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Elektrische Vorrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen Die Erfindung
bezieht sicli auf eine elektrische Vorrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen mittels
eines sehr empfindlichen Meßgerätes mit beweglicher Anzeigenadel, die zwischen zwei
feststehenden Kontakten hin und her pendelt und bei ihrer Kontaktgabe mit einem
der festen, Kontakte eihen Stromkreis zur Speisung der Spule eines Relais schließt,
dessen Kontaktfedern den die Nadel durchfließenden Stromkreis öffnen und unmittelbar
darauf einen anderen, ausschließlitcli das Relais speisenden Stromkreis schließen.
Die sehr empfindlichen Meßgeräte bestehen dabei in Kontaktgalvanometern oder ähnlichen
Anzeigeinstrumenten. Bei elektrischen Vorrichtungen dieser Art hat man immer wieder
die Beobachtung machen können, daß die Nadel durch Anziehung auch dann noch mit
einem der feststehen den magnetischen Kontakte üi Berührung blieb, wenn der über
die Nadel zunächst hergestellte, Stromkreis bereits unterbrachen und schon derjenige
Stromkreis hergestellt war, welcher ausschließlich zur Speisung des Relais dient.
Diese nachteilige Erscheinung ist in der Verwendung hochempfindlich-er Meßgeräte
selbst begründet, deren Anzeigenadeln nur #des'halb schon durch geringe, von den
Kontakten ausgeübte Kräfte festgehalten werden können, weil die von den Spulen der
Meffirrstrumenfie auf die Nadel ausgeübten Kräfte mit Rücksicht auf die Empfindlichkeit
des Instrumentes ebenfalls sehr klein sind, Unter diesen Umständen ist aber das
ordnungsgemäße Arbeiten der ellektrischen Vorrichtung in Vielen Fällen in Frage
gestellt.
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Die Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden v ermieden, wenn
gemäß der Erfindung das Relais außerdem noch in Reihe geschaltete, Kontaktfedern
enthält, von denen die eine mit einem der feststehenden Kontakte des Meßgierätes
verbunden -und die andere an das eine Ende Ader Spule des Mieß,-instrumentes angeschlossen
ist. Die in Reihe
geschalteten Kontaktfedern sind derart ausgebildet
und angeordnet, daß unter der Wirkung des Relais die erstgenannte Feder sich schließt
und die letztgenannte Kontaktfeder sich öffnet - oder umgekehrt -, und zwar die
eine unmittelbar hinter der anderen, so
daß beide nur während eines außerordentlich
kurzen Zeitraumes gleichzeitig geschlossen bleiben und ein dem Impulsstrom des Gerätes
entgegengesetzt gerichteter Strom durch dessen Spule fließt, der die Nadel von demjenigen
feststehenden Kontakt des Meßgerätes trennt, welchen die Nadel zuvor berührt hatte.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Vorrichtung
wird demgemäß ein verhältnismäßig starker Stromkreis hergestellt, dessen Strom in
umgekehrter Richtung wie derjenige fließt, welcher die Nadel vorher zur Berührung
mit einem der feststehenden Kontakte gezwungen hatte. Die Folge ist, daß die Nadel
energisch von dem feststehenden Kontakt abgezogen wird, mit dem sie vorher in Berührung
getreten war, und nicht mehr infolge der von diesem Kontakt ausgeübten schwachen,
magnetischen Kräfte an ihm haftenbleibt. So wird durch die erfindungsgetnäß verwandten
Mittel die Wirkungsweise der elektrischen Vorrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen
erheblich im Sinne der Betriebssicherheit verbessert.
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Nach einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung beeinflussen die
durch die Relaiswicklung fließenden Ströme den Meßapparat vorteilhaftervreise nicht,
so daß ihnen eine erhöhte Intensität gegeben werden kann. Auf diese Weise wird erreicht,
daß ohne Beeinträchtigung der Empfindliichkeit des Instrumentes die über die Relaiswickfung
fließenden Ströme besonders wirksam gemacht werden können.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen: Fig. i in schematischer Darstellung eine Einrichtung gemäß der
Erfindirng mit Weatlhstonescher Brücke, Galvanometer mit Kontakten und einem elektromagnetischien
Relais, Fig. 2 und 3 zwei andere Ausführungsformen der Einrichtung gemäß Fig. i,
Fig. 4 ebenfalls in schematischer Darstellung eine Einrichtung ähnlich den vorherwehenden,
bei welcher aber das Steuerrelais durch eine Batterie gespeist wird, die unabhängig
von derjenigen ist, welche die Weathstonesche Brücke speist, Fig. 5 und 6 in schematischer
Darstellung Vorrichtungen zur Überwachung einer Wechselspannung.
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Die Einrichtung nach Fig. i dient dazu, die Temperatur eines Raumes
innerhalb hestimmter Grenzen aufrechtzuerhalten. Der Widerstand R4 der Weathstoneschen
Brücke ist in diesem Raum angeordnet. Er ändert sich mit dessen Temperatur, wodurch
in der Diagonalenff der Brücke ein Strom entsteht. In den Zweig IF ist die WicklungG
eines Galvanometers geschaltet, dessen Nadel A die Anschlagkontakte C1 und C, zugeordnet
sind. Die Punkte I und H der Brücke sind an eine Gleichstromquelle angeschlossen.
Ein elektromagnetisches Relais i betätigt Kontailktfedernii bis ig. Die gezeichnete
Stellung der Federn entspricht der Ruhestellung des Relais. Das Relais steuert über
den Kontakt 14 die Apparate zur Beheizung des Raumes.
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Sobald die Temperatur des Raumes gleich der Normaltemperatur ist,
herrscht in der Brücke Gleichgewicht.
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Es wird nun ang genommen, daß die Ternperatur des Raumes zu niedrig
ist und daß infolgedessen in der Wicklung G des Galvanometers ein Strom fließt.
Die Nadel A verschiebe sich dann nach rechts. Wenn die Temperatur im Raum die untere
zulässige Grenze erreicht, tritt die Nadel A in Berührung mit dem Anschlagkontakt
Cl. Dann ist der forthin als >,Haftkreis« bezeLchnete Stromkreis geschlossen.
Der Strom fließt vom positiven Pol der Batterie über die NadelA. den festen KontaktC1,
die Kontaktfeder 16 -. die Wicklung des Relais i und den Widerstand2i zum negativen
Pol der Batterie.
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Das Relais i zieht die verschiedenen Kontaktfedem in folgender Reihenfolge
in: Feder 12 öffnet ihren Ruhekontakt, Feder 13 schließt ihren Arbekskontakt, Feder
15 schließt ihren Arbeitskontakt, Feder 16 öffnet ihren Ruhekontakt
-, Feder 17 schließt ihren Arb:eitskontakt-, ,Feder 18 öffnet ihren
Ruhekontakt.
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Die Tätigk-eit der nicht aufgeführten Kontakte ist für die hier geschilderte
Wirkun-sweise des Relais belanglos. Durch.die Feder 15 und ihren an, dem Pluspol
der Batterie angeschlossenen Arbeitskontakt schließt das Relais i seinen Erregerstromkreis
unmittelbar über den positiven Pol der Batterie und liebt sein-en Haftstromkreis
durch öffnung des Kontaktes 16 auf. Da der Erreggerstromkreis unabhängig von der
Stellung der Nadel A ist, wird das Relais in seiner Arbeitsstellung nicht
durch Vibrationen der Nadel beeinflußt.
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Die Feder 12 öffnet ihren Ruhestromkreis, bevor die Feder
13 ihren Arbeitskontakt schließt, um einen vorzeitigen Stromstoß zu vermeiden,
welcher das Relais i hindern könnte, die Kontaktfedern so weit anzuziehen-, daß
sein Erregungsstromkreis gescblossen wird.
Immer dann, wenn die
Nadel A den Kontakt C1 berührt und die Feder 17 ihren Arbeitskontakt schließt, während
die Feder I8 ihren Ruhekontakt nach nicht verlassen hat, besteht folgender Stromkreis
zur Loslösung, der Nadel: Positiver Pol der Batterie an der Nadel A, Kontakt Cl,
Feder I7 und ihr Arbeitskontakt, Feder I8 und ihr Ruhekontakt, Punkt Gl, Wicklung
Gr des Galvanometers, Punikti der Brücke, Widerstand R1 Sclieitelpunikt J, negativer
Pol der Batterie. In der Wicklung Gr fließt ein Strom, dessen Stärke erheblich größer
als der die Verschiebung der Nadel A hervorrufende Strom ist. Er fließt entgegengesetzt
dem Strom, der die Nadel festhalten will, und verursacht eine plötzliche Drehung
der Nadel A nach links und damit ihre Loslösung vom Kontakt C1. Kurz nach Schließung
des Stromkreises zum Loslösen der NadelA (die Armatur des Relais i setzte inzwischen
ihre Bewegung fort) verläßt die Feder I8 ihren Ruhekontakt, wobei der Kontakt C2
stromlos wird (Mittelstellung von A).
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Der Kontakt C1 ist in diesem Augenblick von den Steuerstromkreisen
getrennt, und wenn die Nadel ihn von neuern berührt, wird durch ihn kein Steuervorgang
ausgelöst. Inzwischen schließt das Relais i über seine Feder I4 und dessen Arheitskontakt
den die Heizung enthaltenden Stromkreis. Der starke Stromstoß, der die Nadel ablöst,
ist nur während eines außerordentlich kurzen Zeitraunies zwischen der Tätigkeit
der Kontakte I7 und I8 und demgemäß höchstens zur Zeit der Tätigkeit des Relais
i vorhanden, daher reicht die Erwärmung durcli diesen Strom nicht aus, um Zerstörungen
hervorzurufen.
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Die Loslösung der Nadel von C1. kann auch durch einen Strom hervorgerufen
werden, der im gleichen Sinne wie der Strom zum Verstellen der Nadel wirkt. Es genügt
dann, die Feder I8 des Relais mit dem Ende G2 der WicklungG zu verbinden, anstatt
sie an das Ende Gl anzuschließen. In diesem Falle würde der Stromstoß die Wirkung
haben, daß das, aus der Nadel und ihren Antriebsmitteln bestehende elastische Gebilde
sich an dem feststehenden Kontakt C1 unter Inanspruchnahme ihrer Elastizität fest
anpreßt und elastisch zurückgeworfen wird, sobald die Feder I8 ihren Ruhekontakt
öffnet. In diesem Falle erfolgt die Trennung der Nadel vom Kontakt C1 erst nach
öffnung des Kontaktes der Feder I8, d. h. wenn kein Strom mehr im Kontakt fließt,
daher wird ein Abreißfunken vollständig vermieden.
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Infolge der Schließung des das Heizungssystem enthaltenden Stromkreises
über den Kontakt I4 steigt die Temperatur an. Der Wert des Widerstandes R verändert
sich nun im umgekehrten Sinne. Hat die Temperatur den vorbestimmten oberen Grenzwert
angenommen, fließt in der WicklungG ein Strom, dessen Richtung umgekehrt demjenigen
des Stromes ist, der die erste Verschiebung der Nadel A hervorgerufen hat. Infolgedessen
bewegt sich die Nadel nach links und stößt an den Kontakt C, Dann ist der
folgende Kurzschlußstrom kreis des Relais i hergestellt: Positiver Pol der Batterie
an der Nadel A, Kontakt C2, Federn I3 des Relais i und sein Arbeitskontakt, Widerstand
2I und negativer Pol der Batterie.
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Das Relais i gibt nun die Kontaktfedern frei, welche in die Ruhelage
zurückkehren. Das Relais ist derart eingerichtet, daß die öffnung und das Schließen
der Kontakte in fol. ender Reihenfolge vor sich geht: 9
Die Feder 15
öffniet ihren Arbeitskontakt, Die Feder 13 öffnet ihren Arbeitskontakt, Die
Feder 12 schließt ihren Ruhekontakt, Die Feder i i öffnet ihren Arbeitskontakt.
Die nicht erwähnten Kontakte sind für die hier geschilderte Arbeitsvreise ohne Bedeutung.
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Weil die Kontakte i i und 12 gleichzeitig während einer sehr kurzen
Zeit geschlossen sind, wird der Stromkreis zur Loslösung der Nadel wie folgt geschlossen:
Po#siüvex Pol der Batterie an der NadelA, KontaktC2, Feder i i und ihr Arbeitskontakt,
Feder 12 und ihr Ruhekontakt, EndeG2 der Wicklung von G, E4de#Gl, ScheitelpunktF
der Brücke, Widerstand R4, Scheitelpunkt J der Brucke und negativer Pol der
Batterie.
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Ein starker Stromstoß von entgegengesetztem Sinne wie derjenige, welcher
die, Verschiebung der NadelA nach C2 hervorgerufen hatte, fließt üi
G und erzeugt Beine Kraft, welche ausreicht, um die NadelA vom Kontakt
C2 loszülösen. Der Stoß dauert nur einen Bruchteil #einex Sekunde. Man könnte
die Loslösung der Nadel auch durch elastische Kräfte erreichen, indem man in #G
einen starken Strom fließen läßt, welcher in dem gleichen Sinne wie der Betätigungsstrom
der Nadel wirkt. Es würde zu diesein Zwecke genügen, die Kontaktfeder i-- mit Cl#
zu verbinden, anstatt sie an #G.2 anzuschließen. Nachdem das Relais i in den Ruhezustand
gekommen ist, öffnet es mittels der Kontaktfeder 14 den Heizungsstromkreis. Man
kann das Relais auch mit zwei Wicklungen ausrüsten, von denen die eine benutzt wird,
um die Kontaktfedern anzuziehen, während die zweite der Lösung des Relais dient.
Der in beiden Wicklungen, fließende Strom muß in diesem Falle entgegengesetzten
Sinnes sein, damit die Amplerewindunggen der Ströme sich aufheben.
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In Fig. 2 wird die Lösung der Nadel in
dem Augenblick
der Erregung des Relais i ,erreicht , und zwar durch einen starken Strom in der
Wieklung G. Er muß in demselben Sinne fließen wie der Strom, der die Nadel nach
rechts gezogen hat. Im Augenblick der Lösung des Relais i wird die Nadel durch einen
Stromimpuls in G gelöst, der die umgekehrte Richtung desjenigen hat, der
die Nadel nach links gezogen hat. Zu diesem Zwecke ist die Feder I8 mit dem Ende
G2 von G verbunden, anstatt mit dem Ende G1 wie in, Fig. I.
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Die Federn I2 und I8 könnten auch mit G1 verbunden sein, wobei die
Vorgänge des Loslösens umgekehrt wären.
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Wenn ein Stromstoß in der Wicklung G
die Lösung der Nadel bewirkt,
welcher entgegengesetzt demjenigen fließt, der die Nadel mit ihren Anschlägen in
Berührung gebracht hat, kann ein Abreißfunken entstehen, weil der Kontakt-Nadel-Anschlag
unter Spannung ib steht. Diese Unzuträglichlkgeit wird vermieden, wenn man die Vorrichtung
nach Fig. 3 benutzt, in welcher die Federn i i und I7 unmittelbar mit einem der
Pole (dem Pluspol) der Batterie verbunden sind.
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Sobald die Nadel A mit C, in Berührung tritt, ist der Stromkreis des
Relaisi vollständig Die Feder I5 schließt ihren Kontakt, Die Feder I6 öffnet ihren
Ruhekontakt Die Feder I7 schließt ihren Kontakt, Die Feder I8 öffnet ihren Kontakt.
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I7 und I8 sind beide einen kurzen Augenblick lang geschlossen. Während
dieses Zeitraumes besteht der folgende Stromkreis zum Loslösen der Nadel: Positiver
Pol der Batterie, Feder I7 und ihr Arbeitskontakt, Feder I8 und ihr Ruhekontakt,
G1, Wicklung G, I, Widerstand R, J und negativer Pol der Batterie. Der Kontakt Nadel-C1
war beirm Hindurchschicken des Lösestromstoßes nicht unter Spannung.
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Wenn die Nadel mit C2 in Berührung kommt, werden in gleicher
Weise die Kontakte des Relais in der Reihenfolge I3, I2, ii in ihre Ruhelage zurüdkgeführt.
Ein Stromstoß zum Lösen wird während eines Augenblickes zwischen dein Schließen
von I2 und dem öffnen von i i nach der öffnung des Stromkreises des Kontaktes C2
nach I3 geschickt.
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Im Betriebszustande des Relais schließt die Feder I i ihren Arbeitskontakt,
bevor dife Feder I2 ihren Ruhekontakt verläßt, und es ist folgender Stromkreis geischlassen:
Positiver Pol der Batterie, Feder i I und ihr Arbeitskontakt, Feder I2 und ihr Ruhekontakt,
G2, Wicklung von G, Gl, F, R4, J und negativer Pol der Batterie. Dadurch wird in
G ein Stromstoß hervorgerufen, so daß der Druck der Nadel auf den Kontakt C, verstärkt
wird. Dieser Impuls ist ohne schädliche Einwirkung auf die Lösung der Nadel, vorausgesetzt,
daß die Feder I2 ihren Ruhekontakt öffnet, bevor die Feder I7 ihren Kontakt schließt;
sonst würden nämlich zwei Ströme entgegengesetzter Richtung entstehen, die sich
in ihrer Wirkung auflichen.
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Fig. 4 stellt das Schema einer Überwachungseinrichtung dar. Sowohl
die Brücke als auch das Steuerrelais i werden durch je eine Batterie gespeist, wobei
die Spannung beider Batierien verschieden sein kann.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht der Fig. 2. Der eine
der Pole der Batterie Q - in dem dargestellten Beispiel der negative - ist für gewöhnlich
mit einem der Enden G2 von G verbunden. Der Impuls zum Lösen, wird in dem Augenblick
gegeben, in welchem die Nadel in C1 angekommen ist und das Relais erregt ist, wobei
es den zweiten Pol von Q mit dem Ende GI über folgenden Stromkreis verbindet: Positiver
Pol der Batterie Q, Nadel A, Kontakt Cl, Feder I7 und ihr Arbeitskontakt, Feder
I8 und ihr Ruhekontakt und Klemme G, von G. Der Impuls hat die Wirkung, daß die
Nadel A kräftig an den Kontakt C1 angedrückt wird. Die Loslösung erfolgt infolge
der Elastizität der Nadel am Ende des Impulses. Sobald A mit C2 in Berührung kommt,
wird die Lösung -wieder durch einen Stromstoß hervorgerufen. Der notwendige Impuls
wird von der Batterie-Q aus durch die Federn i i und 12, die ihren Kontakt während
eines kurzen Augenblickes gleichzeitig schließen, ausgesandt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen unddargestellten Ausführungsformen
beschränkt' Die Abweichung- der Nadel des Meßinstrumenlies kann auch durch eine
Weathstonesche Brücke. mit dauernder Ab-
weichung oder durch eine mit Wechselstrom
g S ce peiste Brücke gesteuert werden. Die Steuerung kann sogar unmittelbar
ohne dazwischenliegende Brücke erfolgen, indem man z. B. die Spule des Galvanometers
mittels eines thermoelektrischen Elementes oder einer photoelektrischen Zelle speist.
Derartige Ausführungsformen sind in Fig. 5 und 6
dargestellt. Fig.
5 stellt eine Einrichtung zur überwachung einer Wechselspannung dar. Diese
Spannung ist über die beiden Kl#emin en 3 und 4 an die Klemmen
0, und 0. einer Gleichrichteranordnung gelegt, welche die WicklungG
des Galvanometers speist, R ist ein Widerstand im Stromkreis der Wechselspannang.
Die Wirkungsweise der Einrichtung stimmt im Prinzip überein mit derjenigen der oben
bes-dhrieb#en,en Vorrichtungen.
In Fig. 6 ist das Schema einer Einächtung
zur Überwachung einer Wechselspannung dargestellt, in welcher die Loslösung der
Nadel von den Kontakten C1 und C2 durch unmittelbare Abstoßung erreicht wird. Die
Federn I2 uild I3 sind nicht mit dem Punkt G1 verbunden, sondem es ist die Feder
I8 an das eine EndeH des Widerstandes R angelegt, und I7 ist an einen mittleren
Punkt I des Widerstandes R angeschlossen.
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Wenn die überwachte Spannung die untere Grenze erreicht und der Kontakt
der Feder I4 offen ist, kommt die Nadel A in Berührung mit dem Kontakt C1 welcher
dem Kleinstwert der Spannung entsprechen soll. Das Relais i wird erregt und zieht
die Anker an. Sobald die Kontaktfedern I7 und I8 gleichzeitig ihre Kontakte schließen,
wird ein Teil r des Widerstandes R kurzgesichlossein. Das ergibt ein staxkes Anwachsen
des Stromes in G, der sich in einer plötzlichen Verschiebung der Nadel nach links
äußert, wodurch deren Lösung bewirkt wird. Der TeHr des Widerstandes ist so ausgewählt,
daß die Lösung der Nadel erfolgt, 2ohne daß der Ausschlag der Nadel demen Bierühxung
mit C2 hervorruft.
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Nachdem die Feder I4 ihren Arheltskontakt geschlessen hat, wächst
die Spannung an und erreicht den oberen Grentwert. Die Nadel A kommt dann mit C2
in Kontakt, wobei sie die Lösung des Relais i durch Kurzschluß hervorruft.
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Während dieser Lösung schließen die Federn i i und I2 gleichzeitig
während eines kurzen Augenblickes ihren Kontakt, und ein Gleichstromstoß von umgekehrtem
Sinne wie derjenige, welcher die Nadel nach C2 verschoben hat, bewirkt die Loslösung
von A.
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Mit Einrichtungen gemäß Fig. 5 und 6 kann auch eine wechselnde Kraft
überwacht werden. Die gleichen Einrichtungen können bei Fortlassung der Gleichrichteranordnung
O für die Überwachung der Spannung oder Stärke eines Gleichistromies benutzt werden.