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Resonanzrelais für Überlagerungs-Fernst@ueranlagen mit tonfrequenten
Steuerfrequenzen Bei überlagerungs-Fernsteuerarllagen, die mit tonfrequenten Steuerströmen
arbeiten, ergibt sich in dem überlagerten Starkstromnetz, an das Sender und Empfänger
angeschlossen sind, meist eine zeitlich und räumlich ungleichmäßig verteilte Steuerspannung.
Die Folge davon ist, daß an Netzpunkten mit kleiner Steuerspannung die Empfangsrelais
überhaupt. nicht ansprechen, während an Punkten mit übermäßiger Spannung auch Relais
ansprechen können, die auf eine andere als die gerade überlagerte Frequenz abgestimmt
sind. Würde die Steuerspannung sich nur räumlich verschieden auf die einzelnen Netzpunkte
verteilen, so könnte man Störungen des Fernsteuerbetriebes dädurch vermeiden, daß
an Punkten kleinerer Steuerspannung empfindlichere Relais angeschlossen werden als
an Punkten größerer Spannung. Dieser Ausweg ist jedoch erfolglos, wenn, wie bei
den meisten Netzen, die Steuerspannungsverteilung sich auch zeitlich ändert, sei
es infolge von Zu- und Abschaltungen von Starkstromverbrauchern oder -erzeugern,
sei es infolge von Umschaltungen, Einschaltungen von Kabelstrecken, Kondensatoren
und Drosseln im Netz.
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Die Gefahr solcher Störungen tritt vor allem in solchen Überlagerungsfernsteueranlagen
auf, bei denen der an sich kleine Steuerfrequenzbereich, der überdies noch durch
die Netzharmonische geschmälert wird, mit Rücksicht auf wirtschaftliche Ausnutzung
der Fernsteuer anlagen, verhältnismäßig dicht mit Steuerfrequenzen besetzt werden
muß. Erhöht wird diese Gefahr noch dadurch, daß solche Anlagen nicht mit Rückmeldevorrichtungen
versehen sind und daß also von der Steuerzentrale aus gar nicht wahrgenommen werden
kann, ob bei zufälliger übermäßiger Erhöhung der gesendeten Frequenz in irgendeinem
Teil des überlagerten Netzes auch ein auf eine benachbarte Frequenz abgestimmtes
Relais- angesprochen hat. Lange Zeit hat man diese Störungsursachen nicht erkannt.
Man hat sich mit den üblichen Resonanzrelais begnügt, bei denen ein mechanisches=
Schwingungssystem, das von einem über einen Vor schaltkondensator ans Starkstromnetz
angeschlossenen Elektromagneten erregt wird, einen in einem bestimmten Abstand von
der Ruhelage des Systems angebrachten 'Schalthammer oder -taster beim Ansprechen
betätigt. Als man später die Störungsquelle entdeckt hat, schlug man vor, in die
Teile des Starkstromnetzes, in denen übermäßige Erhöhungen der Steuerspannung vorkommen,
nur für die
Steuerfrequenz durchlässige Überspannungsäbleiter einzuschalten,
die aber aus verschiedenen Gründen, insbesondere auch wegen ihres hohen Preises,
keinen Eingang in die Praxis finden konnten. Man könnte daran denken, übermäßige
Steuerspannungen iiii die 'Resonanzrelais dadurch unschädlich zu machen; däß man
in das elektrische Schwingungssystein jedes einzelnen Empfangsrelais einen Überspannungsabieiter
oder ähnliche Mittel einbaut, die die Wirkungen übermäßiger Steuerspannungen auf
den Erregermagnet unterdrücken. Allein solche Mittel würden störende Modulationserscheinungen
im elektrischen Relaisteil hervorrufen, die auf das Zusammenwirken der nie vollständig
unterdruckbaren Grundwelle des überlagerten Netzes, der höheren Harmonischen dieser
Welle und der Überlagerungsfrequenzen zurückzuführen sind. Versuche haben ergeben,
daß auch bei Anwendung solcher Mittel die Relais auf überlagerungsfrequenzen ansprechen,
die von ihrer Eigenfrequenz verschieden sind.. .
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In Anlehnung an die Hochfrequenztechnik, in der durch Hintereinanderkoppeln
mehrerer Schwingungskreise, Vilterketten, eine höhere Selektivität erzielt wird,
hätte man auch bei den Resonanzrelais für Überlagerungsfernsteueranlagen mehrere
elektrische Schwingungskreise hintereinanderkoppeln können. Durch den erhöhten Aufwand
an Kondensatoren und Drosselspulen würden aber die meist in Massen benötigten Fernsteuerrelais
zu stark verteuert, auch würde ein solcher Versuch an der bekannten Tatsache scheitern;
daß die Resonanzkurven von Tonfrequenzkreisen bedeutend flacher sind als die von
Hochfrequenzkreisen, es sei denn, daß man die umgekehrt proportional mit der Frequenz
anwachsende Dämpfung durch entsprechend höheren Kupferaufwand und höherwertige Kondensatoren
ausgleicht, was aber wirtschaftlich nicht tragbar wäre. oO Im übrigen bot die überlagerungsfernsteuertechnik
keine Vorbilder für die Lösung der Aufgabe. Auf einem anderen Gebiet der Technik
war folgendes bekannt: Für Resonanzrelais bei Windungsschlußschutzeinrichtungen
elektrischer Maschinen hatte man erkannt, daß Resonanzfedern, die im Feld einer
vom Maschinenstrom durchflossenen Spule liegen, auch . dann in erzwungene Schwingungen
geraten; wenn der Maschinenstrom keine mit der Eigenfrequenz der Zunge übereinstimmende
Oberwelle führt, und man suchte die Selektivität des Schwingungssystems dadurch
zu erhöhen, daß man von dem Maschinenstrom eine Primärfeder erregen ließ, die elektrisch,
magnetisch oder mechanisch mit einer eine Schutzeinrichtung betätigenden Sekundärfeder
gekoppelt war. Die Übertragung sol-`,cher Relais auf überlagerungsfernsteueran-Jßgen
würde keinen zuverlässigen Schutz geff-gen Störungen bieten, da bei den möglichen
. iAerhöhungen der Steuerspannungen, die bis auf das Zehnfache des normalen Wertes
an wachsen kann, das Primärsystem auch so stark im Takte der Nachbarfrequenzen schwingt,
daß auch das Sekundärsystem anspricht. Diese Gefahr wird auch dadurch nicht beseitigt,
da.ß im Wege des Primärsystems ein Steuerkontakt für die Erregerwicklung des Sekundärsystems
angebracht wird,: da der Steuerkontakt um so länger geschlossen wird; je; größer
die Schwingungsenergie des Primärsystems ist und da infolgedessen das Sekundärsystem
im gleichen Maße höhere Impulse erhält.
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Für Meß- und Signalzwecke war ferner ein hochselektives Resonanzrelais
bekannt, das aus einem Erregermagnet mit parallel geschaltetem Kondensator, einer
massiven Primärzunge und einer auf ihr sitzenden zarten Sekundärzunge bestand, in
deren Schwingungsbereich ein einstellbarer Kontakt ragte. Damit bei zu starken Schwingungen
die zarte Sekundärfeder durch das Aufprallen auf den Kontakt nicht beschädigt wurde
und damit sich keine störenden Ungleichmäßigkeiten für die Schwingungen ergaben,
sollte die Amplitude der Primärzunge durch einen einstehbaren Anschlag begrenzt
werden,, der natürlich bei Verwendung des Relais als Meßsvstem fortfallen mußte.
Offenbar wurde der Anschlag, der mittelbar zur Amplitudenbegrenzüng des Sekundärsystems
diente, nur deshalb am Primärsystem angebracht, weil das zarte Sekundär svstem durch
das Aufprallen auf den Anschlag beschädigt werden konnte, während das massive Primärsvsteni
ohne weiteres diesen Beanspruchungen standhielt. Dieses bekannte Relais war schon
wegen seiner Schaltung, Kondensator parallel statt in Reihe mit -ler Erregerwicklung,
nicht für den Überlagerungsfernsteuerbetrieb geeignet. Aber selbst bei Umstellung
der Schaltung für diese Betriebsart zeigten sich erhebliche Mängel.
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Das Sekundärsystem arbeitet an sich sehr unruhig, weil es mit dem
Primärsystem fest verbunden ist und dessen Schwingungen mitmacht. Führt man das
Sekundärsystem so kräftig aus, daß es auf die Dauer auch den mechanischen Beanspruchungen
standhält, dann ergibt sich zusammen mit dein Primärsystem ein kombiniertes Schwingungssystem.'
das namentlich bei Anwesenheit des Begrenzungsanschlages für das Primärsystem melirege
Resonanzpunkte hat. Es läßt sich also
'nie so ausführen, daß es
nur auf eine einzige Frequenz anspricht. Ferner ergibt- sich bei der beabsichtigten
Eigenfrequenz eine so starke Doppelwelligkeit der gekoppelten Systeme, daß die Resonanzkurve
zwei oder günstigstenfalls einen aber dafür sehr breiten Scheitel hat. Die gewünschte
hohe Selektivität wird also nicht erzielt. Diese Schwierigkeiten sind anscheinend
darauf zurückzuführen, daß die Schwingungen des Primärsystems um so mehr gestört
werden, je größer die Masse des Sekundärsystems ist, und daß in gleichem Grade die
Kopplung zwischen Primär- und Sekundärsystem wächst. Eine gewisse Verbesserung läßt
sich nur dadurch erzielen, daß man die Masse der Sekundärzunge mehr und mehr verkleinert.
Dabei muß man aber mit der Massenverkleinerung so weit gehen, daß die Sekundärzunge
auf die Dauer kaum den. Schwingungsbeanspruchungen standhält, geschweige denn noch
mechanische Schaltarbeit * verrichten kann; den mechanischen Beanspruchungen bei
starketn Aufschlag des Primärsystems auf seinen Anschlag hält sie überhaupt nicht
stand.
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Man könnte daran denken, eine zu starke Verkleinerung des Sekundärsystems
durch eine entsprechende Vergrößerung des Primärsystems zu umgehen. Das Primärsystem
würde aber dann, zu große Abmessungen erhalten, große Einspannmassen erfordern und
zuviel Energie verbrauchen, ganz abgesehen davon,` daß durch die Schwingungen des
großen Primärsystems die Umgebung des Relais gestört würde.
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Die Erfindung beseitigt solche und ähnliche Schwierigkeiten und ergibt
auch bei starken Oberhöhungen der Fernsteuerspan-. nung einen störungsfreien Überlagerungsbetrieb.
Sie -macht in bekannter Weise von einem Relais mit drei Schwingungssystemen Gebrauch,
von denen das erste aus einem elektrischen .Schwingungskreis mit Erregermagnet,
das zweite aus-einem primären mechanischen Schwingungssystem, Primärsystem, besteht,
das von dem Erregermagnet ,betätigt wird und einen Anschlag zur Amplitudenbewegung
hat, während das dritte ein sekundäres mechanisches Schwingungssystem; Sekundärsystem,
ist, das mechanisch lose mit dem Primärsystem gekoppelt ist 'und eine Schaltvorrichtung
betätigt.
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Erfindungsgemäß ist das Primärsystem .mit dem Sekundärsystem auf einem
gemeinsamen Tragteil derart angeordnet, daß beide mechanisch lose gekoppelt sind.
Ferner ist der Anschlag für das Primärsystem so eingestellt, daß bei übermäßiger
Steuerspannung. von unmittelbar benachbarten Steuerfrequenzen das Sekundärsystem,
das in üblicher Weise beim Ansprechen einen in einem bestimmten Abstand von seiner
Ruhelage angebrachten Schalthammer oder -taster steuert, den Haminer oder Taster
nicht steuern kann.
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Im Gegensatz zu den bekannten Relais 'cierit der Anschlag für das
Primärsystem nicht dazu, ein zu starkes Aufprallen des Sekundärsystems auf den von
ihm zu betätigenden Teil zu verhüten, im Gegenteil; es sind kräftige'Schläge des
Sekundärsystems auf den Schalthammer oder -taster sogar erwünscht, damit das Relais
eine ausreichende Schaltleistung hat. -Der Anschlag für das Primärsystem hat lediglich
die Aufgabe, bei benachbarten Steuerfrequenzen mit übermäßiger Steuerspannung den
oberen Teil der dann sehr hohen und sehr breiten Resonanzkurve des Primärsystems
so weit abzuschneiden, daß die Schwingungen des Primärsystems nicht größer sind
als etwa bei normaler Überlagerungsspannung. Dadurch, daß das Primär-und Sekundärsystem
nicht aneinander befestigf sind, sondern nur auf einem gemeinsamen Tragteil sitzen"
braucht man die Masse des Sekundärsystems nicht klein gegenüber der des Primärsystems
zu machen, man kann also leicht das Sekundärsystem so kräftig ausführen, daß es
allen mechanischen Beanspruchungen auf die Dauer standhält. Ein besonderer Vorteil
dieser Maßnahme liegt auch darin, daß die Erfindung ohne wesentliche Änderungen
der bisherigen Relaiskonstruktionen durchführbar ist, ja sogar dem Konstrukteur
einen freieren Spielraum läßt, da er die das Schaltorgan beeinflussenden Zungen
an irgendeiner Stelle des Relaiskörpers befestigen kann, während bei den bisherigen
-Relais für Überlagerungsfernsteueranlagen die das Schaltorgan beeinflussenden Zungen
mit ihren Enden in das Maul des Erregermagneten ragen mußten.