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Relais zum Schalten mit überstromimpuls
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais zum Schalten mit überstromimpuls,
mit einem vom Magnetspulenanker, der unter der Wirkung einer Rückholfeder steht,
betätigten Drehschalter, insbesondere zum Umschalten von auf Wechselstromanlagen
betriebenen Gleichstromantriebsmaschinen bei elektrischen Spiel- und Modellbahnen.
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Die Verwendung von überstromimpulsen zum Umschalten ist ein gängiges
Prinzip bei elektrischen Spiel- und Modellbahnen.
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Zu diesem Zweck ist in der elektrischen Antriebsleitung irgendwo ein
Relais eingebaut, wobei die Auslegung des Relaisinsbesondere durch Auslegung der
Rückhaltefeder des Ankers -so getroffen ist, daß nur durch einen überspannungsimpuls
eine Ankerbewegung stattfindet, wobei diese dann üblicherweise über eine Zahnstangenbewegung
in eine Drehbewegung des Drehschalters umgewandelt wird. Diese Ausbildung hat neben
dem Nachteil, daß sie relativ viel Platz verbraucht zusätzlich zur Folge, daß relativ
starke Schaltkräfte des Relais notwendig sind, um die während der Drehbewegung stets
vorhandene Kontaktreibung zu überwinden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Schaltrelais
für Oberspannungsimpulse so auszulegen, daß bei verringertem Platzbedarf extrem
kleine Stellkräfte ausreichen, und daß die Umschaltung so rasch erfolgt, daß der
Oberspannungsimpuls das eigentliche Gerät überhaupt nicht mehr erreicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Drehteller des Drehschalters mit einer in einer Kurvenhülse dreh- und verschiebbar
gelagerten Nockenwelle versehen ist, die Längsverschiebungen aufgrund der Bewegung
des mit ihr verbundenen Spul enankers in eine überlagerte Drehbewegung umsetzt.
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Gemäß der Erfindung ist somit vorgesehen, daß die lineare Bewegung
des Spulenankers, die parallel zur Längsachse der Nockenwelle verläuft, diese direkt
in Längsrichtung verschiebt und damit über die Kurvenhülse direkt eine Drehbewegung
des Drehtellers des Drehschalters erzeugt. Diese Ausbildung ermöglicht nicht nur
einen platzsparenderen Aufbau eines solchen Oberstromimpulsrelais, sondern hat zur
Folge, daß die Kontakte des Drehtellers von festen Gegenkontakten des Drehschalters
zunächst abgehoben werden ehe die Drehbewegung erfolgt. Dies wiederum bedeutet,
daß die Umschaltung völlig ohne jegliche Kontaktreibung stattfindet (die Reibung
der Nockenwelle in der Kurvenhülse ist demgegenüber vernachlässigbar) und daß wegen
des extrem schnellen Ansprechens und Abhebens der Kontakte voneinander die Stromunterbrechung
derart rasch erfolgt, daß weder ein nennenswerter Abreißfunke entsteht, noch der
Oberspannungsimpuls das eigentlich zu schaltende Gerät, also beispielsweise den
Gleichstrommotor einer auf einer Wechselstromanlage fahrenden Gleichstromlokomotive
erreicht. Damit bedarf es auch
keiner aufwendigen Abblockung des
Geräts durch Zusatzkontakte oder Schutzbauelemente, um Schäden durch den Oberspannungsimpuls
zu verhindern.
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Mit besonderem Vorteil kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
sein, daß die Magnetspule und der Drehschalter mit zueinander parallelen Achsen
nebeneinander auf einer, die elektrischen Verbindungen, sowie gegebenenfalls weitere
Bauteile (z.B. Gleichrichter) tragenden Schaltplatine angeordnet sind, wobei der
Drehteller unter der die festen Gegenkontakte tragenden Schaltplatine liegt und
daß der Anker als zweiarmiger Klappanker ausgebildet ist, dessen Rückstellarm mit
der Feder und dessen Spulen-seitiger Betätigungsarm mit der Nockenwelle verbunden
ist.
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Die Verbindung des Betätigungsarms mit der Nockenwelle kann besonders
einfach dabei erfolgen, daß der Betätigungsarm mit einem gabelförmigen Ende versehen
ist, welches einen Kopf der Nockenwelle untergreift, wobei dieser Kopf sehr einfach
durch eine umlaufende Ringnut gebildet sein kann.
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Um unabhängig von etwaigen, aufgrund der Toleranzen unvermeidlichen,
Versetzungen und Fehljustierungen ein exaktes Anliegen der Kontaktbrücken des Drehtellers
des Drehschalters an den festen Gegenkontakten zu erreichen, kann in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen sein, daß der Drehteller taumelnd an der Nockenwelle befestigt
ist und auf seiner Oberseite als um ihre Längs- und Querachse schwenkbare Wippen
ausgebildete starre Schaltbrücken trägt.
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Durch diese Ausbildung - die taumelnde Anbringung des Drehtellers
- läßt sich sehr einfach mit Hilfe am einen Teil angeformten Kugelkopfes bilden,
der in eine hinterschnittene Aufnahme des Gegenteils einsprengbar ist - läßt sich
vermeiden, daß die Schaltbrückentals Federn ausgebildet sind, was
nämlich
wiederum zur Folge hätte, daß nicht ein momentaes Unterbrechen und Schließen des
Schaltkontaktes stattfindet, sondern durch das Nachfedern die Unterbrechungszeit
verlängert ist. Eine extrem kurze Unterbrechungszeit ist aber -wie weiter oben bereits
ausgeführt worden ist - insbesondere im Hinblick darauf von Bedeutung, daß der Oberspannungsimpuls
im Relais praktisch "hängenbleibt", d.h. so rasch zum Ansprechen des Drehschalters
führt, daß er selbst überhaupt nicht über digen hinweg an das eigentliche Gerät
gelangen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelhei-ten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, sowie anhand
der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Oberstromumschaltrelais Fig. 2 eine Seitenansicht des Relais im Normalzustand, d.h.
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ohne Oberstromimpuls, Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht
der Schaltstellung bei Auftreten eines Oberstromimpulses, Fig. 4 eine Untenansidit
der Schaltplatine ohne den Drehteller des Drehschalters, Fig. 5 eine vergrößerte,
perspektivische Explosionsdarstellung der Teile des Drehschalters, Fig. 6 einen
Schnitt längs der Linie VI - VI in Fig. 5 und Fig. 7 einen der Fig. 6 entsprechenden
Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform mit anderer Taumelbefestigung des
Drehtellers.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf einer Schaltplatine 1
ein Relais mit einer Spule 2 und einem Klappanker 3 befestigt, neben dem ein Drehschalter
4 angeordnet ist. Bei 5 erkennt man die Wechselspannungszuführleitungen, bei 6 einen
Gleichrichter,
so daß an den Leiterbahnen 7 und 8 (vgl.
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Fig. 4) eine willkürlich mit minus und plus eingezeichnete Gleichspannung
anliegt. Durch Umschalt-Oberstromimpulse soll die Polarität dieser fest an den Leitungen
7 und 8 anliegenden Gleichspannung an den Ausgangsleitungen 9 und 10 wahlweise vertauscht
werden können.
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Der als zweiarmiger Hebel ausgebildete Klappanker 3, der am hochstehenden
Arm 11 des Ankerbügels 12 gelagert ist, steht mit seinem Rückstellarm 13 unter der
Wirkung einer Rückholfeder 14, während der über der Spule 2 verlaufende Betätigungsarm
15 abgekröpft ist und mit seinem freien, gabelförmigen Ende 16 einen Kopf 17, der
als Nockenwelle 18 ausgebildeten Drehwelle des Drehschalters hintergreift. Die Nockenwelle
18 ist mit einem Drehteller 19 verbunden, auf welchem als Wippen ausgebildete Schaltbrücken
20 und 21 zur wechselweisen Oberbrückung von vier festen Kontakten 22 bis 25 auf
der Unterseite der Schaltplatine angeordnet sind. Die Nockenwelle 18 ist in einer
Kurvenhülse 26 derart gelagert, daß bei einer axialen Längsverschiebung der Nockenwelle
über die an den Keilflanken 27 gleitenden Keilzähne 28 eine Drehbewegung der Nokkenwelle
gegenüber der Kurvenhülse 26 stattfindet, wobei während der Aufwärtsbewegung im
gleichen Sinn und um den gleichen Betrag eine weitere gleichsinnige Drehbewegung
durch die Keilzähne 29 erzielt wird, die an den entsprechenden unteren Keil-27 26
flanken der Kurvenhülse gleiten. Die Ausbildung ist dabei so getroffen, daß während
des Abwärtshubs der Nockenwelle 1/8 Drehung erfolgt und während des Aufwärtshubs
wieder 1/8 Drehung, so daß bei jeder Betätigung der Nockenwelle durch einmaliges
Anziehen des Klappankers 3 über die Spule 2 und seine entsprechende Rückbewegung
mit Hilfe der Rückholfeder 14 der Drehteller 19 mit den auf ihm angeordneten starren
Schaltbrücken 20 und 21 eine Drehung um 900 erfährt. Geht man zu-
nächst
von der mit den ausgezogenen Doppel pfeilen 30 in Figur 4 angedeuteten Stellung
der Schaltbrücken 20, 21 des Drehtellers 19 aus, so erkennt man, daß die stets gleichbleibende
Polung plus, minus an den Leitungen 7, 8 an den Ausgangsleitungen 9 und 10 entsprechend
den ausgezogenen Minus- und Pluszeichen auftritt. Bei einer um 900 verdrehten Position
des Drehtellers, bei der die starren Schaltbrücken 20, 21 die Stellung einnehmen,
wie sie durch die gestrichelten Doppelpfeile 31 in Figur 4 angedeutet ist, so ergibt
sich die in den Klammern darunter gesetzte umgepolte Spannung an den Anschlüssen
9, 10. Durch einen Oberstromimpuls an der stets in die Stromversorgungsleitung eingeschalteten
Magnetspule 2, die selbstverständlich mit Anker und Rückholfeder insgesamt so ausgebildet
ist, daß die normale Arbeitsspannung e-in Ansprechen nicht bewirken kann, wird somit
über eine 900 Verdrehung des Drehtellers 19 eine Umpolung der Spannung an den Ausgangsanschlüssen
9 und 10 bewirkt. Man kann also auf diese Art und Weise durch einen überspannungsimpuls
die Polarität der Versorgungsspannung zu einer Gleichstromlokomotive, und damit
die Fahrtrichtung umkehren. Dabei ist es selbstverständlich unerheblich, ob die
Spule 2 vor der hinter dem Gleichrichter 6 angeordnet ist.
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Um ein extrem rasches Unterbrechen des Kontakts im Drehschalter 4
zu erzielen und auf diese Weise zu verhindern, daß der Oberspannungsimpuls überhaupt
an den Ausgangsanschlüssen 9 und 10 aufscheinen kann, sond die Schaltbrücken 20,
21 als starre, um ihre Längsachse und ihre Querachse Q schwenkbare Wippen ausgebildet,
während der Drehteller 19 taumelnd an der Nockenwelle 18 befestigt ist. Unmittelbar
beim Anziehen des Klappankers 3 erfolgt auf diese Art und Weise ein momentanes Abheben
der Schaltbrücken 20, 21 von den festen Gegenkontakten 22 bis 25, da bereits die
geringste Verschiebung den Kontakt unterbricht (im Gegensatz zu einer Ausbildung
bei der die Schaltbrücken 20, 21 Federn wären). Diese starre Ausbildung
der
Schaltbrücken zur raschen Kontaktunterbrechung erfordert aber einen Toleranzausgleich
um sicherzustellen, daß beide Enden einer Kontaktbrücke auch exakt Kontakt zu den
starren Kontakten unter der Platine 1 erhalten, was durch die taumelnde Aufhängung
des Drehtellers und die um die beiden Achsen L und Q schwenkbare Lagerung der als
Wippen ausgebildeten Schaltbrücken 20, 21 erreicht wird. Diese taumelnde Aufhängung
des Drehtellers 19 kann entsprechend Fig. 6 entweder dadurch erzielt werden, daß
ein an der Platte angeformter Lagerzapfen mit einem verdickten Kopf 32 in eine entsprechende
hinterschnittene Lagerausnehmung 33 am unteren Ende der Nockenwelle 18 eingesprengt
ist, oder aber dadurch, daß man (vgl. Fig. 7) den Drehteller 19 mit Hilfe eines
Befestigungselementes (z.B. Schraube, Splint) 34 befestigt, welche den Drehteller
mit Spiel durchsetzt, so daß in Verbindung mit einem geringen Abstand 35 zum freien
Ende der Nockenwelle 18 in gleicher Weise eine Taumellagerung erzielt ist. Das Spiel
dieser Taumel lagerung muß selbstverständlich nur relativ gering sein, da hierdurch
lediglich Fehijustierungen und geringe Verkippungen zwischen dem Drehteller und
den festen Gegenkontakten unter der Platine 1 ausgeglichen werden müssen. Die Nockenwelle
18 ist aus zwei Teilen zusammengesteckt, wodurch die Montage vereinfacht ist.