DE699782C - Resonanzrelais und von diesem gesteuerte Fernschaltungs-Empfangseinrichtung - Google Patents

Description

Vorstellende Erfindung wird in Fernsteuersystemen angewendet, in denen besondere Wechselströme einer Wechselstrom-Starkstromleitung überlagert werden zum Zwecke der Fernsteuerung von Apparaten für die Einschaltung von Straßenbeleuchtungen, Elektrizitätszählern, Lastverteilern u. dgl.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Fernsteuersystem, in dem als

1.0 "Empfangseinrichtungen sogenannte Resonanzrelais verwendet werden, die auf die überlagerten Wechselströme ansprechen und durch Ausschlag ihres Resonanzelementes die mittelbare oder unmittelbare Schließung eines Kontaktes auslösen. Neben den einfachen Resonanzrelais mit einer vor einem Wechselstrommagneten schwingenden Zunge sind bereits auch solche bekanntgeworden, bei denen das Resonanzelement in einem' luftleeren oder. mit einem Schutzgas gefüllten Gefäß eingeschlossen ist und von der Erregerspule durch die Gefäßwand hindurch erregt wird. Durch diese Anordnung sollte eine höhere Belastbarkeit der Kontakte erreicht werden. Da der Kontakt eines Resonanzrelais '■ die Schaltvorgänge meist nicht unmittelbar durchführen kann, sind ferner bereits verschiedene Hilfsschaltungen vorgeschlagen worden, bei denen das Resonanzrelais lediglich als Auslösekontakt dient. Um darüber hinaus auch mehrere Schaltbefehle übermitteln zu können, sind ferner Systeme vorgeschlagen, bei deneruzur Unterscheidung eines kürzeren oder längeren Stromstoßes Bimetallelemente 0. dgl. verwendet werden, die infolge ihrer längeren Ansprechzeit auf verschiedene Schaltkriterien ansprechen können.

Die bekannten Einrichtungen besitzen den Nachteil, daß sie eine verhältnismäßig große

Strommenge der überlagerten Frequenz benötigen, so daß ihre Anwendung auf kleine Netze beschränkt bleibt. Da in den Netzen Sperren gegen das Abfließen der Überlagerungsfrequenz nicht vorgesehen werden, muß, der Stromverbrauch der Resonanzrelais so gering wie nur irgend möglich gehalten werden, damit die Größe der Generatoren für die Überlagerungsfrequenz in erträglichen Grenzen bleibt, ίο Der verhältnismäßig hohe Stromverbrauch der bisher bekannten Anordnungen hat seine Ursache darin, daß die Resonanzelemente durch die Betätigung von Kontakten oder Pendelhebeln in ihrer Eigenschwingung stark gedämpft werden und nicht frei schwingen. .

¹ Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und erzielt darüber hinaus den Vorteil, daß die Resonanzrelais außerordentlich scharf abstimmbar sind, so 'daß mehrere Steuerfrequenzen in sehr geringem Abstand (einige wenige Hz) nebeneinandergelegt werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die in einem gas- oder luftgefüllten Gefäß eingeschlossene Resonanzfeder nicht direkt einen Steuer- oder Arbeitsstromkreis schließt, sondern lediglich durch die infolge ihrer Schwingungen entstehenden Verkürzungen oder Verlängerungen des Abstandes zwischen ihr und einer Gegenelektrode eine Gasentladungsstrecke hervorruft und damit die Bildung eines Steuerstromkreises ermöglicht. Durch diese Anordnung kann die Feder bei geringstem Strombedarf vollkommen frei schwingen und auf die Überlagerungsfrequenz scharf abgestimmt werden. Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf eine zweckmäßige und vorteilhafte Schwingungsanordnung unter Verwendung von Bimetallelementen zur Unterscheidung kurzer und langer Steuerzeichen.

Die Erfindung wird an Hand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben, wobei Fig. 1 in perspektivischer Ansicht die Resonanzrelaisröhre und die Fig. 2 das Schaltschema der erfindungsgemäßen Empfangsanordnung darstellt.. Das Röhrenresonanzrelais gemäß Fig. 1 ist auf einer zweckmäßig aus einem Isolierstoff bestehenden Grundplatte 1 -montiert und besteht aus einer Röhre 2 sowie aus einem mit einem L-förmigen permanenten Magneten 3 verbundenen Elektromagneten 4. Die Röhre 2 ist auf der Grundplatte 1 mittels eines Röhrensockels der bekannten Art verbünden. Der Elektromagnet 4 ist am Nullpunkt seines magnetischen Kreises an dem permanenten Magneten 3 befestigt, wobei letzterer mittels eines Bügels 5 auf der Grundplatte aufliegt.

Das Röhrenrelais 2 besteht aus einer geschlossenen Röhre 6, die mit einem passenden Gas, wie z, B. Neon oder Argon, von geringem Druck gefüllt ist und einen eingeschmolzenen Sockel oder Quetschfuß 7 enthält, der als Träger für die Elektroden dient. Der Sockel 7 trägt · einen aus einem magnetischen Material bestehenden Block 8, in dessen Mitte ein federndes Element bzw. eine Feder 9 aus magnetischem Material befestigt ist. Das freie Ende der Feder 9 ist zwischen zwei geblätterten Polen 10 aus magnetischem Material angeordnet, wobei die inneren Seiten dieser Pole mit Elektroplatten 12 "belegt sind, die zweckmäßig aus Thorium bestehen. Die Pole 10 werden mittels eines Haltebügels 11 ebenfalls von dem Quetschfuß 7 getragen:

Der Metallblock 8 ist im Verhältnis zu dem einen Pol des permanenten Magneten 3 derart gelagert, daß er einen polarisierten magnetischen Fluß für die Feder 9 liefert, d.h. der magnetische Kreis wird über den Block 8, die Feder 9 und die Pole 10 durch die Glaswand hindurch über den Elektromagneten 4 und den Perma- ' nentmagneten 3 geschlossen.

Die Feder 9 ist im Verhältnis zu den Polplatten 12 derart gelagert und besitzt von diesen einen solchen Abstand, daß bei dem in der Röhre herrschenden normalen Gasdruck und bei der herrschenden normalen Spannung zwischen ihr und den Polplatten 12 keine Entladung stattfindet, wenn sich die Feder in ihrer Mittelstellung befindet. Sobald aber die Feder 9 aus ihrer Mittelstellung in Schwingungen gerät, entsteht eine Entladung-zu der nächstliegenden Platte 12, wobei die Entladung unterbrochen wird, wenn der Leitung kein Trägerstrom mehr überlagert wird.

In der Fig. 2 ist der Empfänger einer Fernschaltanordnung dargestellt, die von einem die Überlagerungsfrequenz liefernden Sender 14 über das Netz 13 gesteuert wird und wobei das erfindungsgemäße Resonanzrelais als Empfangsrelais dient, während gemäß der weiteren Erfindung eine neue und zweckmäßige Schaltung eines Thermorelais für Aus- und Einschaltung des Arbeitsstromkreises benutzt wird.

Es ist selbstverständlich, daß die Leitung 13 einen Wechselkraftstrom führen kann und daß der Sender 14 für die Überlagerungsspannung an einem zweckmäßigen Punkt, z.B. in einer Transformatorenstation, angeordnet wird.

Der Erregermagnet 4 des Röhrenresonanzrelais 2 ist über eine Kapazität 23 direkt an die Leitung 13 angeschlossen und soll das Thermorelais 15 von besonderer Konstruktion betätigen, das seinerseits den Arbeitsstromkreis einschaltet. Das Thermorelais 15 besteht im wesentlichen aus einem drehpunktgelagerten Schalthebel 17, der durch eine Feder 18 in der dargestellten offenen Stellung gehalten wird. Der Hebel 17 wird durch einen Elektromagneten 19 in die Kontaktstellung verstellt und schließt dadurch den zu steuernden Arbeitsstromkreis 16 an die Kraftleitung 13 an. Der Schalthebel 17 ist so

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angeordnet, daß er in seiner offenen Stellung eine Bimetallfeder 21 unter Spannung hält. Die Bimetallfeder 21 hat normalerweise eine gestreckte Lage, wird aber nach oben gebogen, wenn sie- genügend lange Zeit durch den Heizwiderstand 22 erwärmt; wird. Bei Nichterwärmung dagegen hält sie in ihrer gestreckten Lage den Schalthebel 17 in geschlossener Stellung. Wenn sie erwärmt wird, to biegt sich· die Bimetallfeder 21 nach oben und gestattet, _r so dem Schalthebel 17, den Kontakt zu öffnen, vorausgesetzt, daß der Schaltmagnet 19 nicht erregt ist.

Der Kondensator 23 bildet mit dem Erregermagneten 4 des Resonanzrelais 2 einen Resonanzschwingkreis von der gleichen Frequenz, wie sie der Überlagerungsstrom besitzt. Auch die Feder 9 in der Röhre 2 hat daher zweckmäßigerweise eine Eigenschwingungszahl, die zo der Frequenz des Überlagerungsstromes, oder einer Harmonischen oder einem niederen Vielfachen derselben entspricht.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Fernschalteinrichtung ist folgende:
Sobald der Sender 14 der Leitung 13 eine Steuerfrequenz überlagert, beginnt, die Feder 9 im Röhrenresonanzrelais unter der Einwirkung des Elektromagneten 4 zu schwingen. Durch die Schwingung der Feder 9 wird das Resonanzrelais periodisch leitend, und der Entladungs-■ strom betätigt daher den Schaltmagneten 19 und den. Heizwiderstand 22. Dadurch wird der . Schalthebel 17 in die Kontaktstellung gelegt, und der Bimetallstreifen 21 schnappt in seine gestreckte Stellung und hält den Schalter geschlossen. Der zu betätigende Stromkreis 16 ist dadurch eingeschaltet. Wird nun die Überlagerungsspannung nach einer kurzen Zeit unterbrochen, so wird der Bimetallstreifen 21 nicht genügend erhitzt, um in seine obere Stellung zu schnappen, und der Schalter 17 bleibt dadurch in seiner geschlossenen Stellung.

Soll nun der Arbeitsstromkreis 16 wieder unterbrochen werden, so wird die Überlagerungsspannung für einen längeren Zeitraum über die Leitung geschickt. Das Röhrenresonanzrelais erregt wieder den Schaltmagneten 19 und den Heizwiderstand 22, wobei allerdings die Erregung des Schaltmagneten 19 auf den Schalter 17 keine Wirkung ausübt, da sich dieser ja bereits in seiner geschlossenen Stellung befindet. Die längere - Einschaltung des Heizwiderstandes 22 dagegen bewirkt, daß der Bimetallstreifen nunmehr genügend erhitzt wird, wodurch sich dieser nach oben biegt. Wird nun nach einer längeren Zeit die Überlagerungsspannung abgeschaltet, so wird nunmehr, da der Schaltmagnet 19 nicht mehr erregt ist- und auch der Bimetallstreifen nicht mehr in der Bahn des Hebels 17 liegt, der Schalter geöffnet und der Arbeitsstromkreis 16 dadurch unterbrochen. Wenn sich der Bimetallstreifen nach einer gewissen Zeit abgekühlt hat, will er wieder seine gestreckte Stellung einnehmen, wird aber jetzt vom Schalthebel daran gehindert und legt sich infolgedessen unter Spannung auf diesen an.

Die Anwendung 'der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf das in der Zeichnung und Beschreibung dargestellte Ausführungs- und Anwendungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch solche Konstruktionen, in denen vom Ernndungsgedanken, beim Ansprechen eines Resonanzmittels eine Entladungsstrecke zu steuern oder zu ionisieren, Gebrauch gemacht wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Resonanzrelais mit einem auf die Steuerfrequenz abgestimmten Resonanzelement, das in einem gas- oder luftgefüllten Gefäß von niedrigem Druck eingeschlossen ist und von einem innerhalb oder außerhalb des Gefäßes erzeugten Magnetfeld erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der -■■ Arbeitsstromkreis durch die infolge, der : Schwingungen des Resonanzelementes (9) entstehenden Verkürzungen oder Verlängerungen der zwischen dem Resonanzelement und einer Gegenelektrode (ro) vorhandenen Gasentladungsstrecke zustande kommt.

2. Resonanzrelais nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, daß die Kathoden der Entladungsstrecke mit einer die Entladung erleichternden Oberfläche, z. B. mit einem Erdalkalimetall, überzogen sind.

3. Fernschaltungs - Empfangseinrichtung unter Verwendung eines Resonanzrelais nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Resonanzrelais entstehende Arbeitsstrom zur Betätigung eines Schaltrelais (15) und zur Heizung (22) einer den Schaltkontakt (17) im "kalten Zustand geschlossen haltenden Thermofeder (21) benutzt wird.

4. Fernschaltungs - Empfangseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Thermofeder, daß diese sich im kalten Zustand gegen den geöffneten Schaltkontakt (17) unter Spannung abstützt, im erwärmten Zustand dagegen den Schaltkontakt an einer Schaltbewegung nicht hindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen