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Empfangsgerät zur elektrischen Fernsteuerung durch überlagerte tonfrequente
Ströme Die sichere Arbeitsweise der Empfangsgeräte für den Elektrizitätsverteilungsnetzen
-überlagerte Steuierströmie von höherer Frequenz oder von Tonfrequenz hängt zum
großen Teil von dem Grad der Unempfindlich keit der Empfangsgeräte gegenüber Störströmen
aller Art ab, die in den Netzen entstehen und sich dort fortpflanzen können. Besondere
Aufmerksamkeit erfordern, dabei die harmonischen Ströme, denen Stärke und Hartnäckigkeit
in gewissen Fällen ein unzeitiges Ansprechen der in den Fernsteueranlagen verwendeten
Empfangsgeräte zur Folge haben kann.
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Um den Einfluß dieser Störströme herabzusetzen, hat man den Selektivitätsgrad
der Empfangsgeräte erhöht, indem man beispielsweise elektrische oder mechanische
oder kombinierte Abstimmungen, Modulationen der überlagerten Trägerströmie u. dgl.
verwendete. So hat man beispielsweise in einfachen, ohne Servomotor arbeitenden
Resonanzempfängern die Verwendung zweier schwingender ` Lamellen von etwas, unterschiedlichen
Eigen-Schwingungsfrequenzen vorgeschlagen, die gleichzeitig ;erregt werden müssen,
um ein Ansprechen des Gerätes herbeizuführen. Aus der Forderung, beeide Lamellen
gleichzeitig zu erregen, folgt, daß die Erregungsfrequenz nicht genau mit der Eigenfrequenz
der die Steuerwirkung herbeiführenden Lamelle übereinstimmt, wodurch die Resonanzfähigkeit
dieser Steuerlamelle nur unvollkommen ausgenutzt und der Wirkungsgrad des Systems
erheblich verschlechtert wird, denn die überlagerten Steuerströme müssen eine höhere
Spannung haben, als wenn ihre Frequenz genau mit derjenigen der den Steuerimpuls
vermittelnden Lamelle übereinstimmen würde. In gewissen Fällen hat man auch die
untere Spannungsgrenze, auf welche die Empfangsgeräte ansprechen, erhöht, um die
Betätigung dieser Geräte durch Störströme weniger wahrscheinlich, wenn nicht gar
unmöglich zu machen. In diesem Fall muß man jedoch zur Betätigung der Empfangsgeräte
eine größere Energie in die Netze schicken.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Gerät ist demgegenüber gegen
die Störströme innerhalb solcher Grenzen unempfindlich, die viel weiter sind' als
diejenigen, die bei Verwendung der bisher bekannten Empfangsgeräte zulässig sind.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß bei seinem Empfangsgerät mit einem auf überlagerte
tonfrequente Ströme ansprechenden, mit .einem von einer örtlichen Stromquelle gespeisten
Servomotor verbundenen Relais die Anordnung so getroffen, daß der Servomotor, bzispielsweise
mittels einer einerseits durch das Relais und andererseits durch den Servomotor
angetriebenen Nachlaufeinrichtung (Differential), die Dur(2hführung der. gewünschten
Steuerwirkungen bei normaler Erregung des
Relais durch die überlagerungsströme
sicherstellt, dagegen jede Steuerwirkung verhindert, wenn. das Relais durch Störströme
erregt ist. Auf diese Weise werden die zur Herbeiführung der Steuerwirkung herangezogenen
Organe weitgehend unabhängig gemacht von der Energie der überlagerten Ströme. Denn
der Servomotor sichert einmal die Durchführung der gewünschten Steuerwirkung bei
normaler Erregung des Relais, d. h. bei Erregung durch überlagerte Steuerströme
bestimmter Frequenz und ebenfalls bestimmter Spannung (die der Gattung dieser Empfangsgeräte
entsprechend verhältnismäßig niedrig sein kann), und außerdem verhindert der Servomotor
das Auftreten jeden Steuerimpulses, wenn das Relais nicht der normalen Erregung
durch die Steuerströme, sondern einer Erregung durch Störströme ausgesetzt ist.
Diese Doppelrolle des Servomotors macht mit anderen Worten das Empfangsgerät nach
der Erfindung von den Einflüssen der Störströme frei, wobei deren Unterscheidung
sowohl nach, der Frequenz als auch nach der Spannung erfolgt.
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Der wesentliche Vorteil des neuen Empfangsgerätes liegt darin, daß
man in denjenigen Fällen, in denen die Fernsteu-crung mittels den Elektrizitätsverteilungsnetzen
überlagerten tonfrequenten Strömen erfolgt, die Spannung des Überlagerungsstromes
wesentlich herabsetzen kann.. Aus den oben erläuterten Gründen ist man nämlich bei
den üblichen Fernsteuersystemen gezwungen, Steuerströme zu überlagern, deren Spannung
3 bis 5 % der Spannung der Nutzströme beträgt. Beim Erfindungsgegenstand dagegen
kann man unter Beibehaltung aller sonstigen Bedingungen mit der Spannung bis auf
i a'a dieses Wertes heruntergehen und hat doch die Gewähr für ein sicheres Arbeiten
der Anlage. Daraus folgt, daß die in dem Netz verbrauchte Leistung (d. h. die Leistung,
die im allgemeinen zum großen Teil in den durch das Netz gespeisten Geräten, wie
Lampen, Motoren _ usw., und nicht in den Empfangsgeräten für den überlagerten Strom
verbraucht wird), die dem Quadrat der Spannung des überlagerungsstnomes proportional
ist, im entsprechenden Verhältnis herabgesetzt werden kann, und zwar je nach Lage
des Falles von 9 oder 25 auf einen Wert von i.
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Ein Ansführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht,
ohne daß sich jedoch in diesem Ausführungsbeispiel die Erfindung erschöpft.
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Die beiden Leitungen i und 2 stellen das Netz dar, auf das in bekannter,
nicht näher dargestellter Weise Steuerströme, beispielsweise von Tonfrequenz, überlagert
werden. Ein. Schleifkontakt 3 kann nacheinander die verschiedenen für die Auslösung
der Steuerfunktionen dienenden Kontakte 4, 5 und 6 schließen. Der Schleifkontakt
sitzt auf einer Welle 7, und diese Welle trägt außerdem eine fest auf ihr verkeilte
Nockenscheibe 8 Die Scheibe weist drei Einschnitte 9, 10 und i i auf, deren
Anzahl der Anzahl der verschiedenen durch den Schleifkontakt 3 überwachten Steuervorgänge
entspricht. Ein bei 13 befestigter federnder Hebel 12 besitzt einen Vorsprung 14,
der auf dem Umfang der Nockenscheibe aufliegt und in die Kerben einfallen kann.
Der Hebel trägt außerdem einen isolierten Knopf 15, durch den eil-Kontaktpaar 16,17
geschlossen werden kann, sobald der Hebel i2 durch die Nockenscheibe angehoben wird.
Das äußerste freie linde des federnden Hebels 12 stützt sich auf einen um eine Achse
i 9 schwenkbaren Winkelhebel 18. Die Welle 7 kann durch ein Ritzel 20 im Sinne des
Pfeiles 21 angetrieben werden. Sobald der Vorsprung 14 des Hebels 12 in einer der
Kerben 9, 1o oder i i ruht, sucht der durch die Federkraft des federnden I-lebels
12 auf den Winkelhebel i 8 ausgeübte Druck diesen Hebel -im Sinne des Pfeiles 22
zu verschwenken. Auf das andere Ende 23 dieses Hebels 18 stützt sich eine Welle
2,1, die sich drehen kann und in zwei festen Gleitlagern 25 und 26 ruht. Diese Welle
wird im Sinne des Pfeiles 27 durch ein Feder r stück 28 gegen das Ende 2.# des Hebels
18 gedrückt, jedoch mit einer Kraft, die nicht ausreicht, um diesen Hebel in der
dem Pfeil 22 entgegengesetzten Richtung zu verschwenken. Die Welle 24 trägt außerdem
ein Ritzel 29, das mit dem obenenhähnten Ritzel2o zusammenarbeiten kann, wenn die
Welle 2.1 im Sinne des Pfeiles 27 verschoben wird. l-'-in anderes Ritzel 3o ist
auf einer Welle 31 gelagert, die zu den Wellen 7 und 24 parallel liegt, und dieses
Ritze13o kann das Ritze129 antreiben, sobald das letztere mit dem Ritzel 2o in Eingriff
stellt. (Es sei bemerkt, daß die Ritze129 und 30 auch dauernd im Eingriff
bleiben könnten.) Die Welle 31 wird durch irgendein nicht näher dargestelltes Zahnradgetriebe
von einem Motor 32 (Servomotor) angetrieben, der im wesentlichen konstante Umlaufsgeschwindigkeit
hat.
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Dieser Motor treibt auch über ein Ritzel 33 ein mit diesem in dauerndem
Eingriff stehendes Zahnrad 34 (und ein beliebiges" nicht dargestelltes Zahngetriebe)
an. Dieses Zahnrad trägt eine Schaltklinke 35, die ein Schaltzahnrad 36 im Sinne
des Pfeiles 37 antreiben kann. - Dieses Schaltzahnrad 36 ist fest mit dem Sonnenrad
38 eines Differentials verbunden, dessen mit dem Planetenrad 40 fest verbundene
@Velle 39 zwei Nockenscheiten
41 und 42 trägt. Die Nockenscheibe
41 wirkt auf einen Hebe143 ein mit Hilfe eines von diesem Hebel getragenen Stiftes
44. Der Hebel 43 kann sich um eine Achse 45 drehen. Eine Feder 46 ist einerseits
am Federstift 48 des Hebels 43 befestigt und andererseits an einem festen Stift
47. Der Hebel43 kami also unter dem Einfluß dieser Feder eine plötzliche Schnappbewegung
ausführen, sobald die Nockenscheibe 41 umläuft. Am Ende dieses Hebels sitzt eine
Schaltrolle 49, die in einer ihrer End- oder Ruhestellungen ein Kontaktpaar 50,
51 schließen kann. Dieses Kontaktpaar ist zu dem ob@engenannter Kontaktpaar 16,
17 parallel geschaltet. Sobald einer dieser Kontakte geschlossen ist, so wird der
Servomotor 32 mit Strom versorgt.
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Die andere von der Welle 39 getragene Nackenscheibe 42 wirkt auf einen
Hebel 52, der um ,eine Achse 54 verschwenkbar ist. Das äußerste Ende 55 dieses Hebels
52 kann den Hebel 18 entgegen der Pfeilrichtung 22 verscIiweiil@en, sobald die Welle
39 im Sinüe des Pfeiles 56 umläuft. Die Nackenscheiben 41 und 42 sind derart profiliert
und derart versetzt zueinander angebracht, daß, wenn sich die Welle 39 im Sinne
des Pfeiles 56 dreht, der Kontakt 50, 51 eine ausreichende Zeit vorher geschlossen
wird, ehe die Verschwenkung des Hebels 52 eins Verstellung des Hebels 18 zur Folge
hat.
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Das zweite Sonnenrad 57_ des obererwähnten Differentials ist fest
mit einem Zahnrad 58 verbunden, das sich im Sinne des Pfeiles 56 unter der Einwirkung
einer Schaltklinke 59 drehen kann, die ihrerseits mit einem schwingenden 'Organ
6o (Lamelle) in Verbindung steht. Die Verbindung zwischen diesen Organen und dem
Zahnrad kann beliebiger Art sein. Es kommt nur darauf an, d2.ß durch eine Schwingung
des Organs 6o das Zahnrad 57 angetrieben wird. Die Lamelle 6o wird von einem polarisierten
Magneten 61 getragen, der eine Erregungswicklung 62 besitzt. In Reihe mit dieser
Wicklung liegt eine Kapazität 63, die vorteilhaft mit der Reaktanz der Wicklung
auf die Frequenz des Überlagerungsstnomes abgestimmt ist, die außerdem der Eigenschwingungszahl
des schwingen en Organs 6o so nahe wie möglich liegt.
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Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende: Der dem Netz 1, 2 überlagerte
tonfrequente Strom fließt durch die Wicklung 62 und erregt die Lamelle 6o, die in
Schwingungen gerät. Diese Schwingungen werden in bekannter Weise mittels der Schaltklinke
59 auf das Zahnrad 58 übertragen, das seinerseits das Sonnenrad 57 im Sinne des
Pfeiles 56 antreibt. Die Welle 39 dreht sich dann in demselben Sinne. D#Enn das
Planetenrad 4o wird auch in demselben Sinn. angetrieben, weil das andere Sonnenrad
38 unter der Wirkung der Halteklinke 35 stillsteht. Nunmehr hebt die Nockenscheibe
41 den Hebel 43 an, dessen Stift 44 mit der Nockenscheibe zusammenwirkt. Der Hebel
43 schnappt daraufhin unter der Wirkung der Feder 46 um, und seine Schaltrolle 49
schließt, das Kontaktpaar 5o, 5 i, so daß der Motor 32 eingeschaltet wird. Dieser
treibt jetzt die Welle 31 und damit auch die Ritzel 33, 34 36 und das Sonnenrad
38 an. Dieses Sonnenrad 38 ist so gebaut, daß es langsamer umläuft als das Sonnenrad.
57. Infolgedessen fährt die Welle 39 fort, sich 1n1 Sinne des Pfeiles
56 zu drehen. Nunmehr verdreht die Nockenscheihe 42 den Hebel 52 mit Hilfe des Stiftes
53, und dieser Hebel, der sich mit seinem Ende 55 an den Hebel 18 legt, verschwenkt
seinerseits diesen Hebel 18 um seine Achse 19 entgegen der Richtung des Pfeiles
22. Dadurch wird einerseits der Hebel 12 angehoben, so daß der Vorsprung 14 aus
der Kerbe 9 herausgehoben, die Nackenscheibe 8 freigegeben und das Kontaktpaar 16,
17 geschlossen werden. Andererseits wird nunmehr die Welle 24 unter der E,inwirkung
der Blatt= feiler 28 im Sinne des Pfeiles 27=verschoben, und das Ritzel 29 tritt
mit den Ritzeln 2o und 30 zusammen. Jetzt werden die Welle 7, der Schleifkontaktarm
3 und die Nackenscheibe 8 im Sinne des Pfeiles 21 angetrieben.
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Sobald -die Aussendung des überlagerungsstromes aufhört, bleibt auch
das Sonnenrad 57 stehen, und nunmehr wird die Welle 39 mittels des Planetenrades
4o . durch - das Sonnenrad 38 entgegengesetzt dem Sinne des Pfeiles 56 angetrieben.
Der Hebel 52 gelangt wieder in seine Ausgangsstellung, wähnend der Hebel 18 in seiner
Stellung verbleibt, da der Vorsprung 14 des Hebels .12 auf dem Umfang der Nackenscheibe,
nämlich zwischen den Einkerbungen 9 und 1o, aufliegt. Nunmehr wirkt die Nackenscheibe
41 in einem dem oben angegebenen Sinn entgegengesetzten Sinn auf den Hebe143, dieser
schnappt wieder um-und öffnet das Koaitaktpaar 5o, 51. Endlich wird die Welle39
voll irgendeinem festen Anschlag (Ausgangsanschlag) angehalten, und da sich die
Achse des Planetenrades nicht mehr drehen kann, so beginnt das Sonnenrad 58 wieder
mit 'einer. Drehung im Sinne des Pfeiles 56. Während die= ser Zeit läuft die Nockenscheibe#8
immer im Sinne des Pfeiles z i um, so lange, bis der Vorsprung 14 iii die nächste
Kerbe 1o einfällt. In diesem Augenblick wird das Kontaktpaar 16, 17 unterbrochen,
die Erregung des Motors 32 bleibt aus, und die Welle 31 bleibt stehen. Gleichzeitig
wird die Welle 24
entgegen der Pfeilrichtung 27 durch den Hebel
18 zurückgeschoben, der gemeinsam mit dem Hebel 12 eine Schwenkung im Sinne des
Pfeiles 22 ausgeführt hat, während der Vorsprung 14 des Hebels 12
in die Kerbe 1 o einfiel. Das . Empfangsgerät bleibt stehen, der Schleifkontakt
3 befindet sich auf dem Steuerkontakt 5, und das Gerät ist zur Durchführung einer
neuen Steuertätigkeit bereit.
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Man erkennt, daß die verschiedenen durch den Schleifkontakt eingenommenen
Stellungen durch aufeinanderfolgende Steuerstromsendungen von geeigneter Dauer erreicht
werden. Die Anzahl der verschiedenen Steuerstellungen kann beliebig sein. Die gegenseitige
Stellung der verschiedenen Kerben der Nockenscheibe 8 kann insbesondere so eingerichtet
sein, daß bei einer beliebigen Ausgangsstellung des Schleifkontaktes 3 dieser immer
in einer bestimmten Stellung stehenbleibt, die einer Aussendung von überlagerungsstnom
von einer ebenfalls bestimmten Dauer entspricht.
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Die im Vorstehenden beschriebene Arbeitsweise entspricht einer normalen
Aussendung von überlagetungsstrom, die in übereinstimmung mit den Kennzeichnungsmerkmalen
des Empfangsrelais so vorgenommen wird, daß das Sonneiead 57 des verwendeten Differentials
mit einer geeigneten Minimalgeschwindigkeit angetrieben wird, die höher ist als
die Geschwindigkeit, die der mit konstanter Geschwindigkeit umlaufende Motor 32
dem Sonnenrad 38 erteilt.
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Wenn nun ein Störstrom durch die Wicklung 62 fließt, so wird eine
geringe Schwingung der Lamelle 6o hervorgerufen und infolgedessen leine verhältnismäßig
langsame Drehung des Sonnenrades @57, und zwar eine Drehung, die unterhalb der oben
genannten Minimalgeschwindigkeit liegt. Unter der Wirkung des Störstromes wird also
die Welle 39 mit geringer Geschwindigkeit im Sinne des Pfeiles 56 angetrieben, und
die Nockenscheibe 41 ruft, wie oben beschrieben wurde, ein Schließen des Kontaktes
50, 51 hervor. In diesem Augenblick läuft der Motor 32 an und treibt das Sonnenrad
38 mit einer Geschwindigkeit an, die höher ist als diejenige des Sonnenrades 57.
Daraus folgt, daß die Welle 39 in umgekehrtem Sinn bis zu dem Augenblick angetrieben
wird, in dem die Nockenscheibe-q.1.den Kontakt 5o, 51 unterbricht. Die Nockenscheibe
42 kann also in diesem Falle überhaupt nicht den Servomotor mit der den Schleifkontaktarm
3 tragenden Welle kuppeln. Der Empfänger spricht also nicht an, d. h. der Schleifkontakt
3 wird nicht verstellt. Wichtig ist, daß das Kontäktpaar 50, 51 schnell lein- und
ausgeschaltet wird und daß hierzu eine verhältnismäßig lange Bewegung der Nockenscheibe
¢ 1 erforderlich ist. Auf diese Weise wird das Kontaktpaar nicht durch allzu häufiges
Ansprechen unnütz stark beansprucht.
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Bei einer vereinfachten Ausführungsform wird der Motor 32 dauernd
mit Strom gespeist und treibt also dauernd das Sonnenrad 38 an, und zwar mit einer
Geschwindigkeit, die höher ist als diejenige, die durch einen Störstrom dem Sonnenrad
57 erteilt werden kann, die aber niedriger ist als die Geschwindigkeit, die dieses
Sonnenrad 57 durch einen normalen überlagerungsstroin erhält. Die Nackenscheibe
41 und die Kontaktpaare 5o, 51 und 16,17 fallen dann weg. Beim normalen Ansprechen
des Relais bewirkt die Nockenscheibe 42 nur die Kupplung des Motors 32 mit der Welle
7, die den Schaltarm 3 trägt. Die N'bckenscheibe 8 di-etit dann nur zum Abkuppeln
des Motors 32, der die WcIle antreibt, sobald es die Stellung der Nockenscheibe
42 gestattet.
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Diese Ausführungsform des Gerätes ist verhältnismäßig einfacher. Sie
erfordert aber eine dauernde Drehung gewisser Organe und eine dauernde Speisung
des Servomotors.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Gerät bringt eine zusätzliche
Sicherung gegen die Einwirkung unerwünschter Störströme hervor in Grenzen, die für
die praktische Verwertbarkeit ausreichend sind und die. auf jeden Fall weiter sind
als die den bisher benutzten Geräten gesteckten Grenzen, bei denen kein Servomotor
verwendet wird, der der langsamen, gegebenenfalls zu unzeitigem Ansprechen des Relais
führenden Einwirküng von Steuerströmen entgegenwirkt.
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Es ist außerdem bemerkenswert, daß das Gerät nach der Erfindung unabhängig
ist von den übertragungsmitteln für die überlagerungsströme, von der Art oder Form
dieser Ströme, von den verwendeten Empfangseinrichtungen, die die Verlagerung dies
Steuerorgans herbeiführen. Das Gerät nach der Erfindung gestattet die Ausführung
jeder beliebigen elektrischen oder mechanischen Steuereinwirkung (Schließen oder
Öffnen von Stromkreisen bzw. Ein- oder Auskuppeln mechanischer Steuerelemente).