leicht möglich ist. Auf diese Weise kann auch bei verhältnismässig kleiner Ausführung des Wechselrichters eine gute Trennung von Erreger- und Kontaktkreis erreicht werden. Durch die Verwendung eines polarisierten Antriebssystems kann man ferner mit kleinen Erregerleistungen auskommen, so dass auch die magnetische Einstreuenergie des Erregerkreises gering bleibt.
Weitere Merkmale ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Antriebssystems, Fig. la und 1b die Anordnung des zwischen den Polschuhen des Erregerkreises angeordneten Dauermagnetankers und die für die Ankerbewegung massgebende Flussverteilung, Fig. 2 eine vom Antriebssystem gesteuerte Kontaktanordnung des Kontaktwechselrichters im Schnitt.
In der schematischen Darstellung des Antriebssystems gemäss Fig. 1 ist mit 1 der Dauermagnet bezeichnet, der an i. freien Ende einer einseitig eingespannten unmagnetischen Blattfeder 3 angebracht ist und sich zwischen den Polschuhen 2a und 2b des Erregerkreises befindet. Der Dauermagnet 1 ist senkrecht zu den Polschuhflächen polarisiert. Ist der Steuerfluss so gerichtet, dass an dem dem Nordpol des Dauermagneten 1 nahehegenden Polschuh 2a ein Südpol entsteht, so wird, wie in Fig. la gezeigt, der Dauermagnet 1 in den Luftspalt gezogen. Entsteht jedoch an dem Polschuh 2a ein Nordpol, so wird der Dauermagnet 1 aus dem Luftspalt gestossen.
Legt man an die Erregerspule 11 (Fig. 1) eine Wechselspannung, so schwingt der Dauermagnet 1 mit der Erregerfrequenz. Die Schwingfeder 3 betätigt dabei die Kontaktanordnung, die in Fig.2 näher dargestellt ist. Die Ruhelage des Dauermagneten 1 befindet sich etwas ausserhalb der Polschuhmitte. Als Werkstoff für den Dauermagneten kann man vorzugsweise hochkoerzitives Eisen-Barium-Oxyd verwenden. Ein günstiges Verhältnis von Länge zu Durchmesser beträgt beispielsweise 1 : 1; man kann daher den Dauermagneten sehr kurz ausführen.
Eine Verbesserung des Antriebssystems wird erreicht, wenn man anstelle eines einzigen Dauermagneten gemäss Fig. 1 b zwei Magnete verwendet, die entgegengesetzt polarisiert sind. Man kann die beiden Magnete auch durch einen Einzelmagneten ersetzen, der derart ausgebildet ist, dass sich vier Pole ausbilden. Wenn, wie in Fig. 1 b gezeigt, der gestrichelt dargestellte Steuerfluss von rechts nach links gerichtet ist, so wird im oberen Teil des Luftspaltes der ausgezogen dargestellte Dauerfluss verstärkt, im unteren Luftspalt jedoch geschwächt.
Der resultierende Fluss ist daher im oberen Luftspalt grösser und somit auch die Kraft, die auf den Dauermagneten 1 wirkt, deren eine Komponente nach unten gerichtet ist und die Bewegung einleitet. Hat die Schwingfeder 3 die untere Endlage erreicht, dann kehrt sich der Vorgang um. Die zur Bewegungsrichtung senkrecht stehende Komponente zieht den Dauermagneten 1 gegen einen der Polschuhe, wird aber von der gleich grossen Kraft des anderen Polschuhs kompensiert, vorausgesetzt, dass die beiden Luftspalte gleich gross gewählt sind. Sind die Luftspalte nicht völlig gleich, dann tritt allerdings eine zur Bewegungsrichtung senkrechte Kraft auf, die aber von der in dieser Richtung sehr steifen Schwingfeder 3 aufgenommen wird.
Die Kontaktanordnung des Wechselrichters ist in Fig. 2 dargestellt, wobei das diese über die Schwingfeder 3 steuernde Antriebssystem der Einfachheit halber weggelassen wurde. Die Kontaktanordnung ist derart aufgebaut, dass man die Einzelkontakte als überlappungs- und Umschaltkontakte justieren kann. Die Kontaktkraft ist dabei unabhängig von der Amplitude der Schwingfeder. Sie wird lediglich bestimmt durch die Vorspannung der Kontaktfedern 4 und 5. Bei Auslenkung der Schwingfeder 3 nach rechts öffnet der rechte Kontakt und schliesst durch die Vorspannung der Feder 5, wenn die Schwingfeder 3 bei der Rückbewegung von dieser abhebt.
Um zu erreichen, dass sich die durch Störfelder im Kontaktkreis induzierten Spannungen weitgehend kompensieren, sind die Kontaktfedern 4 und 5 S-förmig ausgebildet. Auf diese Weise entstehen je zwei geschlossene Flächen, die entgegengesetzt orientiert sind, so dass sich die im Kontaktsystem induzierte Spannung aufhebt.
Das Kontaktsystem ist im übrigen derart ausgebildet, dass eine konstante Einhaltung der Zeitwerte möglich ist. Durch geeignete Abstimmung des Materials an der Antriebsstelle a der Kontaktfedern 4 bzw. 5 mit dem der Kontakte k kann erreicht werden, dass die Abnutzung an diesen beiden beanspruchten Stellen sich ausgleicht. Auf diese Weise entstehen auch bei Dauerbetrieb ausreichend stabile Kennwerte.
Sowohl das Antriebssystem gemäss Fig. 1 als auch das Kontaktsystem gemäss Fig. 2 sind mit je einer Abschirmhaube 8 bzw. 9 aus Weicheisen, insbesondere aus Mu-Metall, versehen. Da die Schwing- feder 3 aus dem Kontaktsystem herausgeführt werden muss, entsteht in der Abschirmhaube 9 eine Öffnung, die durch ein an der Schwingfeder 3 befestigtes zusätzliches Abschirmblech 10 abgedeckt wird.
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Contact inverter for use in the input circuit of direct voltage and direct current amplifiers The invention relates to a contact inverter which is to be used in the input circuit of direct voltage or direct current amplifiers. The task of such contact inverters is to chop up the DC voltage to be amplified so that it can then be converted into AC voltage and amplified in a subsequent tube circuit.
Such amplifiers, however, have zero point errors, especially in the extremely sensitive measuring ranges, which appear because a voltage is also present at the output of the amplifier when the measured variable has a zero value at the input. In many cases, zero point errors in the amplifier are caused by the inductive or capacitive interference of the excitation circuit or an external field on the contact circuit of the measuring chopper. Often thermal and contact voltages are also responsible for these interfering influences.
The present invention shows a way in which these interfering influences can be largely eliminated. This is made possible by the fact that, according to the invention, the drive system has a permanent magnet armature polarized perpendicular to the pole piece surfaces of the exciter circuit, which is fastened between the pole pieces to a non-magnetic oscillating spring in such a way that the permanent magnet armature is outside the center of the control flux and its operational direction of movement is perpendicular to the direction of the Control flow runs.
The arrangement can be further improved by choosing an armature consisting of two oppositely polarized individual magnets. Instead of two individual magnets, the armature can naturally also be designed as a correspondingly polarized double magnet. In order to come as close as possible to the goal of eliminating interference voltages, the contact springs directly actuated by the oscillating spring can be designed in the form of loops and form two equally large enclosed surfaces with the rectilinear mating contact springs.
These areas are spatially oriented in such a way that they act to compensate for the interference voltages interspersed in the contact circle. Since in the case of magnetic interference in the excitation circuit and also in the case of external interference in the contact circuit, the voltage induced in this is proportional to the area enclosed by the contact springs, this arrangement is particularly important.
To keep the time values as constant as possible on the two pairs of contact springs of the inverter, two wear points can be provided which act in opposite directions to the time values, the contact springs directly actuated by the oscillating spring having a material at their actuation points whose degree of wear is selected to be approximately the same as that of the switch contacts.
In this way, it is possible to achieve that the wear and tear at the two stressed points is balanced out and thus the degree of overlap remains constant or increases slowly, in any case never reaching the value zero.
Despite the good decoupling of the exciter and contact circuit that has already been achieved, it is advisable to prevent any residual interference by having the drive and contact system each have a shielding hood made of soft iron, in particular made of mu-metal.
It is advantageous to attach an additional shielding plate to the oscillating spring in order to cover the inlet opening of the oscillating spring into the shielding hood of the contact system.
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ken. In addition, the separately shielded drive and contact system can be accommodated together in a preferably hermetically sealed housing.
The advantages of the contact inverter described are essentially that in this way the continuous and control flow are limited only to a small space and thus the shielding is also relatively easy. In this way, a good separation of the excitation and contact circuit can be achieved even with a relatively small design of the inverter. By using a polarized drive system, it is also possible to get by with low excitation powers, so that the magnetic stray energy of the excitation circuit also remains low.
Further features emerge from the following description of an exemplary embodiment of the invention shown in the drawing. 1 shows a schematic representation of the drive system, FIGS. 1 a and 1 b show the arrangement of the permanent magnet armature arranged between the pole pieces of the excitation circuit and the flux distribution that is decisive for the armature movement, FIG. 2 shows a section of a contact arrangement of the contact inverter controlled by the drive system.
In the schematic representation of the drive system according to FIG. 1, 1 denotes the permanent magnet which is connected to i. the free end of a non-magnetic leaf spring 3 clamped on one side is attached and is located between the pole pieces 2a and 2b of the exciter circuit. The permanent magnet 1 is polarized perpendicular to the pole shoe faces. If the control flux is directed in such a way that a south pole is created on the pole piece 2a close to the north pole of the permanent magnet 1, the permanent magnet 1 is drawn into the air gap, as shown in FIG. If, however, a north pole arises at the pole piece 2a, the permanent magnet 1 is pushed out of the air gap.
If an alternating voltage is applied to the excitation coil 11 (FIG. 1), the permanent magnet 1 oscillates at the excitation frequency. The oscillating spring 3 actuates the contact arrangement, which is shown in more detail in FIG. The rest position of the permanent magnet 1 is slightly outside the center of the pole shoe. The material used for the permanent magnet can preferably be highly coercive iron-barium oxide. A favorable ratio of length to diameter is, for example, 1: 1; you can therefore make the permanent magnet very short.
The drive system is improved if, instead of a single permanent magnet according to FIG. 1b, two magnets are used which are polarized in opposite directions. The two magnets can also be replaced by a single magnet which is designed in such a way that four poles are formed. If, as shown in FIG. 1 b, the control flow shown in dashed lines is directed from right to left, the continuous flow shown in solid lines is increased in the upper part of the air gap, but weakened in the lower air gap.
The resulting flux is therefore greater in the upper air gap and thus also the force that acts on the permanent magnet 1, one component of which is directed downwards and initiates the movement. If the oscillating spring 3 has reached the lower end position, the process is reversed. The component that is perpendicular to the direction of movement pulls the permanent magnet 1 against one of the pole pieces, but is compensated by the equal force of the other pole piece, provided that the two air gaps are chosen to be equal. If the air gaps are not exactly the same, then a force perpendicular to the direction of movement occurs, but this is absorbed by the oscillating spring 3, which is very stiff in this direction.
The contact arrangement of the inverter is shown in FIG. 2, the drive system controlling this via the oscillating spring 3 being omitted for the sake of simplicity. The contact arrangement is constructed in such a way that the individual contacts can be adjusted as overlapping and switching contacts. The contact force is independent of the amplitude of the oscillating spring. It is only determined by the bias of the contact springs 4 and 5. When the oscillating spring 3 is deflected to the right, the right contact opens and closes due to the bias of the spring 5 when the oscillating spring 3 lifts from it during the return movement.
In order to achieve that the voltages induced by interference fields in the contact circuit largely compensate each other, the contact springs 4 and 5 are S-shaped. In this way, two closed surfaces are created that are oriented in opposite directions, so that the voltage induced in the contact system is canceled out.
The contact system is also designed in such a way that constant compliance with the time values is possible. By suitable coordination of the material at the drive point a of the contact springs 4 or 5 with that of the contacts k, it can be achieved that the wear and tear at these two stressed points is balanced out. In this way, sufficiently stable characteristic values are created even with continuous operation.
Both the drive system according to FIG. 1 and the contact system according to FIG. 2 are each provided with a shielding hood 8 or 9 made of soft iron, in particular made of mu-metal. Since the oscillating spring 3 has to be led out of the contact system, an opening is created in the shielding hood 9 which is covered by an additional shielding plate 10 fastened to the oscillating spring 3.