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Schwellstromrelais Es ist bekannt, das Brück Gengleichgewicht einer
Brückenschaltung insbesondere durch Belichtung von Photozellen zu stören und den
durch die Zweige und die Diagonale fließenden Strom in der Diagonale zur Anzeige
zu bringen oder zur Steuerung von Schaltvorgängen zu verwenden. Demgegenüber schlägt
die vorliegende Erfindung vor, den bei der Störung ' des Brückengleichgewichts in
den Brückenzweigen fließenden Differenzstrom zur Arbeitsleistung zu verwenden. Hierdurch
wird, gleiche Steuerleistung vorausgesetzt, eine geringere. Strombelastung erzielt,
als wenn der Diagonalstrom ausgenutzt wird; daher ist auch die Wärmeentwicklung
bei der vorliegenden Erfindung eine geringere. Dies ist dann besonders vorteilhaft,
wenn feine Potentiomeber -zur Veränderung des Widerstandes eines Brückenzweiges
verwandt werden, weil nur kleine Ströme über die Abgriffs-' stellen des Pobentiometers
fließen. Gegenstand der Erfindung bildet demnach ein Schwellstromrelais, bei dem,
der durch die Störung des Brüd@engleichgewichts in den Brückenzweigen auftretende
Differenzstrom zur Auslösung beliebiger Steuervorgänge benutzt wird. Das neue Schwellstromrelais
bietet auch in zahlreichen Anwendungsfällen, bei denen es erwünscht ist, auf elektrischem
Wege durch einen primären Schaltvorgang mechanische Steuervorgänge auszulösen, besondere
Vorteile. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Anwendbarkeit ,jedoch keineswegs
auf die Auslösung mechanischer Steuerbewegungen, sondern sie läßt sich in allen
-Fällen, bei denen @es darauf ankommt, durch einen meist sehr schwachen primären
Vorgang einen verstärkten sekundären Steuervorgang auszulösen'; mit Vorteil anwenden.
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Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich beispielsweise
dadurch, daß in die eine Brückenseite der Widerstand eines Rotentiometerseingeschaltet
wird, dessen durch den primären Schaltvorgang, beispielsweise durch Ausschläge eines
Meßinstrum:entes,eines Kompasses o. dgl., zu versbellender Abgreifer den einen Endpunkt
äer Brüc12endiagonale bAdet. Sind die Widerstände der anderen Brückenseite beispielsweise
einander gleich, so ist @ die Brücke im Gleichgewicht, wenn der Abgreifer den Widerstand
des Potentiometers so teilt, daß, die Widerstände dieser Brückenseite ebenfalls
einander gleich
sind. Alsdann sind die Ströme, welche durch die
einzelnen Zweige der Brückenseiten fließen, einander gleich. Wird das Brückengleichgewicht
jedoch durch Verschieben des Abgreifers auf dem Potentiometerwiderstand gestört,
so sind die Ströme in den einzelnen Widerstandszweigen voneinander verschieden.
Während bei den bisher zu Steuerzwecken bekannten Brückenschaltungen ausschließlich
der bei Störung des Brückengleichgewichtes entstehende Diagonalstrom benutzt wurde,
wird erfindungsgemäß die Stromdifferenz in den Brückenzweigen ausgenützt. Dies kann
z. B. in sehr einfacher Weise - dadurch geschehen, daß die Brückenzweige der anderen
Brückenseite als Spulen ausgebildet werden. Denn wenn sich die Ströme in den Widerstandszweigen,
d. h: also in den Spulen, ändern, dann ändern sich auch die .von den Spulen ausgeübten
Ampere-Windungsdrücke. Werden z. B. die beiden Spulen so gewickelt, daß ihre Ampere-Windungsdrucke
einander entgegengesetzt wirken, so heben sie sich auf, wenn Brückengleichgewicht
herrscht. Bei Störung des Brückengleichgewichtes überwiegt entweder der eine oder
der andere Ampere-Windungsdruck, so daß durch den hierdurch hervorgerufenen magnetischen
Kraftfluß ein Steuervorgang ausgelöst werden kann. Dies kann z. B. in sehr einfacher
Weise dadurch geschehen, daß die Spulen Wicklungen zweier Elektromagnete sind, welche
ihre Pole einander zukehren und zwischen denen eine W eicheisenmembran gespannt
ist, oder eine Membran, welche einen Weicheisenanker trägt. Wenn die Ströme durch
die Spulen bei bestehendem Brückengleichgewicht einander gleich sind, dann heben
sich die von den Magneten auf die Membran ausgeübten Wirkungen auf. Bei Störung
des Brückengleichgewichtes wird dagegen der eine oder der andere Magnet stärker
erregt, so daß die Membran nach der einen oder anderen Seite ausschlägt, und zwar
um so mehr, je stärker das Brückengleichgewicht gestört ist, d. h. je mehr der Abgreifer
auf dem Widerstand in der anderen Brückenseite durch den primären Schaltvorgang
verschoben wird. Es ist ersichtlich, daß die Membränausschläge zur Betätigung der
verschiedensten Steuervorgänge benutzt werden können, beispielsweise zur Betätigung
eines Muschelschiebers oder eines sonstigen pneumatischen, hydraulischen oder anderen
mechanischen Relais.
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Die Brückenzweigspulen können indessen auch als Tauchspulen ausgebildet
sein, indem sie z. B: auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind und jedem ein
Dauermagnet oder auch ein konstant erregter Elektromagnet zugeordnet ist, in dessen
Feld die betreffende Spule spielt. Bei Störung des Brückengleichgewichtes führt
der Träger der Spulen Bewegungen aus, die in beliebiger Weise zu Steuerzwecken benutzt
werden können. Man erzielt natürlich dieselbe Wirkuni, wenn beide Tauchspulen in
ein und demselben Magnetfeld liegen.
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Da sich das Potentiometer so ausführen läßt, däß der Abgreifer durch
die feinsten Meßinstrumente; z. B. durch einen Kompaß oder einen Kreisel, verstellt
werden kann, so läßt sich die vorliegende Erfindung mit besonders großem Vorteil
u. a. auch zur selbsttätigen Steuerung verwenden.
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Die Erfindung lädt sich jedoch noch in mannigfachster anderer Weise
ausführen und zu den mannigfachsten Aufgaben benutzen, bei denen es darauf ankommt,
durch primäre Sfhaltvorgänge andere Steuerungsvorgänge auszulösen.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung der
oben beschriebenen Art in den Grundzügen dargestellt, wobei jedoch der besseren
Deutlichkeit halber alle zum Verständnis des Wesens und der Wirkungsweise der Erfindung
nicht unbedingt erforderlichen Teile fortgelassen sind.
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Abb. i zeigt ein Schaltbild einer für die Ausführung der Erfindung
besonders zweckmäßigen Schaltung.
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Abb.2, 3 und q. zeigen Ausführungsformen nach dem Schaltbild i. Abb.
q. zeigt ein Schaltbild für eine abgeänderte Schaltung, die sich auch für die Ausführungsformen
nach den Abb.2 und 3 nutzbar machen lädt.
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In Abb. i bedeutet i .einen Widerstand, auf welchem der Abgreifer
2 gleitet; 3 und q. sind feste, unveränderliche Widerstände, 5 und 6 sind Spulen.
Die beiden Teile, in welchen der Widerstand i durch den Abgreifer 2 geteilt wird,
bilden zusammen mit den Widerständen 3 bzw. q. und den Spulen 5 und 6 eine Wheatstonesch-e
Brücke. Sind beispielsweise die beiden Widerstände 3 und einander ;gleich und ebenso
die Widerstände der beiden Spulen 5 und 6, so ist die Brücke im Gleichgewicht, wenn
der Abgreifer 2 im Mittelpunkt des Widerstandes i steht. Alsdann sind die durch
die beiden Spulen 5 und 6 fließenden Ströme einander gleich: Dadurch sind die von
den Spulen ausgeübten Ampere-Windungsdrücke einander gleich. Verschiebt sich dagegen
der Abgreifer 2 -auf dem Widerstand i, so wird das Brückengleichgewicht gestört,
die durch .die Spulen 5 und 6 fließenden Ströme sind nicht mehr gleich, und zwar
überwiegt der durch die Spule 5 bzw. 6 fiieß,ende Strom, je nachdem der Abgreifer
2 nach rechts oder nach linksverschoben wird. Werden die Spulen 5 und 6 daher derart
gewickelt; daß ihre Ampere-Windungsdrücke einander .entgegenwirken, so heben sie
sich
gegeneinander auf, wenn der Abgreifer 2 in der Mitte des Widerstandes
i steht, während bei Verschiebung des Abgreifers nach rechts oder links ein resultierender
Ampere-Win= dungsdruck in .der einen oder der anderen Richtung entsteht. Und zwar
wird er um so stärker, je mehr der Abgreffer 2 nach der einen oder der anderen Seite
aus der Mittellage heraus verschoben wird.
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Ein Schwellstromrelais, bei welchem. von dieser Tatsache Gebrauch
gemacht ist, ist in Abb. 2 üi den Grundzügen dargestellt. Hier sind die Spulen 5
und 6 als Wicklungen der Elektromagneten 7 und 8 benutzt. Zwischen den Polen dieser
Magnete ist die Membran 9 gespannt, welche in der Mitte einen Weicheisenanker i
o trägt. Der Weicheisenanker i o ist mit einer Druckstange i i verbunden, welche
zu dem Steuerorgan, beispielsweise einem Muschelschieber eines Kolbenmotors; führt,
welcher durch das Schwellstromrelais betätigt werden soll. Steht der Abgreifer 2
in der Mitte des Widerstandes i, so heben sich die Wirkungen der Magnete 7 und 8
auf den Weicheisenank er i o und damit auf die Membran 9. auf, so daß diese in die
Mittellage einspielt. Bei einer Relativverstellung des Abgreifers 2 auf den Widerstand
i, beispielsweise nach rechts, wird der Strom in der Wicklung 5 steigen, der Strom
in der Wicklung 6 dagegen fallen, so daß. :der Magnet 7 stärker, # der Magnet 8
schwächer erregt wird. Die Membran 9 wird daher nach links ausschwingen, und zwar
um so stärker, je weiter sich der Abgreifer 2 relativ zu dem Widerstand i nach rechts
verschiebt. Das Umgekehrte findet statt, wenn der Abgreifer 2 nach links verschoben
wird. In diesem Falle schwingt die Membran 9 aus der Mittellage nach rechts aus.
Die entsprechenden Steuerbewegungen können über die Druckstange i i auf das
zu steuernde Organ, beispielsweise den Muschelschleber, übertragen werden. Ist beispielsweise
der Widerstand i in dem Gehäuse, der Abgreifer 2 an dem Vertikalrahmen eines Kurskreisels
angeordnet, so kann das Relais zur Betätigung des hydraulischen oder pneumatischen
Motors einer selbsttätigen Kurssteuerung dienen.
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Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungs.form sind die Spulen 5
und 6 auf einen gemeinsamen Zylinder 12 als Tauchspulen gewickelt, welche in dem
Felde der Dauermagneten 7' bzw. 8', die auch Elektromagneten sein können, spielen.
Es ist ersichtlich, daß sich die Wirkungen der beiden Spulen 5 und 6 aufheben, d;
h. daß der Zylinder 12 in eine Mittellage einspielt, wemi der Abgreifer 2 im Mittelpunkt
des Widerstandes i steht und die Ströme in den beiden Spulen 5 und 6 einander gleich
sind. Ebenso ist ersichtlich, daß die Wirkung der einen oder der anderen Spule überwiegt,
je nachdem der Abgreifer 2 nach der einen oder der anderen Seite verschoben wird.
Die Bewegungen, die der Zylinder 12- hierbei ausführt, können durch beliebige bekannte
Mittel, z. B. durch einen Hebel 13, auf das zu steuernde Glied übertragen werden.
Offensichtlich kann auch diese Ausführungsform zu den gleichen oder anderen Zwecken
benutzt werden, -die bei der Ausführungsform nach - Abb. 2 genannt sind. ' Abb.
q. zeigt eine abgeänderte Schaltung, bei welcher die Änderung der Ströme in den
festen Widerständen 3 und q. bei einer Störung des Brückengleichgewichtes auch noch
zur Verstärkung der Steuerwirkung ausgenutzt ist. Dies kann dadurch geschehen, daß
die festen Vorschaltwiderstände 3 und q.- gleichfalls als Spulen 3' und ¢' ausgebildet
sind und den Spulen 5 bzw. 6 derart zu.geerdnet sind, daß die Änderung der Ampere-Windungsdrücke
in den Spulen 3' und q.' im gleichen Sinne wirkt wie diejenige in deal Spulen 5
und 6. Da sich der Strom in dem. Vors.chaltwiderstand q. im gleichen Sinne bei einer
Versclüebung des Abgreifers 2 ändert wie der Strom in der Spule 5 und der Strom.
in dem festen Widerstand 3 sich im gleichen Sinne ändert wie der Strom in der Spule
6, so wird. man, wie das Beispiel. Abb. q. zeigt, der Spule 5 die Spule q. und der
Spule 6 die Spule 3' zuordnen, wobei die Spule q.' mit dem rechten Teil des Widerstandes
i, die Spule 3' mit dem linken Teil. des Widerstandes i die Brückenzweige der einen
Seite bilden. Diese Schaltung ist dann von besonderem Vorteil, wenn es aus irgendwelchen
Gründen empfehlenswert ist, ,den beiden Enden .des Potentiometerwiderstandes i größere;
feste Widerstände vorzuschälten, da alsdann die Steuerwirkung merklich verstärkt
werden kann. Selbstverständlich läß.t sich die Schaltung nach Abb. ¢ für die drei
in den Abb. 2 und: 3 dargestellten Ausführungsbeispiele sowie für andere Ausführungsbeispiele
verwenden.