DE647538C - Dauernd erregtes Steuerrelais, insbesondere fuer Spannungs- oder Stromregulierapparate, mit einem schwingfaehig gelagerten, mit einem eisenhaltigen Magnetsystem zusammenarbeitenden Magnetanker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich 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. Es hat einen schwingfähig gelagerten, mit einem eisenhaltigen Magnetsystem zusammenarbeitenden Magnetanker und etwa linearem Anstieg der Magnetzugkraft in Abhängigkeit vom Ankerweg, was gemäß einem Vorschlag 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" erzielt wird.

Ferner sind die durch die Kontaktbetätigung verursachten Bewegungswiderstände durch eine Hilfskraft o. dgl. wenigstens annähernd derart ausgeglichen, daß der Relaisanker zwischen der einem Überwert der Spannung oder des Stroms entsprechenden Endstellung und der einem Unterwert der Spannung oder

, des Stroms entsprechenden Endstellung eine einem gewissen Toleranzbereich entsprechende stabile Mittelstellung hat.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung eines derartigen Relais und hat unter anderem die Aufgabe, die Arbeitsweise des Relais von Schwankungen der Raumtemperatur unabhängig zu machen. Der Einfluß der Temperaturschwankungen auf die Arbeitsweise derartiger Relais ist darauf zurückzuführen, 'daß bei Temp erarurzunahme der Ohmsche Widerstand der Magnetwicklung größer wird,, der Magnet also, wenn er an Spannung liegt, weniger Strom erhält und eine geringere Magnetzugkraft entwickelt, während die übrigen, meist von Federn erzeugten, auf den Anker einwirkenden Kräfte sich nur wenig mit der Temperatur ändern. Da man von derartigen Relais verlangt, daß sie die Spannung bis auf Bruchteile von Prozenten genau regeln, und da ein dreistufiges Arbeiten des Relais eine besonders feine Abstimmung der auf den Anker einwirkenden Kräfte verlangt, wird durch Temperaturschwankungen die Arbeitsweise des Relais nicht unerheblich beeinflußt.

Zur Beseitigung dieser Mängel wird bei einem solchen Relais erfindungsgemäß mit dem schwingfähig gelagerten Anker des das Relais antreibenden Elektromagneten ein als Schalter dienendes Quecksilberrohr von der

Gestalt eines Kreisringes oder Kreisringsektors derart verbunden, daß sich bei der Ankerbewegung die Schwerpunktlage des Quecksilbers nicht ändert. Die Anwendung; eines solchen Rohres bringt verschiedene Vorteile. Das Gewicht des Quecksilbers braucht bei der Eichung des Relais nicht berücksichtigt zu werden, es fallen Federkontakte, die eine besondere Temperaturkompensation erxo fordern würden, weg. Auch bei schleichender Bewegung des Rohres wird der Kontakt, insbesondere wenn die Elektroden amalgamiert sind, ruckartig geöffnet und geschlossen. Das sogenannte Pumpen des Relais wird dadurch vermieden. Durch Einschnürungen im Rohr kann die Relaisbewegung in einfachster Weise gedämpft werden. Dadurch werden zu fortgesetzten Kontaktunterbrechungen führende Zitterbewegungen der Ouecksilbermasse und ein Pendeln des Relaissystems vermieden. Auch ist das Relais in der Lage, verhältnismäßig große Ströme einwandfrei zu schalten, und es ergibt sich ein wenig Platz beanspruchender, einfacher und für die Massenfabrikation günstiger Aufbau.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ferner ein auf den Relaisanker in der Richtung der Magnetzugkraft einwirkendes Gewicht vorgesehen und der Summe der Magnetkraft und der Schwerkraft des Gewichtes durch eine Feder ein Gleichgewicht gehalten, bei solcher Abstimmung der einzelnen Kräfte, daß die durch Temperaturänderungen hervorgerufene Änderung der elastischen Kraft etwa gleich ist der Änderung der Summe der Magnet- und Schwerkraft. Dies bringt bezüglich Temperaturkompensation folgenden Vorteil: Die elastische Kraft des üblichen Federmaterials nimmt bei Temperatursteigerung nur wesentlich langsamer ab als die Magnetzugkraft. Wird nun die Magnetzugkraft durch eine von der Temperatur unabhängige Schwerkraft verstärkt, so ergibt sich für die Summe der beiden Kräfte eine wesentlich kleinere Temperaturabhängigkeit als für die Magnetkraft allein. Dadurch kann die Temperaturabhängigkeit dieser Kräftesumme so eingestellt werden, daß sie etwa gleich der Temperaturabhängigkeit der Federkraft ist.

Statt dessen oder außer den obengenannten! Maßnahmen können zur Temperaturkompensation auch die sonst üblichen Mittel, Vorschaltwiderstände mit negativem Temperaturkoeffizienten, Xebenschlußpfade, magnetische Legierungen mit bei Temperaturzunahme abnehmender magnetischer Leitfähigkeit, die entweder in einen Nebenschlußpfad des Elektromagneten oder derart im Hauptpfad angeordnet sind, daß sich die Verteilung des Flusses bei Temperaturzunahme im Sinne einer Zunahme der Magnetzugkraft ändert, verwendet werden.

_Λ Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels -erläutert werden.

Fig. ι zeigt das Relais von oben gesehen unter teilweiser Weglassung der Grundplatte. Fig. 2 zeigt das Relais in der Vorderansicht. Fig. 3 zeigt das Kräftediagramm des Relais. An der Grundplatte 1 ist mittels Bolzen der Rahmen 2 befestigt. Er besteht zum Teil aus dem bis auf einen Durchtrittsspalt für den Anker 4 geschlossenen Eisenkern 3 der Elektromagnete, die an ihren Polenden die Erregerspulen 5 tragen. Der Anker 4 ist mit seiner Achse 6 in dem Rahmen 1 gelagert und mit der Isolierscheibe 7 verbunden, die das Quecksilberrohr 8 mit dem Quecksilber 9, den Schaltkontakten 10 bis 12 und den dämpfend wirkenden Einschnürungen 13 trägt. Der Anker hat schräg zum Ankerweg -liegende, mit den Magnetpolen zusammenarbeitende Flanken 14. Auf den Anker wirkt im Sinne der Magnetzugkraft das Gewicht 15 und im entgegengesetzten Sinne die Feder 16 und ferner noch eine Feder 17, die den Anker in die neutrale Mittelstellung zu ziehen sucht. Die Ankerbewegung ist durch die mit dem Bolzen 18 zusammenarbeitenden Anschläge 19 beiderseits begrenzt. Die Anschlußleiter für die Kontakte 10 bis 12 sind radial nach einwärts etwa bis zur Drehachse der Scheibe 7 und von da aus an die Anschlußkontakte 20 geführt, damit sie möglichst wenig auf Biegung beansprucht werden und auch die Ankerbewegung nicht stören.

In Fig. 3 ist in Abhängigkeit vom Ankerweg s die auf den Anker einwirkende Magnetkraft P aufgetragen. Sie wächst bei Annäherung des Ankers an die Magnetpole etwa geradlinig an, erreicht ein flaches Maximum, sobald die Ankerflanke 14 in die Polflächen einschneidet, und fällt dann stark ab, wenn der Anker mehr und mehr die Polflächen überdeckt. Durch entsprechende Einstellung der Anschläge 18, 19 und der auf den Anker einwirkenden Kräfte der Federn 16, 17 und des Gewichtes 15 ist der Bereich b maximaler Magnetkraft des Ankerwegs j herausgegriffen. Die Kurve der Magnetkraft verläuft hier praktisch parallel zur Abszissenachse.

In Fig. 3 ist ferner mit etwas übertriebener Steigung die Kurve k der elastischen Kräfte »15 (Federn 16, 17) eingetragen. Je nach der Höhe der auf die Magnetwicklungen 5 einwirkenden Spannung liegt die Kurve der Magnetzugkraft höher oder tiefer. Es ergeben sich deshalb je nach der Höhe der Spannung iao verschiedene Ankerstellungen, die im Diagramm der Fig. 3 den Punkten 21 bis 23 ent-

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sprechen. Beim Punkt 22 ist der Anker in der neutralen Mittelstellung, beide Relaiskontakte und 12 sind stromlos. Beim Punkt 23 ist der Kontakt 12 geschlossen, bei Punkt 21 der Kontakt 10. Der Kontakt 12 wird, wenn das Relais zu Spannungsrfegulierzwecken verwendet wird, an einen Apparat zur Abwärtsregelung der Spannung, der Kontakt 10 an einen Apparat zur Aufwärtsregelung der Spannung angeschlossen.

Es ist besonders vorteilhaft, den Ankerweg gemäß Fig. 3 in den Bereich höchster Magnetzugkraft zu verlegen. Man kann ihn aber auch in einen anderen Bereich verlegen, doch soll dieser eine möglichst geradlinige Kurve für die Magnetzugkraft haben und so zur Kurve der elastischen Kräfte liegen, daß er diese nicht unter einem zu kleinen Winkel schneidet.

Claims (9)

Patentansprüche: 20

1. 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 Spannungsoder Stromregulierapparate, mit einem schwingfähig gelagerten, mit einem eisenhaltigen Magnetsystem zusammenarbeitenden Magnetanker mit etwa linearem Anstieg der Magnetzugkraft in Abhängigkeit vom Ankerweg und mit einer derartigen Abgleichung, daß der Relaisanker zwischen der einem Überwert der Spannung oder, des Stroms entsprechenden Endstellung und der einem Unterwert der Spannung oder des Stroms entsprechenden Endstellung eine einem gewissen Toleranzbereich entsprechende stabile Mittelstellung hat, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem schwingfähig gelagerten Magnetanker des das Relais antreibenden Elektromagneten ein als Schalter dienendes Ouecksilberrohr von der Form eines Kreisringes oder Kreisringsektors derart verbunden ist, daß sich bei der Ankerbewegung die Schwerpunktlage des Quecksilbers nicht ändert.

2. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilberrohr an einer oder mehreren Stellen mit Einschnürungen zur Dämpfung von Quecksilber- und Ankerzitterbewegungen versehen ist.

3. Schaltrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelektroden des Ouecksilberrohres wenigstens teilweise amalgamiert sind.

4. Schaltrelais nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Magnetanker eine die Zugkraft des Magneten verstärkende Schwerkraft (Gewicht 15) einwirkt und der Summe dieser Kräfte eine elastische Kraft (Feder) das Gleichgewicht hält, bei solcher Abstimmung der einzelnen Kräfte, daß die durch Temperaturänderungen hervorgerufene Änderung der elastischen Kraft etwa gleich ist der Änderung der Summe der Magnet- und Schwerkraft.

5. Schaltrelais nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise Z-förmige Magnetanker schräg zu seinem Schwingweg liegende, mit den Elektromagnetpolen zusammenarbeitende Flanken hat.

6. Schaltrelais nach. Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet einen bis auf den Durchtrittsspalt für den senkrecht zur Magnetachse schwingenden Anker geschlossenen Eisenpfad hat, auf dessen Polenden die Erregerwicklungen sitzen.

7· Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer oder statt der im Anspruch 4 angegebenen Mittel zur Temperaturkompensation den Magnetspulen Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten vorgeschaltet sind, die Elektromagnete mit Nebenschlußpfaden aus -Magnetlegierungen mit großem negativem Temperaturkoef fizienten der magnetischen Leitfähigkeit versehen sind, oder daß in dem Hauptpfad der Elektromagnete solche Legierungen derart angeordnet sind, daß sich bei Temperaturerhöhung eine Verschiebung des Flusses im Sinne einer Erhöhung der Magnetzugkra'ft ergibt.

8. Schaltrelais nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerweg im Bereich maximaler Magnetzugkraft (Fig. 3) liegt.

9. Schaltrelais nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker- 10g weg in einem Bereich der Magnetzugkraft liegt, in dem sich diese annähernd linear mit dem Ankerweg ändert und eine andere Steigung als die in Abhängigkeit vom Ankerweg aufgetragene Kurve der auf den Anker wirkenden elastischen Kräfte hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen