DE234513C

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Publication number: DE234513C
Application number: DENDAT234513D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 234513 KLASSE 21 c. GRUPPE

J. L. ROUTIN in LYON.

für selbsttätige Regler.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Mai 1908 ab.

Gegenstand der Erfindung ist eine magnetische Regelungsvorrichtung an Relais, insbesondere an Kontaktrelais für selbsttätige Regler, die folgende Vorteile bietet, nämlich den

1. des schnellen Schlusses der Kontakte,

2. der plötzlichen Unterbrechung der Kontakte,

3. der selbsttätigen Stromverminderung im Augenblick der Unterbrechung des Kontaktes,

4. der Möglichkeit, selbsttätige Regler zu schaffen, welche so geartet sind, daß die Geschwindigkeit ihres Arbeitsganges der Abweichung, die korrigiert werden soll, proportional ist.

Im folgenden ist die Beschreibung auf den ; Fall eines Spannungsreglers beschränkt. Der Wagebalken 1 dreht sich um den Punkt 2. An seinem Ende ist die schwebende Spule 3 be-; festigt, auf welche ein magnetisches Feld, welches die Spulen 4 und 5 hervorrufen, einwirkt, so daß eine vertikale Zugkraft von oben nach unten ausgeübt wird. Die Spulen 3, 4, 5 sind mit einem Hilfswiderstand 6 in Reihe geschaltet und werden durch einen Strom des Generators, dessen Spannung geregelt werden soll, gespeist. Die Richtungen der magneti-₁ sehen Kraftlinien in dem Eisenkörper sind durch Pfeile angedeutet. Das Gleichgewicht wird durch die Feder 7 so aufrechterhalten,; daß der Wagebalken bei normaler Spannung die Horizontalstellung einnimmt. An dem anderen Ende des Balkens 1 ist der permanente Magnet 8 isoliert befestigt, von dem später die Rede sein wird.

Wenn beispielshalber die Spannung zu gering ist, so überwiegt die Kraft der Feder 7, und ein Kontakt wird zwischen den Polen 9 des Magneten 8 und der Stahlfeder 10 gebildet, die isoliert am Gestell befestigt ist. Der in den hierdurch geschlossenen Stromkreis eingeschaltete Elektromagnet 11 wird alsdann von einem Strom durchflossen, der zwischen den Punkten 12 und 13 eines Widerstandes abgeleitet wird, der als Spannungsteiler an der Stromquelle 14, 15 liegt.

Der Elektromagnet 11 zieht seinen Anker 16, der um 17 drehbar ist, an. Dieser schließt bei 18 einen Stromkreis für den Anker 19 eines Motors, der z. B. den Regelungswiderstand der Erregung für den Generator steuern kann. Der Strom fließt dabei von 14 über 12, 18, 19, 17¹, 16¹, 27¹, 28, 15. Der Motoranker 19 beginnt sich z. B. in einem solchen Sinne zu drehen, daß eine Vergrößerung der Erregung eintritt. Sein Feldmagnet liegt dabei ständig über 14 und 15 an der Stromquelle, welche Gleichstrom liefert.

Der Kontakt 18 ist nachgiebig gelagert, so daß der Anker. 16 auch mit dem Kontakt 22 in

Berührung kommt und so eine Stromverbindung zwischen den Kontakten 18 und 22 herstellt. Hierdurch aber entsteht ein Stromkreis λ on 12 über 18, 22 nach 23, welcher den Elektromagneten 24 durchfließt. Dieser Elektromagnet 24 wirkt alsdann auf den Anker 25, der an dem Wagebalken 1 befestigt ist, ein und ruft eine Unterbrechung zwischen 9 und 10 hervor, noch ehe das Gleichgewicht in dem Spannungsregler 3, 4, 5, 7 wieder völlig hergestellt ist. Auf diese Weise kommt ein Zusatzdrehmoment in das Spiel des Reglers, welches, falls es dauernd wirken würde, die eingeleitete Spannungserhöhung nicht zulassen würde. Dieses Drehmoment verschwindet aber, sobald sich 9 von 10 entfernt. Denn alsdann entfernt sich zufolge Stromloswerdens des Magneten 11 und unter Wirkung der Feder 21 auch der Anker 16 vom Kontakt 22, wodurch der Magnet 24 stromlos wird. Der Stoß, den der Hebel 1 hierbei erfährt, ist durch eine Bremse 26 gedämpft. Hieraus folgt, daß, solange die Änderung der Spannung größer ist als ein bestimmter Wert, der durch das von 24 und 25 herrührende Gegenmoment gegeben ist, und der durch die Regelung der Entfernung von 24 zn 25 in bestimmten Grenzen gehalten werden kann, sich der Anker' 19 ununterbrochen dreht. Fällt aber die Änderung der Spannung unter die festgesetzte Grenze, so bewegt sich der Anker 19 nur schrittweise, und seine mittlere Geschwin-^: digkeit ist um so mehr vermindert, je kleiner die zu korrigierende Änderung ist bzw. wird.

Denn während die aufeinanderfolgenden Stöße auf den Wagebalken, um 9 von 10 zu entfernen, zunächst an Zahl zunehmen, da der Spannungsabweichungswert kleiner wird, nimmt das Restdrehmoment, welches bei jeder Unterbrechung den Kontakt 9 nach 10 zurückzuführen bestrebt ist, im Gegensatz hierzu ab. Demzufolge halten die Unterbrechungen an den Kontakten 9, 10 von Stoß zu Stoß länger an, und die Reguliergeschwindigkeit des Motors 19 vermindert sich allmählich.

Um nun für jeden besonderen Fall das Drehmoment, welches von 24 auf 25 wirkt, zu regeln, ist die Einrichtung so getroffen, daß . man die Entfernung zwischen dem Elektromagneten 24 und dem Anker 25 nach Belieben ändern kann.

Um die Unterbrechungsfunken zu verkleinern, dient folgende Einrichtung: Ist der Anker 16 nach unten gezogen, also der Luftspalt zwischen dem Anker 16 und dem Elektromagneten 11 praktisch gleich Null, so kann man den Strom, der in 11 fließt, beträchtlich \'erringern, ohne befürchten zu müssen, daß 16 sich unter dem Einfluß der Feder 21 wieder aufwärts bewegt. Um diese Stromverminderung· selbsttätig hervorzubringen, wählt man die Wicklung von 24 derart, daß der Widerstand dieses Stromkreises im Verhältnis zu dem Widerstand des Teiles 12 bis 23 klein ausfällt. In dem Augenblick nun, wo der Anker 16 die Kontakte 18 und 22 überbrückt, ist der Teil des Widerstandes, welcher zwischen 12 und 23 gelegen ist, durch den Nebenschluß über die geringohmige Spule 24 fast kurzgeschlossen, und es fehlt deshalb fast an einer Spannung zwischen 12 und 23. Man kann übrigens sehr leicht den Zuwachs des Stromes, der sich hierdurch in dem Spannungsteilcrwiderstand ergibt, auch begrenzen, indem man dem Teil des Spannungsteilwider-Standes, der wirksam bleibt, einen viel größeren Wert gibt als dem durch den beschriebenen Nebenschluß fast kurzgeschlossenen Teil. Die Spannung zwischen 12 und 23 kann auf diese Weise auf einen bestimmten Bruchteil des Anfangswertes gebracht werden. Die Stromverminderung" genügt aber allein nicht, um den Kontakt bei 9 und 10 vor Schaden zu bewahren, sondern man muß, um Funken zu vermeiden, dafür sorgen, daß der Strom plötzlich unterbrochen wird. Dies geschieht durch den permanenten Magneten 8 und die Stahlfeder 10, die magnetisch sich mit durchbiegt und dann plötzlich von 8 trennt.

Um die Wirkungsweise dieser Einrichtung zu verstehen, muß man in Betracht ziehen, wie die magnetische Anziehung und das Drehmoment der Feder 10 sich als Funktion der Entfernung zwischen 9 und 10 ändern. Nimmt man zuerst an, daß 8 unbeweglich ist, und trägt man (s. Fig. 2) die Entfernung zwischen 9 und 10 als Abzisse auf und als Or·· dinaten die Drehmomente, so erkennt man, daß das.Drehmoment, welches auf die Feder durch die magnetische Anziehung ausgeübt wird, durch eine hyperbolische Kurve A-B dargestellt wird, daß dagegen das Drehmoment infolge der Elastizität der Feder sich durch eine gerade Linie C-D darstellt. Die Entfernung 0-D entspricht offenbar der Entfernung zwischen 9 und 10, wenn sich diese in Ruhe befindet und kein elastisches Moment hergibt. Weiter kann die Entfernung 0-D dazu dienen, die Lage von 8 zu bestimmen.

Es seien durch £ und F die Schnittpunkte von C-D mxaA-B bezeichnet; 0-f undO-e sind die Projektionen dieser Schnittpunkte auf die Λ'-Achse. Solange nun die Entfernung der Feder zum Magneten größer ist als 0-e, ist das magnetische Drehmoment stärker als das elastische, während dieses für jede Entfernung, welche kleiner ist als 0-e, überwiegt. Für eine bestimmte Lage von 8 wird also die Feder, sich selbst überlassen, sich auf eine Entfernung 0-e einstellen, die einer bestimmten Gleichgewichtslage entspricht. Wenn man von Hand aus die Feder derart verstellt, daß

man die Entfernung unter 0-f verringert, so wird die magnetische Anziehung derart überwiegen, daß die Feder heftig gegen die Kontakte gezogen werden. Verstellt man 8, so verschiebt sich C-D parallel zu sich selbst. Zieht man nun insbesondere die Tangente C₁-D₁, welche an die Kurve A-B parallel zu C-D gelegt ist, in Betracht, so erkennt man, daß, falls 8 in die Lage, welche durch 0-D₁

ίο bestimmt ist, gebracht wird, die Feder bis zum Kontakt plötzlich angezogen wird, denn die beiden Punkte E und F fallen alsdann mit dem Punkt G zusammen, und es gibt keine Zwischenlage stabilen Gleichgewichtes.

Die Zugkraft, welche die Feder 7 bzw. Spule 3 auf den Magneten 8 ausübt, wird durch die Länge A-C₁ gemessen und der Kontakt alsdann sicher hergestellt. Dieses erste Resultat ist besonders wertvoll, wenn es sich darum handelt, die Spannung eines Wechselstromerzeugers zu regeln, dessen Wellen (Durchgangspunkte durchO) ohne diese Vorrichtung bald den Kontakt außer Tätigkeit setzen würden.

Man erkennt weiter, daß, wenn die Feder bis zum Kontakt des Magneten geführt ist, man diesen bis zu der Stellung, welche 0-D₂ entspricht, verstellen muß, um Stromunterbrechung zu erhalten; alsdann wird sich die Feder plötzlich um den Betrag D₁ D₂ entfernen. Auf diese Weise ist aber auch die zweite Bedingung . (die plötzliche Stromunterbrechung·), welche für einen sicheren Betrieb unerläßlich ist, gesichert.

Um die Oxydation zu vermeiden, überzieht man 9 und 10 mit einer dünnen Schicht unoxydierbaren Metalles, besonders eignet sich für den vorliegenden Fall Nickel wegen seiner magnetischen Eigenschaften.

Wenn 1 sich in ' der Mähe der horizontalen Stellung befindet, kann man die Wirkung von 9 auf 10 vernachlässigen. Andererseits ist, falls 9 mit 10 in Kontakt steht, das auf 2 ausgeübte Drehmoment kleiner als dasjenige, welches in bezug auf denselben Punkt durch die Wirkung" von 24 auf 25 entsteht, so daß man nicht zu befürchten braucht, daß die Wirkung von 9 auf 10 die Regelung störe. Es sei hervorgehoben, daß im Ruhezustande die beiden Bürsten des Ankers 19 durch die Anker 16 und 16¹ in Kurzschluß gesetzt sind, indem sich diese gegen die Stücke 27 und 27¹, welche untereinander verbunden sind, legen. Anschlagstifte (auf der Zeichnung nicht ersichtlich) begrenzen die Bewegung des Wagebalkens.

Handelt es sich darum, eine Spannungsvermehrung zu korrigieren, so ergibt sich die Arbeitsweise des Apparates in analoger Weise durch Einsetzen von 9¹, io¹, 11¹, 16¹, 17¹, 18¹, 21¹J 22¹, welche dieselbe Rolle spielen wie die ebenso bezeichneten Organe bei dem oben beschriebenen Regelungsvorgang. Es genügt, zu bemerken, daß der Kontakt zwischen 17¹ und 18¹ den Anker 19 sich in dem dem oben beschriebenen entgegengesetzten Sinne drehen läßt, so daß ζ. B. eine Verminderung der Erregung des Generators oder, wenn es sich z. B. um die Regelung des Kraftmittelzuflusses der Antriebsmaschine eines Generators handelt, eine Verminderung des Zuflusses hervorruft.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Magnetische Regelungsvorrichtung an Relais, insbesondere an Kontaktrelais für selbsttätige Regler, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Organ des Relais mittels eines konstant magnetisierten Kontaktstückes (8,9,9¹) und gleichzeitig magnetisch und elastischer Gegenkontakte (10, io¹) den Betriebsstrom des Reglers schließt und öffnet.

2. Magnetische Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem konstant magnetisieren Kontaktstück versehene bewegliche Organ (1,25) des Reglers unter dem Einfluß eines periodisch erregten Elektromagneten (24) derart steht, daß es durch ihn bei jedesmaligem Schluß der Kontakte (8, 9, 9¹ und 10 oder io¹) im Sinne einer Öffnung dieser Kontakte gezogen wird.

3. Magnetische Regelungsvorrichtung" nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom des Elektromagneten (24) und der von den Kontakten (8, 9, 9¹ und 10, io¹) geregelte Betriebsstrom von einem als Spannungsteiler wirkenden Widerstand derart abgezweigt sind, daß bei Einschaltung der geringohmigen Erregerspule des Elektromagneten (24) selbsttätig eine Verminderung des Betriebsstromes eintritt, zum Zweck der Verkleinerung der öfFnungsfunken an den Relaiskontakten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.