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Relaisanordnung zum Empfang und zur Ausführung von durch mehrere Spannungsabsenkungsimpulse
übertragenen Schaltbefehlen Es ist bekannt, Schaltbefehle zur Betätigung von Straßenlampen,
Wasserspeichern, Mehrfachtarifzählern, Luftschutzsignalen usw. durch mehrfache kurzzeitige
Absenkung der Spannung des Energieverteilungsnetzes zu geben etwa in der Weise,
daß eine Leitung des Energieverteilüngsnetzes mehrmals in bestimmten Zeitabständen
für -eine sehr kurze Zeit unterbrochen wird. Es sind auch schon Empfangsrelais bekannt,
die derartige Schaltbefehle aufnehmen und zur Ausführung bringen, wobei je nach
dem Grade der verlangten Sicherstellung ein Zweiimpuls- oder ein Dreiimpulssystem
verwendet wird. Diese Empfangseinrichtungen bestehen beispielsweise aus einem auf
die Spannungsabsenkungen ansprechenden Magneten, einem Synchronmotor und einem mechanischen
Nachbildungsorgan, etwa einer mit Führungen versehenen Scheibe. Die Wirkungsweise
ist dabei die, daß der Magnet bei dem ersten Impuls anspricht und den Synchronmotor
in Gang setzt, der das Weichensystem dreht und sich nach einer bestimmten Zeit selbsttätig
wieder stillsetzt. Während dieser Bewegung müssen die weiteren Impulse in einem
vorher genau bestimmten Zeitabstand eintreffen, wenn ein durch den Spannungsmagneten
verstellter Führungsstift durch die Bahnen des Weichensystems hindurchgeschleust
werden und in seine Betätigungsstellung gelangen soll. Derartige Empfangseinrichtungen
benötigen einen ziemlich beträchtlichen Aufwand an feinmechanischen Aufbauelementen
und eine sehr sorgfältige
Herstellung, wenn die Auswahl einer bestimmten
Impulsfolge aus mehreren gewährleistet werden soll.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Relaisanordnung zum Empfang
und zur Ausführung von durch mehrere Spannungsabsenkungsimpulse übertragenen Schaltbefehlen,
die sich durch große Einfachheit und geringen Aufivand auszeichnet. Die Anordnung
ist erfindungsgemäß so getroffen, daß ein vom 'Zeitpunkt des ersten Impulses ab
geheizter Bimetallstreifen einen ihm vorgeschriebenen Weg durchläuft und hierbei
den Weg des auf die Spannungsabsenkungsimpu:se ansprechenden Magnetankers eines
Empfangsrelais kreuzt, so daß ein Schaltvorgang dann zustande kommt, wenn der weitere
Spannungsabsenlcungsimpuls gerade in dem Augenblick ankommt, in dem der Bimetallstreifen
an der Kreuzungsstelle eintrifft.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i die zum Aufbau der Relaisanordnung gehörenden Einzelteile
in einer zur Erläuterung der Wirkungsweise geeigneten schematischen Zusammenstellung.
Die Abb. z, 3 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele für die Schaltung; die Abb. ;4 stellt
die Anordnung der bei den Schaltungen nach Abb.3 und 5 verwendeten Bimetallstreifen
bzw. die von ihnen betätigten Kontakte dar.
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1n Abb. i bezeichnet E den Kern eines auf die Spannungsabsenkungen
ansprechenden Magneten, dessen Anker in einer Schneide gelagert ist und an seinem
freien Ende eine Nase N trägt. Bei Vorhandensein der Normalspannung wird der Anker
in der gezeichneten Lage entgegen der Wirkung einer Feder F gehalten. Die Federspannung
kann durch Verdrehen einer Stellschraube S1 verändert werden, so daß damit auch
die Abfallspannung beliebig eingestellt werden kann. Der Anker des Magneten trägt
ein Kontaktstück, das mit einem feststehenden Gegenkontakt zusammen den in -den
folgenden Schaltbildern mit k, bezeichneten Kontakt ergibt. Die Anordnung enthält
ferner zwei Bimetallstreifen Bi und B,, von denen, wie
zunächst angenommen
wird, lediglich der obere durch eine Wicklung Bo geheizt werden kann. Dieser Bimetalistreifen
trägt an seinem verstellbaren Ende einen Kontakt k2, dessen feststehender Gegenkontakt
mittels der Stellschraube S, verstellt werden kann. Durch Verstellung dieser Schraube
wird der Gegenkontakt in geringere oder größere Entfernung von der Ruhelage des
Bimetallstreifens gebracht und dadurch die Zeiteinstellung verändert. Der untere
Bimetallstreifen B. ist mit einem Ende fest eingespannt. Die ge: strichelt gezeichnete
Wicklung B. dieses Streifens ist zunächst als nicht vorhanden anzunehmen. In dieser
Form dient der untere Bimetallstreifen B;,, nur zur Kompensation der Temperatureinflüsse.
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Die Wirkungsweise der Anordnung wird im folgenden in Verbindung mit
der Schaltung nach Abb. 2 erläutert. Im Ruhezustand, d. h. bei voller Netzspannung,
befinden sich die Kontakte k1 und k., in den gezeichneten Stellungen. Die Relaiswicklungen
E sind erregt. Die beiden Relaiswicklungen sind auf verschiedenen Schenkeln angeordnet.
Einer Wicklung ist der Widerstand R1 vorgeschaltet, der anderen Wicklung ist der
Kondensator C3 vorgeschaltet. Der über eine Relaiswicklung und den Widerstand R,
fließende Strom reicht aus, um das Relais bei Vorhandensein der vollen Netzspannung
angezogen zu halten. Dieser Strom reicht aber nicht aus, um das Relais wieder zum
Anziehen zu bringen, wenn der Anker infolge eines Spannungsabsenkungsimpulses abgefallen
ist. Hierzu ist ein stärkerer Strom notwendig, der durch flberbrückung des Widerstandes
R1 mittels des Kontaktes k2 zustande kommt. Der Kondensator C3 dient in bekannter
Weise zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von 9o° zwischen den von den beiden
Wicklungen stammenden Flüssen. Auf diese Weise wird eine zeitlich konstante Haltekraft
des Relais erreicht. Jeder Schaltbefehl ist voraussetzungsgemäß durch zwei kurze
Impulse von bestimmtem Zeit( abstand gekennzeichnet.
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Trifft der erste Impuls ein, dann fällt wegen der vorübergehend verminderten
Netzspannung der Magnetanker ab und schließt den Kontakt k, so daß von diesem Zeitpunkt
an die Heizwicklung B, Strom erhält. Der Bimetallstreifen beginnt infolgedessen
sich durchzubiegen und wandert auf einer durch die gestrichelte Linie gezeichneten
Bahn. Auch nach Wiederkehr der Netzspannung bleibt der Relaisanker abgefallen, da
die Wiedererregung des Relais ausschließlich davon abhängig ist, daß der Kontakt
k2 geschlossen wird. Infolgedessen ist der Anker des Empfangsmagneten und damit
die Nase N hochgeklappt, so daß ein Hebel H an dem freien Ende des Bimetallstreifens
unterhalb dieser Nase durchwandern kann. Nach einer bestimmten Zeit ist die Ausbiegung
des Bimetallstreifens so groß, daß der Kontakt k2 geschlossen wird. Dies hat die
Wirkung, daß die Wicklungen des Empfangsmagneten voll erregt werden und dieser infolgedessen
seinen Anker wieder anzieht. Der Anker und damit die Nase N liegen nunmehr wiederum
in der in Abb. i gezeichneten Stellung, und zwar etwas unterhalb der Bahn, die der
Hebel H des Bimetallstreifens zurückgelegt hatte. Durch den Anzug des Ankers wird
der Kontakt k,
geöffnet und damit' die- Heizung'- für die Wicklung
B" abgeschaltet. Der Bimetallstreifen kühlt sich infolgedessen ab und bewegt sich
mit einer entsprechenden Geschwindigkeit auf derselben Bahn zurück. Die bei dieser
Gelegenheit wieder reintretende öffnung des Kontaktes h2 ist für die Erregung des-
Relais E
bedeutungslos, da jetzt wiederum die volle Netzspannung vorhanden
ist.
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Während des Zurückwanderns gelangt der Hebel H in den Bereich der
Nase N, und zwar liegt, wie schon früher erwähnt, die Bahn dieses Hebels etwas oberhalb
der Nase. Trifft in diesem Augenblick der zweite zu dem Schaltbefehl gehörende Impuls
ein, dann wird der Relaisanker infolge der geschwächten Erregung wieder abgezogen,
schlägt dabei gegen den gerade darüber befindlichen Hebel H und verstellt das mit
diesem Hebel verbundene SchaltstückSt, das in irgendeiner Weise den Schaltvorgang
ausführt, etwa durch Kippen einer Quecksilberschaltröhre.
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Der durch den zweiten Impuls herbeigeführte Abfall des Relaisankers
hat wiederum, die Schließung des Kontaktes k1 zur Folge, so daß der Bimetallstreifen
neuerdings geheizt wird. Er kehrt also seine Richtung -um und wandert erneut auf
den Kontakt h2 zu. Ist dieser Kontakt erreicht, dann werden die Wicklungen des Relais
E voll erregt und der Relaisanker wieder angezogen. Infolgedessen wird aber auch
der Kontakt hl geöffnet, die Heizwicklung abgeschaltet, und es beginnt der Rücklauf
des Bimetallstreifens, der sich bis in die Ausgangsstellung gemäß Abb. i bewegt,
da kein weiterer Impuls folgt. Diese Anordnung arbeitet, wie Versuche erwiesen haben,
einwandfrei, nur ist wegen der langsamen Abkühlung des Bimetallstreifens eine verhältnismäßig
lange Zeit erforderlich, bis, gerechnet von dem Zeitpunkt des ersten Impulses, der
Bimetallstreifen wieder in die Ausgangsstellung gelangt und das Relais zur Aufnahme
weiterer- Schaltbefehle bereit ist.
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Man kann diese Zeit wesentlich abkürzen, wenn auch der untere Bimetallstreifen
eine Heizwicklung Ba erhält und diese stets während der Rücklaufzeiten geheizt wird,
so daß dieser beschleunigt wird. Eine Schaltung dieser Art ist in der Abb.3 dargestellt.
Darin -sind mit E wieder die Wicklungen des spannungsempfindlichen Relais bezeichnet,
mit B, bzw. B" die beiden Heizwicklungen, e ist ein Kontakt des Empfangsrelais,
der bei Normalspannung geöffnet ist. Die Bimetallstreifen sind mit Kontakten bzw.
Kontaktstücken hl, k2, k3 versehen, die in der zugehörigen Abb. q. ebenfalls angedeutet
sind. Hierbei ist angenommen, daß bei der Heizung nach dem ersten Impuls der Kontakt
k.# sofort geschlossen wird, wenn der Bimetallstreifen die - Nullage verläßt. Der
° Bimietallstreifen bewegt sich weiter in der Pfeilrichtung (Abt. q.) und schließt
nach Verstreichen einer bestimmten Zeit auch den Kontakt k2, der dieselbe Wirkung
besitzt wie der Kontakt h2 der Anordnung nach Abb. i.
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Wird nämlich der Bimetallstreifen gemäß Abb. q. nach Eintreffen des
ersten Impulses so geheizt, daß er sich von der gestrichelt gezeichneten Einspannstelle
nach unten durchbiegt, dann verläuft seine Bewegung bei Aufhören der Heizung im
entgegengesetzten Sinne. Diese Rücklaufbewegung kann beschleunigt werden, wenn das
unterhalb -der Einspaunstelle liegende Stück während der Rücklaufbewegung geheizt
wird, da dann diese Heizung eine zusätzliche Drehung auf das obere Bimetallstück
im Sinne des Rücklaufes ausübt.
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Die Schaltung nach Abb. 3 arbeitet in folgender Weise: Es wird angenommen,
daß soeben eine kurzzeitige Spannungsabsenkung vorgenommen wurde, so daß das Relais
F abgefallen ist und den Kontakt e geschlossen hat. Demnach besteht ein Stromkreis
für die obere Heizwicklung B", so daß der obere Bimetallstreifen sich auszubiegen
beginnt. Unmittelbar nach Verlassen der Nullage wird der Kontakt k3 geschlossen
und dadurch ein Stromkreis für die untere Heizwicklung vorbereitet. Diese Wicklung
erhält jedoch zunächst keinen Strom, weil sie durch den Kontakt e des in der Abfallstellung
gehaltenen Relais kurzgeschlossen ist. Hat der Bimetallstreifen auf Grund der Heizung
den gesamten Vorlauf beendet, dann wird der Kontakt k2 geschlossen und dadurch das
Relais E wieder erregt, da zu dieser Zeit die Normalspannung bereits wieder vorhanden
ist.
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Beim Ansprechen des Relais öffnet- sich der Kontakt e, so daß von
diesem Zeitpunkt. an beide Heizwicklungen stromdurchflossen sind, da der Kontakt
1z3 noch geschlossen ist. Die Widerstände der beiden Heizwicklungen können so gewählt
werden, daß der Einfluß der Heizung der Wicklung B" stärker-ist und der Rücklauf
schneller erfolgt. Während des Rücklaufes des Bimetallstreifens kommt dann der zweite
Impuls zu dem Zeitpunkt,- an dem der Hebel H sich oberhalb der Nase
N
befindet- (Abt. i). Der. Abfall .des Relaisankers unter der Wirkung dieses
Impulses hat die Verstellung des Hebels H und damit die Ausführung: des Schaltvorganges
zur Folge. Von diesem Zeitpunkt an wird wieder ausschließlich nur die Wicklung B"
geheizt, und zwar so lange, bis der Kontakt h2 geschlossen ist. Daran schließt sich,
wie bereits beschrieben, der Rücklauf bis zur Ruhelage, da während dieser Bewegung
kein neuer Impuls kommt.
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Eine andere Schaltung dieser Art ist in
Abb.5 dargestellt.
Bei dieser Schaltung werden die beiden Heizwicklungen durch einen Wechselkontakt
nacheinander zur Wirkung gebracht, so daß entweder nur die Heizung für - die Vorlaufbewegung
öder nur die Heizung für die Rücklaufbewegung eingeschaltet ist. Die Bezeichnungen
sind dieselben wie in Abb.3. Beim Eintreffen des ersten Impulses wird das Relais
E aberregt und legt den Wechselkontakt e in die gezeichnete Stellung, in der die
Wicklung B" an Spannung liegt. Auch hier wird kurze Zeit, nachdem der Bimetallstreifen
unter dem Einfluß dieser Heizung die Ruhelage verlassen hat, der Kontakt k3 geschlossen
(s. Abb. q.) und dadurch die Heizung der unteren Wicklung vorbereitet. Diese Heizung
setzt dann ein, wenn nach Beendigung der Vorlaufbewegung das Empfangsrelais E mittels
des Kontaktes k2 erregt wird, weil in diesem Augenblick der Relaiskontakt e nach
unten umgelegt wird. Es ist somit ausschließlich die untere Wicklung wirksam, die
eine beschleunigte Rücklaufbewegung des Bimetallstreifens hervorruft. Bezüglich
der Aufnahme des zweiten Impulses gelten sinngemäß die gleichen Ausführungen wie
vorher. Die Schaltung gemäß Abb.5 ist elektrisch wohl übersichtlicher als die nach
Abb.3, nur kann mitunter der Wechselkontakt nicht ohne weiteres an dem Relais angebracht
werden, und gegebenenfalls treten auch Schwierigkeiten bei der Sicherung eines hinreichenden
Kontaktdruckes auf, so daß man in vielen Fällen die Schaltung nach Abb.3 vorziehen
wird.