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Vom Verhältnis zweier Kräfte abhängiges Relais Die Widerstandszeitrelais
mit Ferrarissystem der bekannten Art beruhen darauf, daß ein Stromkern und ein Spannungskern
oder gegebenenfalls Kerne, die sowohl vom Strom als auch von Spannung erregt werden,
Drehmomente auf als Einstellglied wirkende, miteinander gekuppelte Ferrarisscheiben
ausüben, wobei die Bedingung einzuhalten ist, daß die Drehmomente in verschiedenem
Maße winkelabhängig sind. Es ist auch möglich, daß eins der Drehmomente winkelunabhängig
ist. Die Einstellung der Ferrarisscheibe in Abhängigkeit von der Größe des Widerstandes
wird dadurch erreicht, daß jede Winkelstellung der Ferrarisscheibe einem anderen
Größenverhältnis der beiden Drehmomente des Stromsystems und des Spannungssystems
entspricht.
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Es sind ferner Widerstandsrelais bekannt, bei denen zwei getrennte
Meßsysteme je ein Drehmoment auf einen gemeinsamen zweiarmigen Hebel ausüben und
bei denen durch ein Zeitwerk das Übersetzungsverhältnis zwischen diesen beiden Hebelarmen
geändert wird, bis die Kraft des Stromsystems über die Kraft des Spannungssystems
überwiegt.
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Die Erfindung betrifft eine wesentlich einfachere Konstruktion eines
Widerstandsrelais mit einem Einstellglied, dessen Einstellung der Größe des Widerstandes
entspricht. Außerdem hat die Einrichtung nach der Erfindung auch den Vorteil, daß
die Änderung der Größe des Drehmomentes der beiden Systeme nicht dadurch erreicht
wird, daß wie bei bekannten Bauarten durch magnetische oder elektrische Mittel eine
Änderung der Größe des Drehmomentes bei einer Winkelverdrehung des Einstellgliedes
eintritt. Diese elektrischen oder magnetischen Mittel, die beispielsweise darin
bestehen, daß die Eintauchtiefe der Ferrarisscheibe in den Luftspalt des Triebkerns
bei einer Verdrehung der Ferrarisscheibe geändert wird, ist zudem nachteilig, weil
sie stets mit einem großen
Kraftverlust verbunden ist. Denn je nach
der Tiefe der Eintauchüng der Ferrarisscheibe in den Luftspalt des Triebkern;. kommt
nur ein Bruchteil des @esamtJr@,,: flüsses nützlich zur Verwendung. Aych t 1rm ,
die erforderliche Eintauchtiefe und 1lUe° Änderung nur durch Versuche gefunden werden,
da die Wirkungen der Begrenzungskanten der Ferrarisscheibe auf die Triebflüsse theoretisch
nur angenähert und nur für gewisse vereinfachte Voraussetzungen geklärt werden kann.
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Diese zuletzt erwähnten bekannten Anordnungen, bei denen die Eintauchtiefe
der Ferrarisscheibe sich ändert, zwingen weiterhin dazu, die Breite des Triebkerns
in tangentialer Richtung der Ferrarisscheibe nicht über ein gewisses Maß hinaus
zu vergrößern bzw. sie macht es unmöglich, mehrere Triebkerne nebeneinander zu verwenden;
weil für jeden Triebkern nur ein gewisser Bruchteil des Umfanges der rerrarisscheibe
verfügbar sein kann, welcher nach irgendeiner unrunden Begrenzungslinie geformt
ist und bei Verdrehung in einer bestimmten Richtung eindeutig entweder nur eine
Vermehrung oder nur eine Verminderung der Eintäuchtiefe der Ferrarsscheibe gibt.
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Alle diese Nachteile werden durch die neue Konstruktion überwunden,
welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Ferrarissysteme, welche nicht eine unründe
Flächenbegrenzung zu haben brauchen, kraftschlüssig derart miteinander verbünden
sind, daß bei einer gemeinsamen Winkelverdrehung beider Systeme die Kraftübertragung
von dem einen System auf das andere System sich selbsttätig ändert. Die Lösung dieses
neuen Gedankens ist in verschiedener Weise möglich, beispielsweise dadurch, daß
jedes der beiden Ferrarissysteme mit einem Hebel ausgestattet ist und daß die beiden
Hebel infolge ihrer Formgebung jeweilig nur- einen Berührungspunkt miteinander haben,
welcher bei der Verdrehung der beiden Systeme eine derartige Verschiebung erfährt,
daß das Kraftübersetzungsverhältnis der beiden Hebel sich ändert. Die Hebel können
beispielsweise solche Form erhalten, d:aß sie, ohne aufeinander zu gleiten, vielmehr
lediglich aufeinander sich abwälzend, den Berührungspunkt von einer Lage dicht bei
der Achse des einen Systems bis in eine Lage dicht an der Achse des anderen Systems
verschieben. Das System kommt dann in derjenigen Lage zum Stillstand, in der ein
Gleichgewicht der Systemkräfte durch die Einstellung des. Hebelübersetzungsverhältnisses
erzielt ist.
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Eine andere Lösung besteht darin, daß zwei Ferrarissysteme durch ein
Kupplungsglied, beispielsweise einer Art Pleuelstange, miteinander verbunden sind,
wobei die Angriffspunkte der Kopplungsstange eine Winkelverschiebung gegeneinander
besitzen. Bei-, "spielsweise können zwei Ferrarisscheiben parnebeneinander
oder in der gleichen @;llel :'Ebene angeordnet sein und die Verbindungsstange bei
dein einen System in der Verbindungslinie der beiden Scheibemittelpunkte oder Achsen
und auf der anderen Scheibe auf einem dazu etwa senkrecht liegenden Radius liegen.
Bei dieser Anordnung sind die Kraftwirkungen, welche die Systeme, gleichbleibende
Drehmomente vorausgesetzt, aufeinander ausüben, von der Winkelstellung der beiden
gekuppelten Systeme derart abhängig, daß innerhalb eines gewissen Winkelbereiches
bei einer Verdrehung in bestimmter Richtung die Kraftwirkung des einen Systems abnimmt,
während die des zweiten Systems zunimmt. Ein derartiges Relais stellt sich daher
auf einen Winkel ein, der von dem Größenverhältnis der beiden Kräfte abhängig ist.
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Die soeben beschriebenen Anordnungen erlauben die Verwendung von Ferrarisscheibeii
mit kreisförmiger Begrenzungskante, von Ferraristrommeln oder von Trommelankern
bei Gleichstromrelais. Die Drehlnömente besitzen in allen Winkelstellungen die volle
der Erregerstromstärke entsprechende Höhe. Dadurch ist die volle Ausnutzung des
erzeugten magnetischen Kraftflusses gesichert. Da infolgedessen die beweglichen
Systeme vollkommen symmetrisch ausgebildet sein können, bereitet es jetzt keine
Schwierigkeiten, mehrere Magnetsysteme nebeneinander auf dieselbe Ferrarisscheibe
zur Einwirkung zu bringen. Nur soweit eine gegenseitige Beeinflussung der Magnetsysteme
störend wirken könnte, empfiehlt sich eine Unterteilung der elektrisch leitenden
Ferrarisscheibe durch radiale Schlitze. Man kann nunmehr Stromsysteme oder Spannungssysteme,
soweit die Raumverhältnisse und die magnetische Abschirmeng dies zulassen, in beliebiger
Zahl bei ein und demselben Ferrarisanker zur Wirkung bringen und erhält dadurch
ein Relaissystem für dreipoligen, zweipoligen oder einpoligen Schutz, wobei nur
eine Umschaltung der Spannungsspulen entsprechend dem jeweiligen Fehlerfall erforderlich
ist; weil die Stromerregung ohnedies von der Strornverteileng auf der Leitung abhängig
ist und sich daher automatisch dem Fehlerfall anpaßt.
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An Stelle der Anwendung einer Druckkraft, welche zwei zweckmäßig geformte
Hebel gegeneinander preßt oder welche auf eine zwei Systeme miteinander kuppelnde
Pleuelstange wirkt, kann bei Umkehr der Richtungen der Drehmomente beider Systeme
auch eine Zugkraft angewendet werden, die
beispielsweise durch einen
Draht oder ein Band zwischen den beiden beweglichen Systemen übertragen wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind durch die Figuren erläutert.
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Fig. i zeigt die bekannte Einrichtung mit einem Spannungstriebkern
i, einem Stromtriebkern 2 und einer Fer rarisscheibe 3. Die Ferrarisscheibe 3 besitzt
eine äußere Begrenzungslinie, welche nicht einem Kreis um die Drehachse entspricht.
Dadurch wird bei Verdrehung der Ferrarisscheibe in dem einen Sinne die Eintauchtiefe
des Kerns i vergrößert und gleichzeitig die Eintauchtiefe des Triebkerns 2 vermindert.
Es ergibt sich schon aus dieser Art der Änderung der Kräfte durch die Eintauchtiefe,
daß nicht in allen Winkellagen des Meßsystems der volle Kraftfluß ausgenutzt werden
kann. Die Folge davon ist ein Drehmotnentverlust.
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Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zeigt Fig. 2. An Stelle
der einen Ferrarisscheibe 3, die in Fig. i verwendet wurde, sind zwei getrennte
Ferrarisscheiben 5 und 6 vorhanden, welche als kreisrunde Scheiben oder als Teile
von solchen ausgeführt sein können. Die Ferrarisscheibe 5 wird beispielsweise von
einem Spannungstriebkern 7 in Pfeilrichtung gedreht. Die Ferrarisscheibe 6 wird
durch einen Stromkern 8 in gleicher Richtung gedreht. Die Triebkerne 7 und 8 sind
so weit über die Ferrarisscheiben 5 und 6 geschoben, daß die maximalen Drehmomente
erreicht werden.
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Mit der Achse der Scheibe 5 ist ein Hebel 9 verbunden. Mit der Achse
der Scheibe 6 ist ein entsprechender Hebel io verbunden. Die Hebel besitzen je eine
zweckmäßig geformte Arbeitskante i i bzw. 12. Mit diesen beiden Arbeitskanten werden
die Hebel aufeinandergedrückt. Überwiegt die Kraft des Magneten 7, so hat dies zur
Folge, daß der Berührungspunkt 13 dieses Hebelarmes 9 am Hebelarm io von links nach
rechts verschoben wird, bis das Gleichgewicht der Drehrnomente an den Hebeln 9 und
io erreicht ist. Man kann nun mit der Scheibe 5 oder der Scheibe 6 einen Zeiger
oder einen Einstellkontakt verbinden, der infolgedessen eine Winkelstellung einnimmt,
die in eindeutiger Beziehung zum Verhältnis der Kräfte des Spannungsmagneten und
des Strommagneten steht. Durch eine Formgebung der Arbeitskurven i i und 12 ähnlich
der Darstellungen in Fig.2 wird erreicht, daß die Winkelverdrehung der Scheiben
5 und 6 dem Größenverhältnis der Triebkräfte der Magnete 7 und 8 linear folgt, so
daß also die Einstellung eines mit einem der Systeme 5 oder 6 verbundenen Kontaktes
proportional dem Leitungswiderstand sich ändert. Bei anderer Form der Arbeitskanten
i i und 12 erhält man einen anderen Zusammenhang zwischen der Lage der Berührungspunkte
und dem Verhältnis der Drehmomente.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 durch
sein Bewegungsdiagramm oder Kräftediagramm dargestellt. Die Kreise 15 und 16 mögen
wiederum den äußeren Umfang zweier Ferrarisscheiben oder Ferraristrommeln bedeuten,
wobei die Scheibe 15 im Uhrzeigersinn durch einen Strommagneten angetrieben wird,
während die Scheibe 16 in entgegengesetztem Sinne durch einen Spannungsmagneten
angetrieben wird. Es sind auf dem Kreisumfang der Scheibe 16 in regelmäßigen Abständen
Punkte o-9 eingetragen. Den Bewegungen der Scheibe 16 von o-i bzw. von 1-2 usw.
bis von 8-9 entsprechen Bewegungen der Scheibe 15 von o-i-9, deren Größe auf dem
oberen Umfang des Kreises 15 eingezeichnet ist; denn die Linien o-o, i-i
... 9-9 im Diagramm stellen die Lage einer starren, an den Scheiben drehbar
befestigten Kupplungsstange dar. Aus der Verschiedenheit der Wege auf dem Umfang
der Scheibe 16 und auf dem Umfang der Scheibe 15 sieht man ohne weiteres, daß die
Drehmomente der Scheibe 15, welche gleichbleibenden Drehmomenten der Scheibe 16
das Gleichgewicht zu halten vermögen, verschieden groß sind, je nachdem, welche
Winkelstellung die Verbindungsstange zwischen den Scheiben 16 und 15 besitzt. In
der Ruhelage verbindet die Verbindungsstange die Punkte o auf den Scheiben 15 und
16. Dem Weg von o-i der Scheibe 16 entspricht der wesentlich kleinere Weg von o-i
der Scheibe 15. Daraus ergibt sich, daß das Drehmoment der Scheibe 15 größer sein
muß als das Drehmoment der Scheibe 16, um das Gleichgewicht zwischen beiden Drehmomenten
herzustellen. Wenn dagegen die Scheibe i so weit gedreht ist, d.aß die Verbindungsstange
bei der Scheibe 16 am Punkte 7 angreift, dann sind die Wege von 7-8 auf der Scheibe
16 und auf der Scheibe 15 einander nahezu gleich geworden, so daß auch gleich große
Drehmomente beider Scheiben einander das Gleichgewicht halten werden.
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Das Relaissystem gemäß der Erfindung ergibt, worauf schon hingewiesen
wurde, eine Winkeleinstellung, die dem Verhältnis der Drehmomente der beiden Antriebssysteme
entspricht. Bei der Verwendung als Selektivzeitrelais kann die vom Widerstand der
Leitung abhängige Laufzeit des Relais dadurch erzielt werden, daß mit dem Einstellsystem
ein Kontakt verbunden wird, mit welchem ein von einem Zeitwerk oder einem Synchronmotor
angetriebener Laufkontakt zusammenarbeitet. Solche Konstruktionen sind bekannt,
bei
denen der Aüslöseimpuls zustande kommt, sobald der Laufkontakt den Einstellkontakt
erreicht.
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Mit einem Einstellsystem wird man vorteilhafterweise eine Fernmeßanzeige
der Fehlerstelle verbinden, indem man den Widerstandwert, auf den sich das Einstellsystem
eingestellt hat, entweder in Widerständen oder stets in der Maßeinheit der Entfernung
irgendwie markiert. Hierzu muß nun der Zeitpunkt gewählt werden, in welchem der
Laufkontakt den Einstellkontakt erreicht, bevor der Einstellkontakt durch den Laufkontakt
aus seiner Gleichgewichtslage` herausgedrängt ist. Man kann dies bei Anwendung der
Erfindung dadurch erreichen, daß man den Einstellkontakt nur mit demjenigen der
beiden beweglichen Systeme verbindet, welches bei einem Fehler innerhalb des Schutzbereiches
des Relais das größere Drehmoment entwickelt. Durch die Wahl der Anfangslage beider
Systeme hat man es in der Hand, den Winkelbereich des Relais bzw. den Fehlerentfernungsbereich
einzustellen, innerhalb dessen das den Einstellkontakt tragende bewegliche System
sehr große Drehmomentkräfte entwickelt, wodurch es sich seiner Verdrängung aus der
Gleichgewichtslage kräftig widersetzt. Beispielsweise ist in Fig. 3 innerhalb eines
Winkelbereiches zu den Stellungen ö-4 das Drehmoment der Scheibe 15 wesentlich größer
als das Drehmoment der Scheibe 16. Es liegt dies an der Wahl der Phasenverschiebung
zwischen den Nullstellungen der beiden Scheiben 15 und 16. Diese Wahl ist,
wie sich aus der Abbildung ohne weiteres ergibt, auch von der Größe der Radien der
Scheiben 15 und 16 und der Länge der Kupplungsstange abhängig: Man kann aber
auch eine Ze-itstufencharakteristik mit Hilfe dieser Relaisanordnung erzielen, indem
man beispielsweise mit der Welle einer der beiden Ferrärisscheiben eine Art Kollektoreinrichtung
verbindet, die nur innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einen Kontaktschluß
herstellt für den Auslöseimpuls des betreffenden Leitungsschalters. Auf dieser kollektorärtigen
Einrichtung können mehrere Kontaktlamellen angeordnet sein, die bei bestimmten Winkelausschlägen
verschiedene Zeitstufen zur Wirkung bringen. Diese kollektorartige Kontakteinrichtung
bietet den Vorteil, daß durch sie die freie Einstellung des Systems in seiner Gleichgewichtslage
nicht beeinträchtigt wird; daher kann man mit einer solchen kollektorartigen Einrichtung
eine Zeitstufe innerhalb eines gewissen Winkelbereiches und eine abhängige Zeit
innerhalb eines anderen Winkelbereiches miteinander vereinigen. Außerdem kann man
mit einer Zeitstufencharakteristik eine Entfernungsanzeige vereinigen, welche innerhalb
einer Zeitstufe, d. h. innerhalb eines bestimmten Schutzbereichsabschnittes des
Relais; die Lage der Fehlerstelle angibt. Für die Feststellung der Fehlerentfernung
kann dabei ein Laufkontakt verwendet werden, der lediglich die Stellung des Einstellkontaktes
abtastet und zur Markierung der Fehlerentfernung ausnutzt, etwa durch Betätigung
eines Fallbügels öder durch Loskupplung eines Schleppzeigers oder durch eine Markierung
auf einer Schreibunterlage.