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Resonanzrelais, das durch höherfrequente, auf Elektrizitätsverteilungsnetze
überlagerte Wechselströme ferngesteuert wird Es ist bekannt, mit Hilfe überlagerter
tonfrequenter Ströme elektrische oder mechanische oder elektrische und mechanische
Resonanzrelais zu steuern, um willkürlich gewisse Tätigkeiten durchzuführen. Die
Auswahl zwischen den verschiedenen Steuertätigkeiten kann entweder getroffen werden
durch Anwendung einer bestimmten Steuerfrequenz oder durch Anwendung einer bestimmten
Modulation für jede Steuertätigkeit oder schließlich dadurch, daß man für jede Steuertätigkeit
eine bestimmte Zeitdauer vorsieht, während der das Zeichen ausgesendet wird.
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Gegenstand der Erfindung bildet ein der zuletzt genannten Gattung
angehörendes Gerät, bei dem das Resonanzrelais durch höherfrequente, auf Elektrizitätsverteilungsnetze
überlagerte Wechselströme ferngesteuert wird und hiernach seine Erregungsdauer die
Endstellung der von einem netzstromgespeisten Servomotor verstellten Organe bestimmt.
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Es ist bekannt, bei einem Resonanzrelais durch eine schwingende Lamelle
mittels einer Schaltklinke ein Rad anzutreiben und dieses durch eine während des
Verstellvorganges allmählich gespannte Feder bei Aufhören der Erregung in seine
Anfangslage zurückzuführen, wenn sich das Rad um mehr als 18o ° gedreht hat. Da
bei dieser Anordnung das angetriebene Rad aber immer nur um eine oder mehrere volle
Umdrehungen weitergeschaltet wird und das einzustellende Rad immer nur eine einzige
Endlage einnehmen kann, so ist diese Anordnung zur wahlweisen Herbeiführung einer
größeren Anzahl verschiedener Steuervorgänge schlecht geeignet, da dört die Schaltbewegung
unmittelbar durch die schwingende Lamelle selbst herbeigeführt wird, diese daher
mit erheblicher Dämpfung belastet ist, ist außerdem die Empfindlichkeit dieses bekannten
Resonanzrelais sehr gering.
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Es sind weiter Fernsteueranlagen bekannt, die nach dem Impulszahlverfahren
arbeiten und bei denen ein gewöhnlicher Elektromagnet die einzelnen aufeinanderfolgenden
Impulse empfängt und mittels eines durch ihn betätigten Schrittschaltwerkes eine
Wählerscheibe in Abhängigkeit von der Anzahl der Impulse verstellt. Ein die Schaltarbeit
leistender, für die Empfindlichkeit des Gerätes so wichtiger Servomotor wird dabei
also nicht verwendet. Dagegen ist ein Motor vorgesehen, der ausschließlich zum Rückstellen
dient.
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Der Gedanke, Resonanzrelais dadurch leistungsfähiger zu machen, daß
ein Servomotor an Stelle des ihn steuernden abgestimmten
Resonanzorgans
die eigentliche Schaltarbeit übernimmt, ist an sich wohlbekannt. Dieser Gedanke
wird nun in der Weise auf Resonanzrelais der obengenannten Gattung angewendet; daß
erfindungsgemäß das auf die Frequenz des Überlagerungswechselstromes abgestimmte
schwingende Organ bei seiner Erregung zunächgt mittels einer Nockenwelle die Sperrung
eines Schaltorgans (Schaltwelle) aufhebt, das nunmehr von einer Feder in eine durch
einen Anschlag bestimmte Ausgangslage gebracht wird, worauf der Servomotor durch
Schließen von Kontakten mittels einer Nockenscheibe eingeschaltet und wenigstens
für die Dauer der Aussendung der Überlagerungsströme erregt wird und während dieser
Zeit das Schaltorgan (Schaltwelle) von seiner Ausgangslage aus um ein, der Erregungsdauer
des Relais entsprechendes Maß verstellt. Die Erregung der Schwinglamelle veranlaßt
also stets die Überführung der Schaltwelle in eine gleichbleibende Lage, bevor der
Servomotor in Gang gesetzt wird, und der Servomotor kann nicht stillgesetzt werden,
solange noch die Erregung der Schwinglamelle anhält. Auf diese Weise wird die gewünschte
Verstellung vorgenommen, und zwar entsprechend dem Drehwinkel der Schaltwelle bzw.
entsprechend der Laufzeit des Motors, die ihrerseits wieder von der Erregungsdauer
der Lamelle abhängt.
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Es sind also zwei miteinander zusammenwirkende Gruppen von Organen
vorhanden, von denen die der ersten Gruppe auf die Überlagerungsströme abgestimmt
sind und nur zum selektiven Empfang dieser Steuerströme dienen, ohne selbst unmittelbar
irgendwelche Einstellarbeit zu leisten, und von denen die der zweiten Gruppe in
Abhängigkeit von der Tätigkeit der Organe- der ersten Gruppe die Einstellarbeit
leisten.- Die Anordnung besitzt eine hohe Selektivität, die in bekannter Weise dadurch
erreicht wird, daß sowohl das schwingende Organ, beispielsweise eine Stimmgabel
oder polarisierte Lamelle, als auch der elektrische Stromkreis, der dieses schwingende
Organ erregt, auf die Frequenz des das Relais speisenden Stromes abgestimmt sind.
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Durch die in der geschilderten Weise veranlaßte jedesmalige Rückkehr
des Gerätes in seine Ausgangsstellung, bevor überhaupt irgendein Manöver durchgeführt
wird, ergibt sich auch folgender Vorteil: Wenn einmal die Überlagerungsströme keinen
Apparat erreichen, besonders infolge kurzzeitiger im Übertragungsnetz eintretender
Unterbrechung, so ist man doch sicher, daß der erste darauffolgende Sendeimpuls,
der nun den Apparat erreicht, ihn in die richtige Steuerlage bringen wird, die gerade
der besonderen Sendedauer entspricht.
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Ein. Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung
beschrieben. - In der Zeichnung sind zwei Leiter i und 2 eines Netzes dargestellt,
dem in beliebiger bekannter Weise ein Steuerstrom, dessen Frequenz im Hörbereich
liegt, überlagert wird, beispielsweise mittels eines an, das Netz gelegten Generators
3 unter Zwischenschaltung eines Kondensators4. Das Empfangsgerät enthält eine Wicklung
`die zusammen mit dem Kondensator 6 auf die Frequenz des vom Generator 3 erzeugten
Stromes abgestimmt ist. Die `Vicklung 5 ist auf einem Magneten 7 angebracht, der
vorzugsweise polarisiert ist und eine schwingende Lamelle 8 erregt, die ebenfalls
auf die Frequenz des Überlagerungsstromes abgestimmt ist. Die Lamelle 8 wirkt mittels
einer Antriebsklinke 9 auf ein Zahnrad io ein. Es können jedoch auch andere bekannte
Mittel, z. B. ein Hammer oder Zwischenhebel, verwendet werden, um die Schwingungen
der Lamelle in eine Drehbewegung umzuwandeln. Das durch die Klinke 9 angetriebene
Zahnrad io dreht sich unter dem Einfluß der schwingenden Lamelle 8 in Richtung des
Pfeiles 12. Das Rad 12 ist fest mit dem Sonnenrad ii eines Differentials verbunden,
dessen Planetenrad 13 mittels eines Getriebes 14, 15 in Eingriff mit Nockenscheiben
steht, deren Zweck noch dargelegt wird. Das zweite Sonnenrad 16 des Differentials
läuft im Sinne des Pfeiles 17 um, wenn es durch einen Servomotor 18 über ein Getriebe
i9, 2o mittels einer Klinke 71 angetrieben wird.
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Der Servomotor 18 stellt einen kleinen Elektromotor dar, dessen Geschwindigkeit
im wesentliehen konstant und unabhängig von der Spannung seiner Speiseleitung und
gegebenenfalls von der Netzfrequenz ist. Außerdem steht der Motor über ein Getriebe
21, 22 in fester Verbindung mit einer Welle 23, die auf ihrem Ende ein. Ritzel 24
trägt, das in oder außer Eingriff mit einem Zahnrad 25 gebracht werden kann. Unter
der Wirkung eines Hebels 28, der eins der Enden 27 der Welle 23 trägt, kann diese
Welle leicht um ihr entgegengesetztes Ende 26 verschwenkt werden, ohne daß jedoch
dabei die Zahnräder 21 und 22 außer Eingriff kommen, Der Hebel 28 ist mittels einer
Achse 3o gelenkig mit einem anderen Hebel 29 verbunden. Die aus den Teilen 28 und
29 bestehende Einheit kann um eine feste Achse 31 geschwenkt werden. In der auf
der Zeichnung dargestellten Lage liegt das Ritzel24 unter der Wirkung der Schwere
auf dem Zahnrad 25 auf. Statt dessen könnte man auch eine Federwirkung benutzen.
Das Zahnradgetriebe 14, 15 wirkt auf eine Welle 32, die ihrerseits eine Nockenscheibe
33 trägt. Diese Scheibe besitzt einen Stift 34, dessen Bewegungsbereichdurch zwei
feste Anschläge 35 und 36 begrenzt ist. Ein Hebel 37 ist an der Nockenscheibe 33
um eine Achse 38 schwenkbar befestigt. Der Hebel 37 wird mittels einer Feder 39
gegen einen von derselben Nockenscheibe 33 getragenen Anschlagstift 40 gezogen.
Der
Hebel 37 ist derart angeordnet, daß er den Hebel 29 anheben kann, sobald
sich die Achse 32 im Sinne des Pfeiles 41 dreht. Umgekehrt wird der Hebel freigegeben,
so daß er den Arm 29 nicht anheben kann, wenn sich die Welle 32 in entgegengesetzter
Richtung dreht. Die Welle 32 trägt noch eine zweite Nockenscheibe 42, gegen die
sich ein um einen festen Zapfen 44 drehbarer Hebel 43 mit einem Stift 45 anlegt.
An dem diesem Stift entgegengesetzten Ende trägt der Hebel 43 einen isolierten Stift
46. Eine bei 48 befestigte Feder 47 trägt einen Kontakt 49 und in der Nähe ihres
äußersten Endes einen Vorsprung 5o. Diese Feder 47 legt sich derart gegen den Stift
46, daß der Stift 45 gegen die Nockenscheibe 42 gedrückt wird. Eine zweite Feder
51, die bei 52 befestigt ist, trägt auf ihrem freien Ende einen Kontakt 53, der
dem Kontakt 49 gegenüberliegt. Das Zahnrad 25 ist auf einer Welle 54 angebracht,
die sich im Sinne des Pfeiles 55 dreht, wenn sie vom Motor 18 angetrieben wird,
und umgekehrt im Sinne des Pfeiles 56 unter der Einwirkung einer Feder 57, deren
Enden an der Welle bzw. an einem festen Punkt 58 befestigt sind. Die Bewegung der
Welle 54 im Sinne des Pfeiles 56 ist nur möglich, wenn die Zahnräder 24, 25 nicht
in Eingriff miteinander stehen.
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Auf der Welle 54 sitzt eine Nockenscheibe 59, die mehrere Kerben 6o,
6-i und 62 trägt. Wenn der Vorsprung des Hebels 47 in eine dieser Kerben einfällt,
so wird der durch die Kontakte 49 und 53 hergestellte elektrische Stromkreis geöffnet.
Wenn umgekehrt der Vorsprung 5o von dem Stift 46 angehoben wird oder sich gegen
den Außenumfang der Scheibe 59 legt, so. ist der durch die Kontaktstücke 49 und
53 hergestellte Stromkreis geschlossen.. In dem ersten Falle ist der Motor 18 abgeschaltet,
im zweiten Falle eingeschaltet.
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Auf der Welle 54 ist ein Anschlag 63 befestigt. Mit 64 ist ein fester
Anschlag bezeichnet, gegen den sich der Stift 63 unter dem Einfluß der Feder 57
legt, wenn das Rad 25 nicht in Eingriff mit dem Ritzel 24 steht. Drei Nockenscheiben
68, 69 und 7o sitzen fest auf der Welle 54 und steuern die zugehörigen Kontakte
65, 66, 67. Die N ockenscheiben sind so eingestellt, daß die Kontakte 65, 66 oder
67 geschlossen sind, wenn der Vorsprung 50 in einer der Kerben 6o, 61 oder
62 liegt.
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In der Zeichnung ist die Ruhestellung des Gerätes wiedergegeben, in
der der Kontakt 65 geschlossen ist.
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Die Arbeitsweise des Gerätes ist folgende: Der Generator 3 ist mit
der Leitung i, 2 verbunden und überlagert dieser einen Strom von bestimmter Frequenz
während einer Zeit t1. Der auf diese Frequenz abgestimmte elektrische Kreis 5, 6
wird von dem Überlagerungsstrom durchflossen und erregt die Lamelle 8, die, in bekannter
Weise in Resonanz kommt. Die Zahnräder io und ii werden im Sinne des Pfeiles 12
angetrieben und ebenso die Achse des Planetenrades 13, denn das Sonnenrad 16 bleibt
stehen, wenn der Motor 18 keinen Strom erhält. Nurmehr wird die Welle 32 -im Sinne
des Pfeiles 41 angetrieben, der von der Nockenscheibe 33 getragene Hebel 37 hebt
den Arm 29 an, und dadurch wird das Ritzel 24 aus dem Zahnrad 25 ausgerückt während
einer Zeit, die dazu ausreicht, daß die `'helle 54 unter der Wirkung der Feder 57
im Sinne des Pfeiles 56 so lange gedreht wird, bis der Stift 63 sich gegen den festen
Anschlag 64 legt. Die Nockenscheibe 33 setzt ihre Drehung fort, bis sich der Stift
34 gegen den festen Anschlag 36 legt. In dieser Stellung ist der Hebel 37 vom Arm
29 freigekommen, und die Zahnräder 24 und 25 treten wieder zusammen. In diesem Augenblick
wird die Welle 32 blockiert und infolgedessen auch die Welle des Planetenrades
13. Dieses dreht sich um seine Achse und treibt dabei das Sonnenrad 16 entgegen
der Umlaufsrichtung des Triebrades ii an. Eine Klinke 71 gestattet dem Sonnenrad
16, sich in diesem Sinn zu drehen, obgleich der Motor 18 stillgesetzt ist.
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Die Nockenscheibe 42 wurde gleichzeitig mit der Scheibe 33 angetrieben,
und sie schwenkte dabei mittels des Mitnehmerstiftes 45 den Hebel 43 um seine Achse
44. Der von dem Hebel 43 getragene Isolierstift 46 hebt nunmehr die Blattfeder 47
an, wodurch der Kontakt zwischen den Kontaktstücken 49 und 53 geschlossen wird und
wodurch der Vorsprung 5o auf den Umfang der Nockenscheibe 59 gehoben wird. Die Entkupplung
der Zahnräder 24 und 25 einerseits und das Schließen der Kontakte 49 und 53 andererseits
können gleichzeitig oder in irgendeiner beliebigen Reihenfolge geschehen.. Sobald
diese beiden Handlungen durchgeführt sind, wird der Motor i8 durch das Schließen
der Kontakte 49, 53 eingeschaltet und treibt nunmehr einerseits die Welle 54 an,
die in ihre Ausgangslage zurückgekehrt war, und andererseits treibt er mittels der
Klinke 71 das Sonnenrad 16 mit einer Geschwindigkeit an, diel derart bemessen ist,
daß während der ganzen Dauer der Aussendung des Steuerstromes an dem Netz i, 2 das
Sonnenrad ii sich immer schneller zu drehen sucht als das Sonnenrad 16. Denn die
Achse 13 des Planetenrades wird ja durch die Blockierung der Welle 32 durch den
Stift 34 der Nockenscheibe 33 an dem Anschlag 36 festgehalten, Wenn die Zeichenaussendung
nach Ablauf der Zeit t1 aufhört, so bleibt das Sonnenrad ii stehen, und die Welle
32 wird nunmehr durch das Sonnenrad 16 entgegen der Richtung des Pfeiles 41 angetrieben.
Die Nockenscheibe33 geht nunmehr wieder zurück, aber der Hebel 37 hebt den Arm 29
nicht an, und infolgedessen bleiben die Zahnräder 24 und 25 miteinander in
Eingriff.
Andererseits geht die Nockenscheibe 42 in ihre Ausgangslage zurück, aber die Kontakte
49 und 53 bleiben geschlossen, weil sich der Ansatz 5o des Blattfederhebels 47 auf
den Außenumfang der Nockenscheibe 59 stützt. In dem Augenblick, wo der Stift 34
gegen den Anschlag 35 stößt, bleibt die Welle 32 stehen, und das Sonnenrad =i wird
nunmehr mittels des Planetenrades 13, das jetzt um seine unbeweglich gemachte Welle
umläuft, in Richtung des Pfeiles 12 angetrieben. Das durch die schwingende Lamelle
8 betätigte Steuersystem ist jetzt in. seine Anfangslage zurückgekehrt. Der Motor
18 setzt seinen Umlauf fort, indem er die Welle 54 so lange antreibt, bis der Vorsprung
50 in die Kerbe 6o einfällt. In diesem Augenblick gehen die Kontaktstücke
49 und 53 auseinander, und der Motor 18 bleibt stehen. Der Kontakt 65 ist jetzt
geschlössen, während die Kontakte 66 und 67 offen sind.
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Bei der beschriebenen Arbeitsweise wurde angenommen, daß die Zeit
.Ti, die die Welle 54 von ihrer Ausgangsstellung, bei der der Stift 63 an dem festen
Anschlag 64 liegt, bis zum Einfallen des Vorsprunges 50 in die Kerbe 6o braucht,
so groß ist, daß einerseits die Aussendung des Überlagerungsstromes beendet ist
und andererseits der Motor 18 genügend Zeit gehabt hat, die Welle 32 in ihre Ausgangslage
zurückzuführen, bei der der Stift 34 sich gegen den Anschlag 35 legt. Diese Zeit
Tz muß offenbar länger gehalten werden als die Zeit t1 der Aussendung, um eine gewisse
Sicherheit beim Arbeiten des Gerätes zu gewährleisten, besonders mit Rücksicht darauf,
daß die Geschwindigkeit des Sonnenrades =i sich in verhältnismäßig weiten Grenzen
halten kann und daß andererseits die Geschwindigkeit des Motors 18 ebenfalls gewissen
Änderungen unterworfen sein kann.
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Wenn man den höherfrequenten Strom auf die Leitung 1, 2 statt während
einer Zeit t1 während einer Zeit 1" die größer sein soll als T1, überlagert hätte,
so ist leicht einzusehen, daß in diesem Falle der Vorsprung 50 nicht in die
Kerbe 6o eingefallen wäre, da in dem Augenblick, in dem sich diese beiden Teile
gegenüberstanden, der Stift 34 sich unter dem Einfluß der Bewegung des Sonnenrades
i= noch gegen den Anschlag 36 gelegt hätte, und daß die Blattfeder 47 in diesem
Augenblick noch durch den Hebe143 angehoben gewesen wäre. Wenn man die Aussendung
in dem Augenblick unterbricht, in dem der Vorsprung 50 sich zwischen den
Kerben 6o und 61 'befindet, so erkennt man aus vorstehendem, daß die Welle 54 am
Schluß einer Zeit T, stehenbleibt, wenn der Vorsprung 5o in die Kerbe 61 einfällt.
In diesem Augenblick wird der Kontakt 66 geschlossen, während die Kontakte 65 und
67 offen sind. Wenn man schließlich auf die Leiter i, 2 einen Strom überlagert während
einer Zeitspanne t3, die größer ist als T2, so erkennt man, daß auf diese Weise
der Kontakt 67 geschlossen und die Kontakte 65 und 66 geöffnet werden.
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Das 'den Gegenstand der Erfindung bildende Gerät wurde in Anwendung
auf das Schließen von Kontakten beschrieben. Dabei ist ausdrücklich zu bemerken,
daß die Anzahl dieser Kontakte ganz beliebig ist und ausschließlich von der Anzahl
der in der Nockenscheibe 59 vorhandenen Kerben abhängt.
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Außerdem können die Profile der N ockenscheibe 68, 69 und 7o
beliebig ausgestaltet werden und zum gleichzeitigen oder nacheinander erfolgenden
Schließen und Öffnen von Stromkreisen, benutzt werden.
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Schließlich kann man das Gerät zur Herbeiführung unmittelbarer mechanischer
Steuerimpulse verwenden, insbesondere zum Ein- und Ausrücken von Uhrwerken in Zählern
mit wechselndem Tarif.