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Anordnung für Resonanzrelais zur Verhütung einer fehlerhaften Relaisbetätigung
Für die Umschaltung von Tarifzählern und für die Herbeiführung sonstiger Fernsteuerwirkungen
bedient man sich der Hochfrequenzhilfsströme, welche einem zur Energieverteilung
dienenden Leitungsnetz überlagert werden oder auch über besondere Leitungen weitergeleitet
werden. .An den Empfangsorten sind Resonanzrelais vorgesehen, und indem die Hilfsströme
einer bestimmten Frequenz über das Leitungsnetz verbreitet werden, bringt man alle
diejenigen Relais zurr Ansprechen, welche auf die entsprechende Frequenz abgestimmt
sind. .
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Die Resonanzrelais erhalten, damit sie nicht von Strömen anderer Frequenzen,
also beispielsweise von den Betriebsströmen des Energieverteilungsnetzes, das zur
Übertragung der Signalströme benutzt wird, zum Ansprechen gebracht werden können,
eine elektrische Resonanzabstimmung und außerdem eine mechanische Resonanzabstimmung.
Vielfach werden die Relais in solcher Verwendung gebraucht, daß ein und dasselbe
Relais zwei verschiedene Schalthandlungen herbeiführen kann, beispielsweise an einem
Zähler eine bestimmte Umschaltung auf eine andere Tarifstufe herbeiführen und wieder
rückg,än.gig machen kann. Durch. . die elektrische Resonanzabstimmung wird dabei
im allge-, meinen -die Unempfindlichkeit gegen Ströme der Betriebsfrequenz
des Netzes oder andere von der Arbeitsfrequenz des Relais weit abgelegene Frequenzen
erzielt. Die mechanische Abstimmung kann benutzt werden, um bei zwei ziemlich dicht
beieinanderliegenden verschiedenen Frequenzen durch das Resonanzrelais die eine
oder die andere Schalthandlung auszulösen. Zu diesem Zweck benutzt das Relais beispielsweise
zwei vibrierende Anker, von denen beispielsweise der eine auf eine Frequenz von
62o, der andere auf eine Frequenz von beispielsweise 58o Hertz abgestimmt ist, so
daß also je nachdem, ob ein Hilfsstrom der einen oder anderen Frequenz gesendet
wird, der eine öder andere Anker des Relais mit seiner Resonanzfrequenz zu schwingen
beginnt und eine gewünschte Schaltwirkung oder mechanische Wirkung herbeiführt.
Die Resonanzabstimmung würde in einem solchen Fall so getroffen, daß sowohl die
Hilfsströme der Frequenz 58o als auch die Hilfsströme der Frequenz 62o das Relais
erregen können, d. h. die elektrische Resonanz wird man etwa auf den Wert 6oo Hertz
abstimmen.
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Untersucht man die Anregebedingungen für das Schwingen der beiden
Relaisanker, so zeigt sich, daß bei der Resonanzfrequenz ein ganz .geringes Kraftfeld
im Relais ausreicht. Aber auch bei Abweichungen von dieser Resonanzfrequenz können
die Anker zum Schwingen angeregt werden, allerdings wird dazu ein um so größerer
Kraftfiuß im Relais notwendig, je weiter die Frequenz des Hilfs=
stronmes
von der Resonanzfrequenz der Anker abweicht. Es besteht infolgedessen die Gefahr,
daß beideAnker gleichzeitig schwingen, wenn ein Hilfsstrom auftritt, welcher in
der. Nähe der Resonanzfrequenz beider Schwinganker liegt, wenn dieser Hilfsstrom
ein genügend starkes Kraftfeld im Relais hervorzu=' rufen vermag. Diese Gefahr kann
man nicht dadurch beseitigen, daß man die Relais entsprechend unempfindlich einstellt;
denn man verfügt nicht an allen Punkten längs des Verteilungsnetzes und vor allem
auch nicht zu jeder Zeit an den einzelnen Punkten des Verteilungsnetzes über eine
in der Größe genau bekannte und konstante Steuerenergie. Es bilden sich in dem Verteilungsnetz
je nach dem Schaltzustand der Anlage Stellen aus; bei denen die Hilfsenergie besonders
groß ist und auch Stellen, bei denen die Spannung des Hilfsstromes besonders klein
ist. Man ist aus diesem Grunde bisher gezwungen gewesen, die Frequenzen, für welche
die einzelnen Relais abgestimmt sein sollen, ziemlich weit auseinander zu legen,
um eingleichzeitiges Ansprechen verschieden abgestimmter Relais mit Sicherheit zu
verhindern.
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Nach einem bekannten Vorschlag suchte man die Verteilung der Hilfsenergie
über das überlagerte Netz dadurch zu viergleichmäßigen, daß man an den Netzpunkten,
bei denen Konzentrationen derHilfsenergie zu erwarten sind; frequenzabhängige, mit
einer Entladungsstrecke verbundene Ableitungen anbrachte, die bei übermäßigem Anwachsen
der überlagerten Hilfsenergie ansprachen und den Überschuß ableiteten. Da bei Überlagerung
von Starkstromnetzen fast die gesamte Überlagerungsenergie durch die Starkstromverbraucher
fließt und nur wenige Prozente der Energie für die Betätigung der Empfangs-` relais
verwendet werden, kann der genannte Vorschlag nur mit erheblichem Materialaufwand
durchgeführt werden, handelt es sich doch bei der überlagerten Hilfsenergie um ganz
erhebliche Energiemengen. Auch besteht bei diesen frequenzabhängigen Ableitungen
die Gefahr, daß sie mit den höheren Harmonischen des Starkstromnetzes zusammenwirken
und diese u. U. verstärken. Dies ist für den Starkstrombetrieb äußerst unerwünscht.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch verhindert, daß der
Arbeitsfluß in der Indüktivität des Resonanzkreises durch Eisensättigung begrenzt
wird. Man ist danach in der Lage, alle Relais so empfindlich einzustellen, daß sie
auch an denjenigen Netzstellen mit Sicherheit ansprechen, an denen die Spannung
der Hilfsfrequenz einen kleinen Wert hat. Es besteht aber nicht mehr die Gefahr;
daß bei solchen Relais; die eine wesentlich höhere Spannung erhalten, beide Relaisanker
gleichzeitig erregt werden.
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Die Mittel, mit deren Hilfe die Begrenzung des Arbeitsflusses der
Drosselspulen des Re-@önanzkreises jedes Relais begrenzt wird, werden im nachfolgenden
an Hand von Aus-'firhrungsbeispielen im einzelnen erläutert.
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In Fig. i ist der Resonanzkreis dargestellt, der die elektrische Abstimmung
des Relais ergibt und in dessen Induktivität der Arbeitsfluß begrenzt werden soll.
Bei i ist der Anschluß des dargestellten Stromkreises an das Kraftverteilungsnetz
beispielsweise ein Niederspannungsnetz.
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Damit nicht Ströme der Betriebsfrequenz das Relais zum Ansprechen
bringen können, ist eine Resonanzschaltung, bestehend aus einem Kondensator 2 und
einer Drosselspule 3, gebildet, der, wie weiter oben angegeben; beispielsweise auf
die Frequenz von 6oö Hertz abgestimmt ist, wobei angenommen ist, daß die Frequenzen
der Relaisanker des Resonanzrelais etwa in gleichem Maße nach oben und unten von
diesem Frequenzwert abweichen. Damit in der Drosselspule 3 des Resonanzkreises 2,
3 der Arbeitsfluß auf einen bestimmtenWert begrenzt wird, ist derDrosselspule 3
eine Eisendrossel.. parallel geschaltet, deren Magnetkreis so dimensioniert ist,
daß in dieser Drosselspule magnetische Sättigung eintritt, sofern die auftretende
Spannung der Hilfsfrequenz die zur Betätigung des Resonanzrelais ausreichende Größe
besitzt. Durch die Wirkung der Eisensättigung der Drossel d wird die Größe des Stromes
in der Drossel 3 beeinflußt und dadurch auch der in der Drossel 3 entstehende Arbeitskraftfluß.
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Eine dieser Anordnung in ihrer Wirkung gleichwertige Anordnung zeigt
Fig:2. In dieser besteht die Induktivität 3 des Resonanzkreises aus einer Drosselspule
reit einem Luftspalt 5 und einer Einschnürung 6 des Eisenkreises. Die Drosselspule
3 ist, entsprechend Fig. i, mit der Kapazität :2 zu einer Resonanzschaltung vereinigt,
weiche auf eine gewünschte Frequenz abgestimmt ist. Durch die Einschnürüng 6 des
Magnetkreises wird der auftretende Arbeitskraftfluß bei einer gewünschten Höhe begrenzt.
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Die grundsätzliche Anordnung eines Resonanzrelais mit zwei auf verschiedene
Frequenzen abgestimmten Ankern zeigt Fig.3. Der Magnetkörper stellt einen viereckigen
Rahmen 7 mit einem Mittelschenkel 8 dar, welcher die Erregerwicklung 9 trägt. Die
Erregerwicklung 9.bildet zugleich die Drosselspule des Resonanzkreises. Der Mittelschenkel
$ reicht nicht ganz bis zum gegenüberliegenden Teil des Rahmens 7, sondern läßt
in seinem Luftspalt Spielraum für zwei Schwinganker io und ii. Von diesen ist der
eine
auf eine etwas geringere, der andere auf eine etwas höhere Frequenz abgestimmt.
Diemagnetische Eisensättigung ist bei dieser Ausführung nicht gemäß Fig. i, d. h.
nicht durch eine gesättigte Paralleldrossel 4, sondern durch eine Einschnürung i2
erzielt, -welche im Prinzip in Fig. 2 angegeben ist. Das untere Ende des Mittelschenkels
8 ist polschuhartig verbreitert. Der Grund für diese Maßnahme ist der; daß ohne
eine Verbreiterung des Polschuhs eine für die Sättigung des Mittelsteges unnötige
Zusammendrängung der Kraftlinien im Luftspalt entsteht, welche lediglich eine größere
Leistungsaufnahme des Relais zur Folge haben würde.
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In Fig. 3 ist nicht gezeichnet der permanente Magnet, welcher mit
seinem einen Pol die schwingenden Anker io und ir magnetisiert und dessen anderer
Pol mit dein oberen Ende des Mittelschenkels 8 in magnetischlie-, gender Verbindung
steht, so daß ein permanenter Kraftfluß durch die schwingenden Anker i o und i i
einerseits und über den Mittelsteg 8 oder über den rahmenförmigen Magnetkörper 7
verläuft. Die Polarisierung der Anker io und i i ruft in Verbindung mit dem Wechselfeld
der Spule 9 Kräfte wechselnder Richtung in den Relaisankern hervor.
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In Fig. 3 ist die Einschnürung des Mittelsteges dadurch herbeigeführt,
daß die für den Magnetkreis 7 verwendeten Bleche Ansatzstücke -in der Form des Mittelsteges
8 >-sitzen. Es wird aber nicht in allen Fällen möglich sein, in dieser Weise eine
genügende Einschnürung des Eisenweges zu * erzielen. Aus diesem Grunde empfiehlt
sich eine Anordnung zu wählen, die in Fig. 4a und Fig. 4b in zwei Projektionen dargestellt
ist.
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Wie aus diesen Figuren hervorgeht, besteht dabei der Mittelsteg nur
aus einem einzigen oder nur aus wenigen Blechen. Am freien Ende ist der Mittelsteg
mit einem polschuhähnlichen Ansatz 15 versehen, weil es; wie schon bei Fig.
3 «erörtert würde, ohne diese Verbreiterung der Polflächen zu einer Zusammendrängung
der Kraftlinien in der Luft an der unteren Kante des Mittelsteges kommen würde,
wodurch die Größe des Sättigungsflusses im Mittelschenkel des Magnetsystems nicht
beeinflußt, sondern nur der Leistungsbedarf des Relais ansteigen würde.
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Es werden von den Mittelschenkeln aus Kraftlinien nicht nur zu dem
gegenüberliegenden unteren Teil des Rahmens 7 übertragen, sondern Streuflüsse werden
sich auch von den Seitenkanten des Bleches aus ausbilden, so daß auch an diesen
Seitenkanten die gleiche Erscheinung der Zusammendrängung der Kraftlinien im Luftraum
auftritt, welcher gemäß Fig.4b, durch Verwendung eines Polschuhes 15 am unteren
Ende des Mittelschenkels beseitigt wird. Aus diesem Grunde kann es- zweckmäßig sein,.
den Austritt von Streulinien aus der Seitenkante des Mittelsteges des Magnetkörpers
dadurch zu verhindern, d'aß etwa in der Art, wie Fig. 5 zeigt, eine Abschirmung
angebracht wird. In Fig.. 5 ist im Schnitt eine zylindrische Abschirmung 2o angedeutet;,
welche aus nicht magnetischem, aber .elektrisch gut leitendem Material besteht,
also beispielsweise aus Kupfer. Ein derartiger geschlitzter Kupferzylinder 2o verhindert
das Austreten von. Streulinien, weil diese Streulinien den Kupferzylinder durchsetzen
und in ihm Ausgleichströme hervorrufen würden. Dieser Kupferzylinder kann gleichzeitig
zur mechanischen Versteifung des Mittelschenkels dienen, was sich bei der Fig: 4
allerdings mit der Wirkung einer geringen Abschirmung ebenfalls dürchAnwendung von
Seitenblechen erzielen läßt, die aus nicht leitendem Material bestehen und irgendwie
auf dem Mittelsteg befestigt sind.
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Um die erwähnte Wirkung für die Streulinien. des Mittelschenkels sowie
gleichzeitig auch für die Kraftlinien, die am unteren Ende des- Mittelschenkels
austreten, zu verringern, kann, aus Gründen einer einfachen Herstellung d e. in
Fig. 6 angegebene Anordnung zweckmäßig sein, bei welcher der Mittelschenkel dieselbe
Zahl von aufeinandergeschichteten Blechen enthält wie der Rahmen 7, bei welchem
aber zur Verringerung des Eisenquerschnitts, ein Fenster aus dem Mittelsteg ausgestanzt
ist.
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Wenn der Mittelsteg eine solche Länge besitzt,. daß die Einschnürung
des Kraftlinienpfades der ganzen Länge des Mittelsteges erforderlich ist, wie beispielsweise
in Fig. 4 angenommen ist, dann empfiehlt es sich, die Einschnürung nicht an einem
Ende des Mittelschenkels anzubringen, sondern sie gleichmäßig auf die gesamte Länge
des Mittelschenkels zu verteilen. Eine derartige Anordnung zeigt beispielsweise
Fig. 7. Ähnlich wie in Fig.6 besteht dort der Mittelschenkel aus einer gleichen
Anzahl von Blechen wie der Rahmen 7. Es ist aber abweichend von Fig.6 nicht ein
einziges durchgehendes Fenster ausgestanzt, sondern es sind drei übereinanderliegende
Fenster ausgestanzt, woraus sich drei über die Länge des Mittelschenkels gleichmäßig
verteilte Einschnürstellen 22 ergeben.
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Die Vermeidung der Kantenwirkung und gleichzeitig die erforderliche
mechanische Festigkeit des Mittelschenkels erzielt man bei. einer Konstruktion gemäß
Fig.8. In dem Rahmenteil ? ist ein Mittelschenkel 25 eingefügt, der im wesentlichen
ein U-förmig gebogenes Eisenblech darstellt. Infolge der großen Seitenflächen 26
und 27 vermögen die Streulinien von diesem Mittelsteg auf weitere
Flächen
auszutreten, wodurch der Leistungsbedarf des Relais gegenüber der Anordnung in Fig.
7 vermindert wird. Die untere Fläche 28 des U-förmig gebogenen Bleches ergibt auch
die gewünschte Polbreite an der Hauptaustrittsstelle der magnetischen Kraftlinien,
nämlich gegenüber den beweglichen Ankern io und ii. Der U-förmig gebogene Mittelsteg25
kann in dem Rahmen 27 mittels winklig gebogener Enden 29 und eines Keils
30 leicht befestigt werden. Der Keil 30 kann aus magnetischem oder aus unmagnetischem
Material bestehen, da er vom Kraftfluß nicht durchsetzt zu werden braucht: Zwischen
die gebogenen Endstücke 29 der Blechfahnen 26 und 27 und den angrenzenden Teilen
des Rähmens 7 wird eine elektrisch isolierende Zwischenlage eingefügt, damit die
Bleche des Rahmens 7 an der Ansatzstelle des Mittelschenkels nicht elektrisch kurzgeschlossen
werden.
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In Fig. z ist zwischen der Anschlußstelle i und dem Magnetkreis 2,
3 gestrichelt eine Anordnung 35 angedeutet, welche in Fig. ia im einzelnen wiedergegeben
ist.
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Fig. ia zeigt einen magnetischen Abschwächer, welcher nach einem früheren
Vorschlag benutzt werden kann, um die Spannung für einen über diesen magnetischen
Abschwächer angeschlossenen Verbraucher konstant zu halten oder jedenfalls die netzseitig
auftretenden Spannungsschwankungen für den Verbraucher erheblich zu mildern. Die
Anordnung besteht im wesentlichen aus einer Induktivität 36 und einet- in der Mitte
der Induktivität angeschlossenen Parallelschaltung des Kondensators 37 und einer
sich sättigenden -Eisendrossel 38. Wenn bei dieser Anordnung die Speisung beispielsweise
bei den Anschlüssen 39 erfolgt, bleibt die Spannung an den Punkten 40 im wesentlichen
konstant, trotz etwaiger Schwankungen der Spannung an den Klemmen 39. Die Vorschaltung
einer derartigen Anordnung ergibt ebenfalls unter Ausnutzung der magnetischen Sättigung
eine Begrenzung des Arbeitsflusses in der Indüktivität 3 des Resonanzkreises 2,
3.
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Die Erfindung ist nicht nur bei den in den Ausführungsbeispielen vorausgesetzten
Relais mit zwei Ankern, sondern auch dort anwendbar, wo jedes Relais nur auf eine
einzige Frequenz anzusprechen braucht, wenn aber verschiedene Relais da sind und
wenn diese Relais durch voneinander abweichende Frequenzen zum Ansprechen gebracht
werden.
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Bezüglich der Fig. i ist nicht nur eine Beeinflussung der Induktivität
3 durch Ausnutzung magnetischer Eigenschäften des Eisens, sondern auch auf andere
Weise möglich; beispielsweise indem ein Kondensator verwendet wird, welcher eine
spannungsabhängige Kapazität besitzt. Derartige Kondensatoren sind bekannt. Bei
ihnen wird beispielsweise als Dielektrikum ein Salz verwendet, das sogenannte Seignette-Salz.