DE1142897B

DE1142897B - Schaltungsanordnung zur Ausloesung elektrischer Signale durch Beeinflussung magnetischer Kreise

Info

Publication number: DE1142897B
Application number: DES51211A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kreipe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-11-10
Filing date: 1956-11-10
Publication date: 1963-01-31

Description

Schaltungsanordnung zur Auslösung elektrischer Signale durch Beeinflussung magnetischer Kreise Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auslösung elektrischer Signale durch Beeinflussung magnetischer Kreise mittels eines vorbeibewegten Magnetfeldes, das die Induktivität von zwei magnetisch und elektrisch gleichen Drosseispulen ändert, deren Eisenkerne im magnetischen Kreis und deren Wicklungen im elektrischen Kreis liegen. Es sind Anordnungen bekannt, bei denen das magnetische Feld eines permanenten Magneten den magnetischen Kreis einer Drossel beeinflußt, die bereits durch einen permanenten Magneten vormagnetisiert ist und deren Wicklung in einem der Anzeige dienenden, durch ein Relais überwachten Stromkreis liegt.
Bei diesen Anordnungen wird lediglich die Induktivitätsänderung der Drossel bei Änderung der Vormagnetisierung ausgewertet, wobei eine Brückenschaltung mit einem polarisierten Relais erforderlich ist, wenn auch die Bewegungsrichtung angezeigt werden soll. Lediglich für einfache Schaltaufgaben und bei genügender Stärke der magnetischen Beeinflussung genügen über Gleichrichter gespeiste neutrale Relais mit gutem Abfallfaktor. Anordnungen dieser Art haben aber den Nachteil, daß auch ein beliebiger weichmagnetischer Körper ohne eigenes Magnetfeld eine Fehlbetätigung des hierbei verwendeten polarisierten Relais herbeiführen kann und daß bei unbeabsichtigter Veränderung der Vormagnetisierung eine Signalspannung entstehen kann.
Es ist ferner eine Wechselstrom-Brückenschaltung bekannt, bei welcher zwei in benachbarten Brückenzweigen liegende symmetrische Drosselspulen im Beeinflussungsbereich eines vorbeibewegten Magneten liegen. Bei Beeinflussung der magnetischen Kreise, in denen der Eisenkern der Drossel liegt, werden die Drosseln nacheinander und im gleichen Sinne beeinflußt. Damit wird das Brückengleichgewicht in einer bestimmten Richtung gestört, und ein polarisiertes Relais wird zum Anziehen gebracht. Diese bekannte Einrichtung hat ebenfalls den Nachteil, daß jeder Körper aus magnetischem Material eine Fehlbeeinflussung der Brückenschaltung hervorrufen kann. Ein weiterer Nachteil ist der, daß zur richtungsabhängigen Anzeige der Stellung des beeinflußten Teiles phasenempfindliche Einrichtungen erforderlich sind.
Die bei den bekannten Anordnungen vorhandenen Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Eisenkerne der Drosseln aus einem magnetisch weichen Werkstoff mit ausgeprägter Sättigungscharakteristik bestehen, daß jede der beiden Drosseln mit einem Gleichrichter entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet ist und die beiden Reihenschaltungen über einen polarisierten Signal- empfänger von einer Wechselstromquelle gespeist werden, deren Strom in der einen Halbperiode im wesentlichen durch die eine und in der anderen Halbperiode durch die andere Drossel fließt und hierdurch bei Abwesenheit des beeinflussenden magnetischen Feldes in den Kernen etwa die Sättigungsinduktion bei entgegengesetzter Flußrichtung erzeugt, daß das beeinflussende Magnetfeld gleichzeitig und in gleicher Stärke auf beide Kerne wirkt und beim Vorbeibewegen in dem einen Kern zunächst die Induktion bis zur Sättigung erhöht und dann vermindert, dagegen in dem anderen Kern zunächst vermindert und dann erhöht und daß die hierdurch in dem Wechselstromkreis entstehende Gleichstromkomponente, deren Größe und Richtung abhängig von der Stellung des steuernden Magnetfeldes ist, durch die Signaleinrichtung angezeigt wird.
In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann als richtungsanzeigende Empfangseinrichtung ein einfaches polarisiertes Relais angewendet werden, das im Wechselstromkreis liegt und von einem Kondensator überbrückt ist. Dieses Relais wird bei Abwesenheit des signalgebenden Feldes nur von einem geringen Wechselstrom durchflossen und kann nicht ansprechen, während es bei Wirksamwerden des signalgebenden Feldes durch einen dem Wechselstrom überlagerten Gleichstromanteil in eine bestimmte Schaltstellung gebracht wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist also der Aufwand an Schaltelementen geringer. Da beide Drosseln durch das Magnetfeld im entgegengesetzten Sinne beeinflußt werden, wird außerdem eine größere Signalspannung erzeugt.
Weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispiele hervor.
Fig. 1 zeigt in Draufsicht die beiden Drosseln 4 und 5 mit den Polschuhen 1 und 2; Fig. 2 zeigt die Seitenansicht der Drosseln und den beeinflussenden Magneten 3.
Ein Schaltungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Der von der Wechselstromquelle 8 gespeiste Signalstromkreis teilt sich an den beiden Drosseln 4 und 5, verläuft über die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeschlossenen Gleichrichter 6 und 7 und schließt sich über den Kondensator 9, zu dem das polarisierte Relais 10 parallel liegt.
Im unbeeinflußten Zustand, wenn also kein magnetisches Feld von außen auf die Drosselkerne einwirkt, werden die Drosseln4 und 5 von einem gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Strom durchflossen unter der Voraussetzung, daß die magnetischen und elektrischen Eigenschaften der Drosseln gleich sind und auch die Gleichrichter 6 und 7 gleiche Werte haben. Die Linie 11 in Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Stromes. Die Wicklungen der Drosseln sind so bemessen, daß beim Überschreiten des Stromes J 4 bzw. J5 die Sättigung der Drosseln einsetzt, wodurch der Strom bei weiterem Anwachsen der sinusförmigen Spannung der Stromquelle 8 steil ansteigt. Infolge der gleich großen positiven und negativen Halbwellenströme entsteht am Kondensator 9 keine Gleichspannung.
Gelangt der Magnet in die Nähe der Drosseln, z. 13. in die Stellunga, so werden beide Drossel kerne in gleicher Richtung vormagnetisiert. Das hat eine vorzeitige Sättigung in der einen Drossel und eine später einsetzende Sättigung des anderen Drosselkernes zur Folge. Der Strom nimmt etwa den Verlauf, den die Kurve 12 in Fig. 4 zeigt. Durch die ungleichen Ströme beider Halbwellen ist innerhalb des Stromkreises ein Gleichstromanteil vorhanden, der sich am Kondensator8 entnehmen und zur direkten Steuerung des polarisierten Relais 10 heranziehen läßt. Nach Verstellen des Magneten aus der Stellung a in die Stellung b erfolgt die Vormagnetisierung der Drosselkerne in umgekehrter Richtung und somit die Zunahme des Sättigungsstromes in der anderen Halbwelle, also Gleichspannungsumkehr am KondensatorS und am Relais 10. Die Kurve 13 zeigt für diesen Fall den Verlauf des Stromes.
Um bei der magnetischen Beeinflussung eine möglichst große Änderung des Drosselstromes zu erzielen, wird man für die Drosselkerne ein Material aus magnetisch weichem Werkstoff mit ausgeprägter Sättigungscharakteristik verwenden. Vor allem Eisen-Nickel-Legierungen mit magnetischer Vorzugsri ehtung sind besonders gut geeignet.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Möglichkeit, eine größere Anzahl von Drosselpaaren, die an mehreren festen Punkten angeordnet sind, über eine einzige Übertragungsleitung auf einen gemeinsamen Signalempfänger wirken zu lassen. Es besteht Bedarf an solchen Anordnungen z. B. in Grubenanlagen, wo im Förderschacht von jeder Sohle Signale über die Stellung der Förderkörbe an ein gemeinsames Relais im Maschinenraum gegeben werden sollen.
Fig. 5 zeigt eine entsprechende Schaltung mit mehreren in Reihe liegenden Drosselpaaren 4/5, 14/15, 24/25 im Wechselstromkreis. Ein Verlust der gewonnenen Gleichstromenergie tritt dabei lediglich durch die Ohmschen Widerstände an den Drosseln auf. Diese Widerstände können aber so niedrig gehalten werden, daß nur ein entsprechend kleiner Verlust durch jedes zusätzlich angebrachte Drosselpaar entsteht.
Soll die Leitung zwischen den einzelnen Drosselpaaren wechselstromfrei sein, so kann eine Schaltung nach Fig. 6 verwendet werden. Hier sind allerdings für jedes zusätzliche Drosselpaarl4/15, 24/25 zwei Gleichrichter 16 und 17 bzw. 26 und 27, ein Kondensatorl9 bzw. 29 und ein eigener Stromquellenanschluß 18 bzw. 28 erforderlich. Die Kondensatoren 9, 19 und 29 liegen in Reihenschaltung parallel zu dem gemeinsamen polarisierten Relais 10. Ferner ist es möglich, die beiden Schaltungen nach Fig. 5 und 6 zu einer Schaltung nach Fig. 7 zu vereinigen.
Jeweils zwei Drosselpaare, z. B. 4/5 und 4 a/5a, liegen hier in demselben Wechselstromkreis in Reihe. Eine solche Schaltung ist in Schachtanlagen vorteilhaft, wo sich auf jeder Sohle zwei oder mehrere Meßstellen befinden, die ihrerseits mit den übrigen Sohlen durch eine wechselstromfreie Leitung verbunden werden sollen.
Bei der Schaltung nach Fig. 6 können sich die an jedem einzelnen Kondensator9, 19, 29 auftretenden geringen Wechselspannungen, die vom Strom in dem zugehörigen Drosselkreis und vom Wechselstromwiderstand des Kondensators abhängig sind, addieren.
Die Stromquellen können lediglich bei einer geraden Anzahl von Wechselstromkreisen so geschaltet werden, daß die Wechselspannungen an den der Gleichspannungsentnahme dienenden Kondensatoren zu gleichen Teilen gegenphasig zueinander liegen und sich in der Summe gegeneinander aufheben. Man kann aber das Aufkommen einer zu großen, dem Relais unzuträglichen Wechselspannung in allen Fällen dadurch verhindern, daß man eine Drossel 49 und einen Kondensator 50 als Siebglieder vorsieht.
Ferner kann durch magnetische und elektrische Unsymmetrie in den beiden Drosselzweigen einer einzelnen Anordnung schon im unbeeinflußten Zustand eine wenn auch sehr geringe Gleichspannung an den Kondensatoren entstehen. Im ungünstigsten Fall können bei Zusammenschaltung vieler Drosselpaare sich alle diese Gleichspannungsbeträge addieren und das Relais 10 schon im unbeeinflußten Zustand betätigen. Darum ist in solchem Fall eine Kompensation dieser unerwünschten Gleichspannung zweckmäßig. Mit dem Gleichrichter 51 und dem Widerstand 52 kann eine zusätzliche positive oder negative Gleichspannung im Relaisstromkreis erzeugt und die unerwünschte Spannung aufgehoben werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Schaltungsanordnung zur Auslösung elektrischer Signale, insbesondere für Eisenbahn- und Grubensignalanlagen durch Beeinflussung magnetischer Kreise mittels eines vorbeibewegten Magnetfeldes, das die Induktivität von zwei magnetisch und elektrisch gleichen Drosselspulen ändert, deren Eisenkerne im magnetischen Kreis und deren Wicklungen im elektrischen Kreis liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkerne der Drosseln (4 und 5) aus einem magnetisch weichen Werkstoff mit ausgeprägter Sättigungscharakteristik bestehen, daß jede der beiden Drosseln mit einem Gleich richter (6 und 7) entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet ist und die beiden Reihenschaltungen über einen polarisierten Signalempfänger (10) von einer Wechselstromquelle (8) gespeist werden, deren Strom in der einen Halbperiode im wesentlichen durch die eine und in der anderen Halbperiode durch die andere Drossel fließt und hierdurch bei Abwesenheit des beeinflussenden magnetischen Feldes in den Kernen etwa die Sättigungsinduktion bei entgegengesetzter Flußrichtung erzeugt, daß das beeinflussende Magnetfeld gleichzeitig und in gleicher Stärke auf beide Kerne wirkt und beim Vorbeibewegen in dem einen Kern zunächst die Induktion bis zur Sättigung erhöht und dann vermindert, dagegen in dem anderen Kern zunächst vermindert und dann erhöht und daß die hierdurch in dem Wechselstromkreis entstehende Gleichstromkomponente, deren Größe und Richtung abhängig von der Stellung des steuernden Magnetfeldes ist, durch die Signaleinrichtung (10) angezeigt wird (Fig. 3).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unabhängig voneinander beeinflußbare Drosselpaare (4/5, 14/15 und 24/25) in Reihe in denselben Wechselstromkreis geschaltet sind (Fig. 5).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der bei der magnetischen Beeinflussung des Wechselstromkreises entstehende Gleichstromanteil einen Kondensator mit parallel liegendem Relais auflädt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (9, 19 und 29) mehrerer Wechselstromkreise miteinander in Reihe liegen und auf dasselbe Relais (10) einwirken (Fig. 6 und 7).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Kondensatoren (9, 19 und 29) auftretende Restwechselspannung von dem Relais (10) durch Siebglieder (49, 50) ferngehalten wird.
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleichstromkreis eine einstellbare Gegenspannungsquelle (51, 52, 53) angeordnet ist, durch welche die im unbeeinflußten Signalstromkreis infolge magnetischer und elektrischer Unsymmetrie der Drosseln entstehende Gleichspannung aufgehoben werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nur.849604, 937292, 952535.