-
Anordnung für Kontaktvorrichtungen an elektrischen meßinstrumenten
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für Kontaktvorrichtungen zur Regulierung solcher
Vorgänge, deren Verlauf vermittels elektrischer Meßinstrumente kontrolliert werden
kann, z. B. zur Temperaturregulierung elektrisch geheizter Öfen.
-
Die Aufgabe, zur Regelung von derartigen Vorgängen die zu ihrer Kontrolle
verwendeten elektrischen Meßinstrumente heranzuziehen, derart, daß bei Über- oder
Unterschreitung einer gewissen Stärke des gemessenen Stromes automatisch eine Regulierung
der Arbeitsorgane erfolgt, stößt bei schwachen, insbesondere sehr schwachen Strömen,
z. B. solchen, wie sie von Temperaturmeßvorrichtungen, wie z. B. von Thermoelementen
oder elektrischen Widerstandsthermometern in der Wheatstoneschen Brükkenschaltung
geliefert werden, auf besonders große Schwierigkeiten, weil die in Frage kommenden
Ströme zu schwach sind, um mechanische Schaltvorrichtungen gewöhnlicher Art betätigen
zu können.
-
Man hat bereits versucht, die Aufgabe dadurch zu lösen, daß man in
die zur Messung solcher Ströme ohnedies vorhandenen elektrischen Meßinstrumente,
z. B. in die sogenannten Thermogalvanometer, verstellbare Kontakte einbaute, die
an einen Hilfsstromkreis angeschlossen waren und an die der an denselben Hilfsstromkreis
angeschlossene Zeiger des Galvanometers bei einem der gewollten Stromstärke entsprechenden
Ausschlage anschlug, so daß hierdurch der von einer stärkeren Hilfsstromquelle gespeiste
Hilfsstromkreis geschlossen wurde und unter Vermittlung von Relais andere Stromkreise,
z. B. eine elektrische Alarmvorrichtung oder Reguliervorrichtungen für die Heizung
elektrischer Öfen o. dgl., in Tätigkeit setzte. Dieser Versuch scheiterte aber daran,
daß die das Galvanometer durchfließenden Ströme sowohl zu schwach sind, um den Zeiger
mit für eine gute Kontaktwirkung ausreichender Kraft an das Kontaktstück anzudrücken,
als auch zu schwach, um ihn beim späteren Rückgang des Meßstromes sofort wieder
von dem Kontaktstück loszulösen, weil inzwischen an der Kontaktstelle durch die
thermische Wirkung des übergehenden Stromes eine selbst bei Verwendung von Platiniridium
als Kontaktmaterial unvermeidliche geringe Verschweißung der sich berührenden Metallflächen
eingetreten ist: Die Folge dieser Erscheinung war, daß man mit solchen Vorrichtungen
eine Regulierung nur in äußerst groben Grenzen erzielen konnte, weil das Ein-oder
Auslösen der Kontaktwirkung immer erst bei sehr erheblichen Über- und Unterströmen
eintritt.
-
Es wurde gefunden, daß sich der beschriebene Übelstand vermeiden und
eine prompte Ein- und Auslösung des Hilfsstromes dadurch erzielen läßt, daß man
in den Hilfsstromkreis die Primärspule eines Transformators einschaltet und dessen
sekundäre
Spule mit dem eigentlichen Meßstromkreis bzw. dem Galvanometer
derart verbindet, daß die in ihr beim öffnen und Schließen des Hilfsstromkreises
auftretenden induktiven 'elektrischen Ströme in der Spule des Galvanometers eine
Kraftwirkung ausüben, die den darin durch den durchfließenden Meßstrom bereits gegebenen
Impuls verstärkt. Es findet also beim losen Anschlagen des Zeigers an . den Kontakt
infolge einer Verstärkung des Meßstromes durch den gleichsinnigen Schließungsstrom
des Transformators eine momentane Verstärkung des Stromes im Galvanometer statt
und dadurch ein stärkeres' Andrücken des Zeigers an die Kontaktstelle. Umgekehrt
reicht allerdings wegen des obener%vähnten Aneinanderklebens der Kontaktflächen
infolge Verschweißung das Zurückgehen des Galvanometerstromes allein nicht aus,
um den Zeiger sofort wieder von dein Kontaktstück loszulösen.
-
Es wurde nun weiterhin gefunden, daß man auch in diesem Falle eine
prompte Auslösung dadurch erreichen kann, daß man in den Hilfsstromkreis, in dem
:der Galvanometerkontakt liegt, Vorrichtungen, wie z. B. Relais, einbaut, durch
die nach der in der oben beschriebenen Weise erfolgten Schließung des Hilfstromkreises
dieser sofort wieder geöffnet wird, und daß man weiterhin Vorrichtungen vorsieht,
durch welche diese Relais von Zeit zu Zeit wieder geschlossen werden, wobei die
Betätigung dieser Vorrichtungen gegebenenfalls von Hand, am besten aber vermittels
automatischer Vorrichtungen, z. B. sogenannter Zeitschalter u. dgl., erfolgen kann.
- " Die Verwendung solcher 'Schalter .zum periodischen Schließen von Stromkreisen-
ist an und für sich nicht neu. Beansprucht wird sie lediglich in Verbindung mit
der oben beschriebenen Kontaktvorrichtung unter Verwendung eines Transformators
a;ls induktives Hilfsorgan.
-
Bei der durch die Relais erfolgten Unterbrechung des auch die Primärspule
des T ransformators durchfließenden Hilfsstromes treten in der Sekundärspule des
Transformators Induktionsströme auf, die den bei Stromschluß in das Meßinstrument
entsendeten entgegengesetzt gerichtet sind und daher auch auf den Zeiger einen entgegengesetzten
Impuls, d. h. einen solchen im Sinne eines Rückganges des Meßstromes ausüben, den
Zeiger also von der Kontaktstelle abstoßen. Solange nun der Meßsfirom noch nicht
wieder unter den der Kontaktstellung entsprechenden Betrag zurückgegangen ist, wird
nach Ablauf dieses Vorganges der Zeiger sich wieder an den Kontakt anlegen, den
Hilfsstrom von neuem schließen usw. In dem Augenblick aber. wo der Meßstrom unter
die durch den Kontakt festgelegte Grenze sinkt, wird zwar zunächst ein Loslösen
des Zeigers vom Kontakt allein unter der geringen, von dem Meßstrom selbst in diesem
Sinne ausgeübten Wirkung wegen der an der Kontaktstelle stattgehabten Verschweißung
nicht erfolgen können. Sobald jedoch zu dieser Wirkung die beim Unterbrechen des
Hilfsstromes vermittels des Zeitschalters o. dgl. auftretende energische Wirkung
des im Transformator induzierten Öffnungsstromes hinzutritt, findet eine energische
Abstoßung des Zeigers vom Kontakt und freie Einstellung auf die der wahren Meßstromstärke
entsprechende Stellung statt.
-
Man wählt die Einrichtung zweckmäßig so, daß man in den Hilfsstromkreis
-Vorrichtungen, z. B. Relais, einschaltet, welche bei dem durch den Zeigerkontakt
erfolgten Stromschluß diesen Hilfsstromkreis sofort unterbrechen (oder in sich kurzschließen)
und gleichzeitig einen zweiten, zweckmäßig von der gleichen Stromquelle betätigten
Hilfsstromkreis einschalten, der die betreffenden Relais so lange in derselben Stellung
und damit den Zeigerkontakt stromlos hält, bis durch eine vermittels einer besonderen
Vorrichtung erfolgte kurze Unterbrechung dieses zweiten Hilfsstromkreises die Relais
wieder geöffnet werden, so daß nun entsprechend der in diesem Augenblick vorhandenen
Einstellung des Galvanometerzeigers eine neue Einstellung des ersten Hilfsstromkreises
durch die Kontaktvorrichtung erfolgen kann. Die Unterbrechung des zweiten Hilfsstromkreises
erfolgt am besten automatisch -und periodisch innerhalb gewisser Zeiträume, jeweils
für einen Augenblick, durch einen sogenannten elektrischen Zeitschalter; indessen
kann man dafür auch beliebige andere mechanische oder elektrische Auslösevorrichtungen,
wie Uhrwerke mit mechanischen oder elektrischen Schaltvorrichtungen o. .dgl., benutzen.
-
Im einzelnen -sei im folgenden die Wirkungsweise der beschriebenen
Anordnung für eine beispielsweise Ausführungsform zum Zwecke der Temperaturregulierung
eines elektrischen Ofens beschrieben.
-
In der Zeichnung ist i ein Thermoelement, 3 das durch den Meßstroin
angetriebene bewegliche Organ .des 'Strommessers, - z. B. ein stromdurchflossener
Rahmen, der unter dem Einfluß des von dem Thermoelement i -ausgehenden *und durch
Leitungen q. zugeleiteten Stromes sich bewegt. Das anzeigende Organ, z. B. der Zeiger
.des Meßinstrumentes ?, 3, ist mit 5 bezeichnet. Dieser ist an der von' der Stromquelle
.6, z. B. einem Gleich- oder Wechselstromnetz, einer Batterie o.:dgl.; ausgehenden
Leitung 7 beweglich, z. B. mit Hilfe
einer Feder 511, angeschlossen
und bewegt sich bei steigender Temperatur in der durch den Pfeil angegebenen Richtung.
Im Wege dieses Zeigers ist ein zweckmäßig einstellbarer Kontakt 9 angeordnet, dessen
jeweilige Stellung der Maximal- oder Minimaltemperatur entspricht, die im Ofen nicht
über- oder unterschritten werden soll. Bei Eintritt dieser Temperatur legt sich
der Zeiger 5 gegen den Kontakt 9 und schließt hierdurch den Stromkreis 7.
-
An diesen Stromkreis ist die Primärwickelung io eines Transformators
angeschlossen, dessen Sekundärwickelung i i durch die Leitungen 12 an den Stromkreis
4 angeschlossen ist. Der Stromstoß, der durch diesen Transformator in dem Moment
erzeugt wird, in dem sich der Zeiger 5 gegen den Kontakt c? legt, drückt den Zeiger
noch fester an den Kontakt an, so daß ein guter Durchgang des Stromes durch die
Kontaktstelle gesichert ist. In dem Hilfsstromkreis sind Relais, z. B. mechanische
oder Ouecksilberrelais, angeordnet, die im Augenblick der Berührung des Zeigers
mit dem Kontakt 9 die Ausschaltung des Hilfsstromes bewirken. Es sind z. B. in der
Leitung 7 zwei mechanische Doppelrelais 13, 1.1. und 15, 16 angebracht. Bei Schlüß
des Kontaktes 5, 9 geht Strom durch die Leitung 7 und die Relaisspulen 14, 15 und
bewirkt die öffnung des Kontaktes i8 und die Schließung von 17. Hierdurch wird der
Zweig des Stromkreises 7, in dem sich die Teile 14, io, 9, 5 befinden, kurzgeschlossen,
dafür aber der Sromkreis 8 eingeschaltet, wobei der Strom durch die Relaisspulen
13, 16 geht, die die Relaisspulen 14 und 15 in ihrer Wirkung ablösen und die Kontakte
17 und 18 in ihrer Stellung festhalten. Gleichzeitig wird das Relais ig mit Kontakt
2o des Heizstromkreises betätigt. Durch dieses Relais wird die automatische Schaltvorrichtung
des Heizstromkreises 21 bis 23 in Wirkung gesetzt, durch weiche der Ofenstrom ausgeschaltet
wird.
-
Der zur Relaisspule 24 gehörige Kontakt 25 wird betätigt von-.einem
Zeitschalter, d. h. einer Vorrichtung, die in gewissen beliebig regulierbaren Zeitabständen
automatisch je einen kurzen Stromstoß -in die Relaisspule 24 entsendet. Es sei beispielsweise
angenommen, - daß die Schließung des Zeigerkontaktes 5, 9 gerade während .der Periode
erfolgt ist, während deren die Spule 24 stromlos und daher das Relais 25 geschlossen
ist. Erfolgt nun bei Temperaturanstieg Schließung des Stromkreises 7 durch Kontakt
5, g und darauf durch Betätigung der Relais Umschaltung des Netzstromes auf 8, wobei
die Relaiskontakte 17 und iß in ihrer Stellung verbleiben, so öffnet sich
unter der Wirkung der Spule ig das Relais 2o, und der Ofen, der bisher über 2o,
21 eingeschaltet war, wird stromlos.
-
Während der folgenden Zeit tritt nun in bestimmten Abschnitten der
Zeitschalter in Tätigkeit, indem er jeweils durch einen kurzen Stromstoß in der
Spule 2.4 das Relais 25 öffnet und dadurch Stromkreis 8 stromlos macht, so daß die
Relaiskontakte 17,18 in ihre Anfangslage zurückgehen, den Stromkreis 8 öffnen und
dafür den Stromkreis 7 schließen. Hierdurch wird auch das Relais 1g, 2o stromlos,
so daß der Stromkreis 26 wieder geschlossen und durch Betätigung der Schaltvorrichtung
21 bis 23 der Ofenheizstrom wieder eingeschaltet wird.
-
Ist nun in diesem Zeitpunkt die Temperatur noch auf oder über der
maximalen Höhe und liegt demzufolge der Zeiger 5 noch an dem Kontaktorgan 9 an,
so bewirkt der durch den Stromkreis 7 hindurchgehende Strom sofort wieder die Betätigung
der Relais 17, 18 und damit die Ausschaltung des Stromes in 7 und den Schluß des
Stromkreises 8, was wiederum sofort die Ausschaltung des Ofenstromes zur' Folge
hat. War dagegen der Zeiger 5 infolge Sinkens der Temperatur bereits zurückgegangen,
so geht bei der Einschaltung der Relais 17., i8 kein Strom durch den Kreis 7, so
daß auch die Wiederöffnung dieser Relais sowie die wiederholte Ausschaltung des
Ofenstromes nicht .eintreten kann. Es -geht .also weiter Strom durch den Ofen, bis
die Temperatur wieder so weit gestiegen ist, daß der Zeiger 5 den Maximalkontakt
9 berührt.
-
Die beschriebene Anordnung kann in mannigfacher Weise im Rahmen der
Erfindung abgeändert werden. .So kann z. B., die Ausführung und Anordnung der Relais-
und Schaltvorrichtungen in verschiedenster Art erfolgen. Ferner können z. B. anstatt
.eines Maximal- .oder Minimalkontaktes -.auch mehrere Kontäkte, z. B. ein Minimal-
und ein Maximalkontakt, angeordnet werden, zwischen denen -der .Zeiger 5 hin und
her spielt. Bei dieser Anordnung sieht man für jeden Kontakt zweckmäßig einen besonderen
Transformator in entsprechender Schaltung vor, von denen jeder die Aufgabe hat,
den Zeiger in je einer extremen .Stellung an den betreffenden Kontakt anzudrücken.
Die S.chaltanoxdnungkann in diesem Falle so getroffen werden, daß beim Anstoßen
des Zeigers an den Minimalkontakt der Strom eingeschaltet wird und in .den .Zwischenstellungen
:des Zeigers .zwischen den beiden Kontakten eingeschaltet bleibt. Naturgemäß kann
-im Rahmen der vorliegenden "Erfindung die Anordnung auch so getroffen werden, daß.nach
Erreichung der Höchsttemperatur und der Betätiguhg
des Ofenschalters
22, 23 der-' Ofen nicht völlig vom Netz abgeschaltet wird, sondern beispielsweise
nur Teile der Heizwickelungen oder daß vor den gesamten Ofen ein Vorschaltwiderstand
eingeschaltet wird, der die Stromstärke so weit herabsetzt,- daß die Ofentemperatur
sinkt. An Stelle dieses Vorschaltwiderstandes kann auch' eine Drosselspule treten,
oder es kann' durch Betätigung eines Reguliertransformators die Spannung an den
Ofenklemmen so weit herabgesetzt werden, daß die Temperatur des Ofens äbnimmt. Als
Stromquelle für den Hilfsstromkreis kann in gleicher Weise Gleichstrom wie Wechselstrom
(bei nicht zu hoher- Periodenzahl) verwendet werden, so daß man-- die Anordnung
in-Verbindung mit jedem beliebigen- Gleich- oder Wechselstromnetz'verwenden kann.
-Ebenso ist die Verwendbarkeit -der Vorrichtung nach der Erfindung keineswegs beschränkt
auf gleichgerichteten Meßstrom, wie er etwa von Thermoelementen geliefert wird,
sondern ihre Betätigung kann in gleicher Weise auch durch Wechselströme stattfinden,
z: B, im Falle der --Temperaturregulierung von Ofen bei Verwendung von Wechselstromgespeisten
Widerstandsthermometern bekannter Art für die Messung der Ofentemperatur.
-
Unter Zeiger des Meßinstrumentes ist im Sinne der Erfindung jedes
Organ dieses Instrumentes verstanden, welches unter dem Einfluß der das Instrument
durchfließenden Ströme eine Bewegung vollführt. So ist es z. B. nicht nötig, daß
die Kontaktgäbe durch den vor der Skala des Instrumentes spielenden eigentlichen
Zeiger selbsterfolgt, sondern es kann hierzu jedes sonstige durch die Stromwirkung
bewegte Organ, z. B. die Drehspule des - Strommessers. oder der - bewegte Eisenkern
bei elektromagnetischen In-. strumenten usw., oder auch jeder beliebige Teil des
zwischen dei "unmittelbar- bewegten Organ und dein eigentlichen Zeiger vorhandenen
Triebwerkes verwendet werden.
-
Die Verwendungsmöglichkeit der beschriebenen Vorrichtung ist eine
sehr- vielseitige. Man kann mit ihr z. B.' beliebige Alarmvorrichtungen oder Schaltvorrichtungen
für bestimmte maximale oder .minimale Stromstärken betätigen wie auch jede beliebige
Regulierung von durch elektrische Ströme in, einem Strommesser zu - verfolgenden
Vorgängen, wie z. B. gemäß -den oben beschrie-' benen -Fällen zur Regulierung der
Tempera-. turen von elektrischen Ofen durch Reggulierang des Herzstromes. Genau
so gut kann. man auch die Temperaturregulierung -von. z. B. durch .Gas geheizten.
Öfen .oder-,die Re-' gutierüng von' -sonstigen durch,- -elektrische: Temperaturmeßvorrichtungen
kontrollierten Heiz- oder' Kühlvorrichtungen durchführen, - indem man an Stelle
des durch die Relais gesteuerten elektrischen 'Schalters für den Heizstrom des Ofens
mechanische oder elektrische Reguliervorrichtungen, wie - Hähne, elektrische Gasregulierventile
u. dgl., für die Zufuhr der, betreffenden Heiz- oder Kühlmittel vorsieht: -In allen
Fällen erfolgt unter Wirkung der bei Schließung bzw. Unterbrechung des Hilfsstromes
induzierten Impulse auf das bewegliche Organ des Strommessers die Auslösung, der
regulierenden Wirkung der Schaltorgane mit höchster Genauigkeit und Schnellheit
-und dadurch die Regulierung selbst mit einer Schärfe, die der mit den bisher bekannten
Vorrichtungen erreichbaren weit überlegen ist.