DE635637C - Dauernd erregtes Steuerrelais, insbesondere fuer Spannungs- oder Stromregulierapparate, mit einem schwingfaehig gelagerten, mit einem eisenhaltigen Magnetsystem zusammenarbeitenden Magnetanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltrelais, auf dessen Anker außer der elektromagnetischen, elektrodynamischen o. dgl. Relaiskraft noch eine Gegenkraft einwirkt, die den Anker stets in eine bestimmte Stellung zu bewegen sucht. Der Relaisanker hat zwei Endstellungen, in denen er beispielsweise Schalter betätigt. Derartige Relais kann man zur Spannungsregelung in Netzen oder Netzteilen verwenden, wenn man ihre Magnetwicklung an die zu überwachende Spannung legt und ihre Schalter unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung von Schützen, Hilfsmotoren o. dgl. auf eine Spannungsreguliereinrichtung arbeiten läßt. Das Relais kann man aber außer zur Spannungsregelung auch zur Regelung von anderen Größen, z. B. zur Regelung des Stromes, des Leistungsflusses, der Frequenz o. dgl., benutzen, wenn man auf seine Magnetwicklung eine Spannung oder einen Strom einwirken läßt, der diesen Regelgrößen entspricht. Solche Relais ergeben aber immer eine ziemlich unruhige Regelung, da der Regelapparat fortgesetzt im einen oder im anderen Sinne durch das Relais betätigt wird.

Man hat vorgeschlagen, durch Zwischenschaltung von Verzögerungseinrichtungen, wie thermischen Einrichtungen, Laufwerken o. dgl., den Regelbetrieb zu verbessern. Durch diese Zusatzeinrichtungen wird aber das Relais verwickelter und teurer, unter Umständen weniger betriebssicher.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, zwecks Erzielung eines ruhigen Regelbetriebes statt der Relais mit einer auf den Anker einwirkenden Gegenkraft Relais mit umlaufenden Ankern zu verwenden, z. B. zur Überwachung der Spannung £²-Zähler, und die Drehzahl des Ankers durch ein Differentialgetriebe mit einer zeitlich Unveränderlichen Drehzahl zu vergleichen. Je nach dem Vorzeichen der Drehzahldifferenz wird dann die Regeleinrichtung im. einen oder anderen Sinne betätigt. Zwischen den beiden Betätigungsstellungen des die Drehzahldifferenz überwachenden Differentialgetriebeteiles kann man eine kleinere und größere neutrale Zone anordnen, die je nach den Drehzahlen der Anker und nach den Übersetzungsverhältnissen mehr oder weniger langsam durchlaufen wird, so daß also auch hier die Trägheit und die Empfindlichkeit der Regeleinrichtung auf einen günstigen Wert eingestellt werden können. Solche Relais erfordern aber neben dem Differentialgetriebe zwei Systeme mit durchlaufendem Anker.

Nicht in den Aufgabenbereich der Erfindung gehören einige bekannte Relais mit stabilen Mittelstellungen, einerseits weil sie für Regulierzwecke überhaupt nicht geeignet sind, andererseits weil sie nicht dauerndlan einer zu überwachenden Spannung oder an einem zu steuernden Strom liegen, sondern nur mit Spannungs- oder Stromstößen betätigt bzw. nur vorübergehend an Spannung oder Strom gelegt werden.

So dient ζ. B. ein bekanntes Relais mit einer stabilen Zwischenstellung zur dauernden Anzeige eines Spannungsausfalles. Es ist so beschaffen, daß es auch beim Wiederkehren der Spannung nicht in seine Ausgangslage zurückkehrt.

Ein anderes bekanntes Relais, das zu Fernsteuer- oder Fernanzeigezwecken dient, nimmt im stromlosen Zustand eine stabile Zwischenstellung ein, bei Einschalten mit der einen Polarität gelangt es in eine erste, bei Einschalten mit entgegengesetzter Polarität in eine zweite Endstellung.

Im Gegensatz zu diesem bekannten Relais bezieht sich die Erfindung auf ein von einem Wechselstrom oder einem stets im gleichen Sinne wirkenden Gleichstrom oder von einer Wechselspannung oder einer stets im gleichen Sinne wirkenden Gleichspannung dauernd erregtes Steuerrelais, insbesondere für Spannungs- oder Stromregulierapparate, mit einem schwingfähig gelagerten, mit einem eisenhaltigen Magnetsystem zusammenarbeitenden Magnetanker. Die Erfindung hat die Aufgabe, ohne Zuhilfenahme von dauernd umlaufenden Ankern und thermischen oder mechanischen Verzögerungseinrichtungen einen ruhigen Reglerbetrieb zu erzielen.

Erfindungsgemäß ist durch kammartiges Auszacken oder Abschrägen des doppelarmig ausgebildeten, unter der Einwirkung einer Rückzugsfeder stehenden Ankers, durch Anordnung der auf die Ankerarme einwirkenden Ankermagnete in verschiedenem Abstand gegenüber den beiden Armen oder ähnliche Mittel ein etwa linearer Anstieg der Magnetzugkraft in Abhängigkeit vom Ankerweg erzielt. Ferner sind durch eine Hilfskraft o. dgl. die durch die Kontaktbetätigung verursachten Bewegungswiderstände wenigstens annähernd derart ausgebildet,

daß der Relaisanker zwischen der einem Überwert der Spannung oder des Stromes entsprechenden Endstellung und der einem Unterwert der Spannung oder des Stromes entsprechenden Endstellung eine einem gewissen Toleranzbereich

+5. entsprechende stabile Mittelstellung hat.

Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung in zwei verschiedenen Ansichten dargestellten Beispieles erläutert werden. Auf der bei 1 und 2 gelagerten Ankerwelle 3 sind der doppelarmige Anker 4, die geschlitzten Ringmagnete 5, 6 und der doppelarmige Hebel 7 befestigt. Die Federn 8, von denen auch eine weggelassen werden kann, suchen den Anker 4 in die durch den Anschlag 9 festgelegte eine Endstellung zu drängen, in der der Schlitz des Ringmagnets 5 dem an der beweglichen Kontaktfeder 10 des Röhrenschalters π angebrachten Eisenanker 12 zunächst liegt, den Eisenanker 12 also anzieht und dadurch den Schalter 11 geschlossen hält. Wird das Relais beispielsweise zur Spannungsregelung verwendet, so steuert der Schalter 11 eine Vorrichtung zur Erhöhung der Spannung, bewirkt z. B. die Einschaltung _ der Erregerwicklung eines in den Zug eines Netzleiters eingeschalteten Zusatztransformators.

In der nicht dargestellten zweiten Endstellung ist der Schlitz des Magnets 6 in unmittelbarer Nähe des Ankers 22 an der beweglichen Kontaktfeder 20 des Röhrenschalters 21 angelangt; es ist also nunmehr dieser Schalter geschlossen, während sich der Schalter 11 in der Offenstellung befindet. Der Schalter 21 betätigt beispielsweise eine Vorrichtung zur Herabsetzung der Spannung, bewirkt also beispielsweise die Abschaltung der Erregerwicklung des Zusatztransformators. In diese zweite Endstellung kann der Anker 4 nur dann gelangen, wenn die Zugkraft der Elektromagnete 31, 32 derart groß ist, daß die Rückzugsfeder 8 entsprechend gespannt wird, wenn also beispielsweise die Spannung übermäßig angestiegen ist.

Zwischen diesen beiden Endstellungen hat der Anker eine neutrale Zwischenstellung, in der beide Schalter 11 und 21 offen sind. Bei den bekannten Relais bewegt sich der Anker immer nur ruckartig durch diese Zwischenstellung hindurch und verursacht deshalb einen unruhigen Regelbetrieb.

Erfindungsgemäß ist nun der Anker derartig geformt und die auf ihn wirkenden Kräfte sind derartig abgeglichen, daß er betriebsmäßig, wenn die zu regelnde Größe den Sollwert hat, dauernd in der neutralen Zwischenstellung stehenbleibt. Zu diesem Zweck sind einerseits die Elektromagnete 31 und 32 gegenüber den beiden Armen des Ankers 4 in verschiedenem Abstand angeordnet, andererseits sind die Ankerarme kammartig gezackt. .Man erhält dadurch in Abhängigkeit vom Ankerweg ein annähernd lineares Anwachsen der Magnetkraft. Ferner sind die auf die Ankerwelle 3 einwirkenden Drehmomente, die durch das Zusammenwirken der Ringmagnete 5,6 mit den Schalterankern 12, 22 zustande kommen, durch elastische Kräfte ausgeglichen. Diese elastischen Kräfte werden durch die Federn 40 erzeugt, die die Arme des doppelarmigen Hebels 7 angreifen, und zwar sind die Hebelarme und die Längsachsen der Federn derart angeordnet, daß in der strichliniert in Fig. 2 angedeuteten Zwischenstellung die Federachsen in die Verlangerung der Hebelarme fallen, auf den Anker also durch die Federn 40 kein Drehmoment ausgeübt wird. In den Endstellungen dagegen bilden die Federachsen mit den Hebelarmen einen Winkel und ergeben deshalb ein wirksames Drehmoment. Die Federzugkräfte, Hebelarmlängen und Winkel sind derartig gewählt, daß gerade die durch das Zusammenwirken der Ringmagnete 5, 6 und der Magnetanker 12, 22 entstehenden Magnetzugkräfte ausgeglichen werden.

Auf den Anker wirken ferner noch Bremskräfte, die unter anderem durch Reibung in den

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Lagern ι und 2 bedingt sind. Diese Bremskräfte suchen "den Anker festzuhalten und, da die Reibung gegeneinander ruhender Teile stets größer ist als die Reibung gegeneinander bewegter Teile, nehmen diese Bremskräfte stets rasch ab, wenn der Anker einmal durch den Überschuß der Magnetzugkraft oder der Gegenkraft in dem einen oder anderen Sinne in Bewegung gesetzt worden ist. Es besteht also die Gefahr, daß, wenn beispielsweise die Spannung von einem zu großen Wert auf den Sollwert herabgeregelt worden ist, der Anker, nachdem einmal in der einen Endstellung die Bremskraft überwunden ist, ruckartig gleich in die andere Endstellung durchgezogen wird. Statt nun in die dem Sollwert der Spannung entsprechende Mittelstellung zurückzuschwingen, wird er in dieser anderen Endstellung festgehalten, weil hier der Anker bei der Bewegungsumkehr vorübergehend zum Still-

ao stand kommt und infolgedessen die Reibung wieder in voller Größe auftritt.

Um nun auch diese Schwierigkeiten zu beseitigen, sind die Lager 1 und 2 soweit als möglich von Magnet- und Federzugkräften entlastet.

Der Anker ist zu diesem Zweck zweiarmig ausgeführt; auf jeden Arm wirkt ein besonderer Magnetpol 31 bzw. 32. Auch der Hebel 7 ist zu diesem Zweck doppelarmig ausgeführt. Auf jeden Arm wirkt eine besondere Feder 40; ferner wirkt auch auf jeden Ankerarm eine durch die Federn 8 erzeugte Rückzugskraft. Die Kräfte sind also symmetrisch verteilt und ergeben praktisch keine zusätzlichen Lagerdrücke.

Es empfiehlt sich, die durch die Magnetschalter 11 und 21 und durch die Federn 40 erzeugten Zusatzkräfte nicht vollständig gegeneinander abzugleichen, damit sich der Anker in den Endstellungen nicht schleichend, sondern ruckartig bewegt und insbesondere ein langsames Auseinanderziehen der Kontakte in den Schaltern 11 und 21 verhütet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Kontakte ruckartig geöffnet; die Bildung eines langer andauernden, die Kontaktflächen zerstörenden

+5 Lichtbogens wird dadurch verhütet. Der Anker hat in den beiden den Öffnungswegen der Schalter 11 uncl 21 entsprechenden Stellungen magnetische Haltepunkte, die auf das Zusammenwirken der Schalteranker 12, 22 und der Ringmagnete 5 und 6 zurückzuführen sind.

Im Ausführungsbeispiel sind die durch die Schalteranker 12, 22 hervorgerufenen Zusatzkräfte durch Federkräfte (Federn 40) ausgeglichen. Man kann sie aber auch durch andere magnetische Zusatzkräfte aufheben, indem man beispielsweise am Schaltergestell weitere Eisenstücke anbringt, die gegen die Anker 12, 22 in der Drehrichtung der Ringmagnete 5,6 versetzt sind. Unter Umständen kann man auf der Ankerwelle 3 noch einen weiteren geschützten Ringmagnet anordnen, der mit solchen Eisenstückchen zusammenarbeitet unter solcher Versetzung der Magnetschlitze oder der Eisenstücke, daß sich die magnetischen Zugkräfte der Eisenstücke und der Anker 12, 22 gegenseitig ausgleichen. Statt der magnetisch betätigten Schalter π, 21 kann man das Relais auch mit Federschaltern ausrüsten und die durch die Schalterfedern hervorgerufenen Zusatzkräfte in der oben angegebenen Weise durch Magnetkräfte oder andere Federkräfte ausgleichen. Statt der Federkräfte können natürlich auch Schwerkräfte verwendet werden.

Im Ausführungsbeispiel sind ferner die Ankerarme 4 kammartig gezackt. Statt dessen kann man auch die Pole der Elektromagnete 31, 32 zackig ausführen oder die Pole bzw. die Ankerarme bezüglich des Ankerweges abschrägen oder in Richtung des Ankerwegs verjüngen. Auch dadurch wird eine günstige Abhängigkeit der Magnetzugkraft vom Ankerweg erzielt.

Derartige Relais, namentlich das im Ausführungsbeispiel dargestellte, ermöglichen eine Spannungsregelung in sehr feinen Grenzen, so kann z. B. die Spannung mit einer Genauigkeit von ι bis 2% eingeregelt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Von einem Wechselstrom oder einem 90-stets im gleichen Sinne wirkenden Gleichstrom oder von einer Wechselspannung oder einer stets im gleichen Sinne wirkenden Gleichspannung dauernd erregtes Steuerrelais, insbesondere für Spannungs- oder Stromregulierapparate, mit einem schwingfähig gelagerten, mit einem eisenhaltigen Magnetsystem zusammenarbeitenden Magnetanker, dadurch gekennzeichnet, daß durch kammartiges Auszacken oder Abschrägen des doppelarmig ausgebildeten, unter der Einwirkung einer Rückzugsfeder stehenden Ankers, durch Anordnung der auf die Ankerarme einwirkenden Erregermagnete in verschiedenem Abstand gegenüber den beiden Armen oder ähnliche Mittel ein etwa linearer Anstieg der Magnetzugkraft in Abhängigkeit vom Ankerweg erzielt ist, und daß ferner durch eine Hilfskraft 0. dgl. die durch die Kontaktbetätigung verursachten Bewegungswiderstände wenigstens annähernd derart ausgeglichen sind, daß der Relaisanker zwischen der einem Überwert der Spannung oder des Stromes entsprechenden Endstellung und der einem Unterwert der Spannung oder des Stromes entsprechenden Endstellung eine einem gewissen Toleranzbereich entsprechende stabile Mittelstellung hat.

2. Steuerrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschalter des Relais vom Anker aus magnetisch betätigt

sind (geschlitzter Ringmagnet 6 auf der Ankerachse 3) und daß die durch die Kontaktbetätigung hervorgerufenen Bewegungswiderstände durch auf den Anker einwirkende Hilfsfedern (40) ausgeglichen sind,

3. Steuerrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der von der Betätigung der Schalter herrührenden Bewegungswiderstände eine besondere an einem Hebelarm (7) des Ankers angreifende Federkraft (Feder 40) dient, die in einer Zwischenstellung des Ankers in Richtung des Hebelarms (7) liegt, in den Endstellungen dagegen Winkel mit dem Hebelarm bildet,

4. Steuerrelais nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Anker wirkenden Zusatz- und Hilfskräfte in den den öffnungswegen der Steuerschalter entsprechenden Ankerstellungen nur tmvollkommen gegeneinander abgeglichen sind, zum Zwecke, ein ruckartiges öffnen der Schalterkontakte zu erzielen (magnetische oder mechanische Haltepunkte).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen