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Anordnung zur elektromagnetischen Rückstellung eines Organs Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur elektromagnetischen Rückstellung eines Organs, z. B.
des Ankers eines polarisierten Relais, aus seiner Endstellung in seine Anfangsstellung.
Die Rückstellung erfolgt, nachdem das Organ infolge eines beliebigen, beispielsweise
elektromagnetischen Auslösevorganges voll seiner Anfangsstellung in die Endstellung
gelangt ist und in dieser durch eine Kraft, beispielsweise derjenigen eines Magneten
oder einer Feder, auch dann festgehalten wird, wenn der zur Auslösung dienende Vorgang,
beispielsweise der Signalstrom, bei Endstellung des Organs nicht mehr andauert.
Zur Rückstellung des Organs ist also eine besondere, die Haltekraft überwindende
Gegenkraft notwendig, die z. B. durch einen Elektromagneten erzeugt werden kann.
Die Steuerung dieser Rückstellung kann durch das Organ direkt oder indirekt erfolgen.
Eine direkte Steuerung der Rückstellung durch das Organ selbst, etwa dadurch, daß
das Organ in oder kurz vor seiner Endstellung einen Kontakt schließt, der den Erregerstrom
für den Rückstellinagneten einschaltet, ist praktisch aber nicht ohne weiteres möglich.
Der Stromkreis für den Rückstellmagneten wird nämlich unterbrochen, bevor das Organ
in seine Anfangsstellung zurückgekehrt ist, d. h. das -Organ muß einen bestimmten
Weg ohne Rückstellkraft zurücklegen. Wenn es also sicher in seine Anfangsstellung
zurückgelangen soll, dann muß seine kinetische Energie im Moment der Kontaktöffnung
groß genug sein. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr, daß das Organ in der
Anfangsstellung zurückprellt und wieder auslöst. Diese Gefahr kann wohl dadurch
behoben werden, daß die Anfangsstellung mit einer wirksamen Rasterung versehen ist.
Bei hochempfindlichen Systemen,
beispielsweise polarisierten Relais,
ist aber eine derartige Rasterung unerwünscht, weil sie die Ansprechempfindlichkeit
herabsetzt.
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Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, sind Mittel vorzusehen, die
.die Dauer des Rückstellstromes über den Zeitpunkt der Kontaktöffnung hinaus mindestens
so weit verlängern, bis die Rückstellung sichergestellt ist. Dies ist in bekannter
Weise durch die indirekte Steuerung -der Rückstellung möglich.
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Derartige Anordnungen werden insbesondere in der Fernmeldetechnik
vielfach angewendet. Bei einer Ausführungsform z. B. erregt der Anker eines polarisierten
Relais in der Endstellung über einen Kontakt ein, Hilfsrelais, das den Rückstellstrom
einschaltet. Durch Abfallverzögerung des Hilfsrelais kann die gewünschte Dauer des
Rückstellstromes erzielt werden. Es sind auch Anordnungen für polarisierte Vierpolmagnetsysteme
bekannt, bei «-elchen der - Rückstellkontakt durch eine mechanische Vorrichtung
betätigt wird, die infolge ihrer mechanischen Trägheit eine genügende Verzögerung
der Kontaktöffnung hervorruft.
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Die Anordnung nach der Erfindung zur elektromagnetischen Rückstellung
eines Organs aus einer stabilen Endlage in seine Anfangslage zeigt eine Lösung für
die direkte Steuerung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Organ spätestens
in seiner Endstellung mindestens einen Kontakt schließt zur Einschaltung des Erregerstromes
des Rückstellmagneten aus einer Lokalstromquelle und zur Beeinflussung von Speichermitteln,
die die Dauer des Erregerstromes über den Zeitpunkt der Kontaktöffnung hinaus so
weit verlängern, daß das Organ mit Sicherheit rückgestellt wird.
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Es ist hierbei unwesentlich, ob die Auslösung des Organs auf mechanische,
elektromagnetische oder andere Art erfolgt. Für die elektromagnetische Auslösung
kann z. B. bei einem polarisierten Relais die Rückstellspule verwendet werden, wenn
keine besondere Auslösespule vorgesehen ist.
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Es sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
an Hand der Zeichnung beschrieben. Dabei bedeutet Fig. i eine Ausführungsform mit
einem Kondensator als Speichermittel, Fig. 2 und 3 Ausführungsformen mit Kondensator
und Gleichrichter, Fig.4 eine Ausführungsform mit einer Drossel als Speichermittel,
Fig.5 eine Ausführungsform mit Kondensator und zusätzlichem Kontakt, Fig.6 einen
zusätzlichen Kontakt zur Abschaltung des Auslösestromes und Big. 7 ein Magnetsystem,
bei dem die Spulen des Rückstell- und @uslösemagneten weitgehend elektrisch und
magnetisch voneinander entkoppelt sind.
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Die Kontakte sind in der Ruhestellung, die der Anfangsstellung des
Organs entspricht, gezeichnet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. i stellt E I die
Spule für die Auslösung des nicht eingezeichneten Ankers eines polarisierten Relais,
E II die Spule für dessen Rückstellung dar. Als Speichermittel dient der Kondensator
K, der über dieRückstellspule EII ununterbrochen an eine Batterie B angeschlossen
ist. Die Auslösespule EI ist mit der Leitung a, b verbunden. Es können bei
polarisierten: Relais nur in einem gegebenen Sinn gerichtete Gleichströme bzw. Wechselstromhalbwellen
i i die Auslösung des Ankers veranlassen. In Fig. i und folgenden ist dieser Richtungssinn
des Auslösestromes durch den von a nach b zeigenden Pfeil angedeutet. Nach Auslösung
und Überschreiten der neutralen Lage wird der Anker durch die Kraft des permanenten
Magneten in seine-Endlage gezogen, wobei er die Kontakte e i und e2 schließt.
Der Kontakt e i schaltet den durch die Batterie B verursachten Rückstellstrom
i2 durch die Spule EII ein. Auch dieser Strom kann die Rückstellung nur dann veranlassen,
wenn er einen bestimmten Richtungssinn hat; in der Figur durch den zu i 2 gehörenden
Pfeil angedeutet. Gleichzeitig wird der Kondensator K über den. Kontakt e i entladen.
Nötigenfalls ist ein Schutzwiderstand Wi vorzusehen, der nur so groß zu sein braucht,
daß er den Kontaktstrom auf ein unschädliches Maß beschränkt. Der Kontakt e2 schaltet
über die Leitungen a i, b i einen beliebigen Stromkreis ein.
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Die Rückstellung des Relaisankers beginnt infolge des Stromes i2.
Nach Zurücklegen eines bestimmten Weges werden die Kontakte e i und e 2 geöffnet.
Der Anker legt den übrigen Teil des Rückstellweges unter Wirkung des Stromes zurück,
welcher in der Spule E II infolge Ladung des Kondensators K weiterhin fließt. Dieser
ist derart bemessen, daß der Strom i2 mit solcher Dauer und Stärke weiterfließt,
d@aß der Anker mit Sicherheit zurückgestellt wird.
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In dieser Anordnung tritt aber noch folgende Nebenerscheinung auf:
Der Kondensator K wirkt als Belastung des mit einem Transformator vergleichbaren
polarisierten Relais. Ein Stromimpuls i i in der Spule E I induziert in der Spule
E II eine Spannung, welche im Rückstelltsromkreis einen Verluststrom erzeugt. Der
Stromimpuls i i ist also nur zum Teil für die Auslösung wirksam, d. h. die Ansprechempfindliichkeit
des Ankers ist bezüglich dieses Stromes geringer als bei aufgetrenntem Rückstellstromkreis.
Ist die gegebeneImpulsstromstärke reichlich bemessen, so ist diese Einbuße an Ansprechempfindlichkeit
unwesentlich. Wird dagegen eine hohe Ansprechempfindlichkeit verlangt, so sind.
Mittel vorzusehen, um,den genannten Verluststrom zu verhindern oder wenigstens zu
vermindern. Im folgenden sind diesbezügliche Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig.
i dadurch, daß unter anderem ein Stromventil G1 i am Rückstellstromkreis B, E II,
K i hinzugefügt ist. Dieses ist derart angeordnet, daß es für den bei geöffnetem
Kontakt e 3 den Kondensator Ki ladenden Rückstellstrom i2 durchlässig ist. Gerade
bei Verwertung der hohen Ansprechempfindlichkeit des Relais, d. h. bei nicht unnötig
großen Auslösestromimpulsen i i, ist der oben erwähnte Verluststrom wesentlich kleiner
als der
Rückstellstrom i2. Es wird für diesen Fall ein derartiges
Stromventil vorgesehen, das für den Verluststrom einen wesentlich größeren Widerstand
aufweist als für den Rückstellstrom i 2 bei geöffnetem Kontakt e3. Auch im ungünstigsten
Fall, wo beide Ströme gleichen Richtungssinn haben, wird mit Vorteil ein Trockengleichrichter
verwendet, der bekanntlich in Durchlaßrichtung für kleine Ströme einen wesentlich
größeren Widerstand aufweist als für größere, d. h. seine Strom-Widerstands-Kennlinie
ist stark gekrümmt.
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Bei geschlossenem Kontakt e 3 kann sich der Kondensator K i infolge
der Sperrwirkung des Gleichrichters Gl i nicht über diesen Kontakt entladen. Daher
ist ein zweiter Kontakt e4 vorgesehen, der ebenfalls geschlossen wird, wenn der
Relaisanker in die Endstellung gelangt. Dieser Kontakt überbrückt den Gleichrichter
mittels des kleinen, strombegrenzenden Widerstandes Wi i und hebt hierdurch die
Sperrwirkung des Ventils auf.
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Kontakt e4 und Widerstand Wi i können eingespart werden, wenn dem
Gleichrichter Gl i ein zweiter Gleichrichter mit entgegengestzter Durchlaßrichtung
parallel geschaltet wird. Dieser ist für den Entladestrom des Kondensators durchlässig.
Dabei wird die Sperrwirkung gegen die erwähnten Verlustströme wohl vermindert, aber
nicht aufgehoben. Dies gilt auch für die Schaltung nach Fig. 3.
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Der Kontakt kann gleichzeitig dazu verwendet werden, um eine beliebige
Zusatzschaltung an den Punkten a 2, b 2 der Rückstellschaltung z. B. nach
Fig.2 anzuschließen, derart, daß an jene beim Schließen des Kontaktes e 3 die volle
Batteriespannung gelegt wird. Zur Vermeidung einer allfälligen Rückwirkung auf die
Rückstellschaltung kann vor die Zusatzschaltung ein Stromventil Gl 12 derart vorgeschaltet
werden, daß diese für den Batteriestrom durchlässig ist. Ein Beispiel für eine derartige
Zusatzschaltung ist die in Fig.2 angedeutete an sich bekannte Anordnung zur Auslösung
einer elektromagnetischen Fallklappe od. dgl., mit Widerstand Wi z, Kondensator
K 2 und Fallklappenmagnet M; sie kann auch jeder anderen Ausführungsform
zugeordnet werden.
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Ein anderer Weg zur Verminderung der durch die Auslöseimpulse i i
verursachten Verlustströme besteht darin, daß die Spulen des Auslöse- und Rückstellmagneten
weitgehend elektrisch und magnetisch voneinander entkoppelt werden, ohne daß ,deren
magnetische Kreise ganz getrennt werden müssen. Fig.7 zeigt schematisch ein diesbezügliches
Ausführungsbeispiel, angewandt auf ein polarisiertes Relais. i und 2 sind dessen
Joche mit den Polschuhen 3, 4 bzw. 5, 6, wobei 3 und 6 verlängert sein können. 7
istderpermanenteMagnet mit dem Nord- bzw. Südpol N bzw. S. Der Anker 8 ist um die
Achse 9 drehbar. Erfindungsgemäß sind die Auslöse- und die Rückstellspule räumlich
voneinander getrennt, derart, daß die eine das - Joch i und die andere das Joch
2 umfaßt. Ist der Anker 8 in Anfangsstellung, ausgezogen gezeichnet, so verläuft
der permanente Magnetfluß auf dem Weg N-4-5-S. Ein Auslösestromimpuls i i im angedeuteten
Pfeilsinn erzeugt einen Nutzfluß, der den fast luftspaltfreien Weg 4-N-S-5-4 vorzieht
gegenüber dem mit einem großen Luftspalt 4r6 versehenen Streupfad 4-N-S-4-6. Hierdurch
entsteht ein verhältnismäßig unbedeutender iniduzierter Strom i i' in der Rückstellspule
E II, im angedeuteten Pfeilsinn. Infolge Kompensation des Permanenzflusses entmagnetisiert
der Nutzfluß die Pole 4 und 5. Die anderen Pole 3 und 6 ziehen daher den Anker 8
in die gestrichelt gezeichnete Endlage. Der Permanenzfluß hat jetzt den Verlauf
N-3-6-S. Schaltet der Anker in 'der oben beschriebenen Weise den Rückstell;strom
i2 der Spule EII im angedeuteten Pfeilsinn ein, so entmagnetisiert der Gegenfluß
6-3-N-S-6 die Pole 3 und 6. Der verhältnismäßig unwesentliche Streufluß 6-4-N-S-6
erzeugt durch Induktion den unbedeutenden Strom i2' in der Auslösespule E I. Der
Anker wird durch die Pole q: und 5 in die Anfangslage zurückgezogen. Die Spulen
E I und E Il sind also gegenseitig weitgehend magnetisch entkoppelt.
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Besonders vorteilhaft ist eine Verbindung der Ausführungsform nach
Fig. 2, 3 bzw. 4 und 7. Da der durch Induktion erzeugte Strom i i' nicht
nur wesentlich kleiner, sondern umgekehrt gerichtet ist wie der Rückstellstrom i2,
ist die Wirkung des Stromventils GL i besonders ausgeprägt, ohne daß dessen Strom-Spannungs-Kennlinie
für Durchlaßrichtung gekrümmt zu sein braucht. Somit besteht eine größere Freiheit
für die Wahl des zu verwendenden Ventiltyps.
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Außer der in Fig. 7 dargestellten gibt es noch andere Möglichkeiten
zur Anordnung der Spulen E I und E II, so z. B. auf den Schenkeln der Polschuhe
4 bzw. 6 oder 5 bzw. 3. Die Wirkungsweise dieser Spulen bleibt praktisch die gleiche
wie bei Befestigung auf den Jochen. Ferner kann die Auslösemagnetspule E I in zwei
reihen- oder parallel geschalteteten Hälften auf den Schenkeln der Polschuhe 4 und
5 und die Rückstellmagnetspule E II ebenso auf den Schenkeln 3 und 6 angeordnet
sein. mit solchem W@inidun.gssinn, daß die durch die wirksamen Auslöse- bzw. Rückstellströme
i i bzw. i 2
hervorgerufenen magnetischen Flüsse den Polarisationsflüssen
(deren Richtungen in Fig. 7 durch Pfeile angedeutet sind) entgegenwirken. Der wirksame
Auslösestromimpuls i i in den Spulenhälften auf den Schenkeln q. und 5 erzeugt außer
dem obenerwähnten Nutzfluß 4-N-S-5-4 und Streufluß 4-N-5-6-4 den weiteren Streufluß
4-i-3-8-4. Die Streuflüsse induzieren in den Spulenhälften des Rückstellmagneten
E II Spannungen, die einander entgegenwirken. Aus analogen Gründen induziert der
Rückstellstrom i2 in den Spulenhälften des Auslösemagneten einander entgegenwirkende
Spannungen. Die gegenseitige Kopplung der Spule EI und E II ist also bei dieser
Anordnung auf vier Polschuh:schenkeln noch schwächer als bei den vorerwähnten Anordnungen
auf den zwei Jochen i, 2 oder auf zwei Polen. Somit ist auch die Beeinflussung der
Auslöseempfindlichkeit des Organs durch den Rückstellstromkreis noch geringer.
Die
Ausführungsform nach Fig.3 unterscheidet sich von den vorerwähnten dadurch, daß
die Batterie B im gemeinsamen Zweigdes Spulen- und Kondens.atorstromkreises angeordnet
ist.
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Beim Schließen der Kontakte e3 und eq. fließt der Rückstellstrom i2
aus der Batterie durch die Spule E II. Gleichzeitig wird der Kondensator K über
den Kontakt e4 und den allfälligen Schutzwiderstand Wi geladen. Der Strom
i2 leitet die Rückstellung des Ankers ein und dauert auch nach der Öffnung
von e 3 und e q. weiter als Entladestrom -des Kondensators h über den Gleichrichter
Gl (Durchlaßrichtung).
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. q, enthält als Speichermittel eine
Drossel Dr; welche mit der Rückstellspule E II und dem Gleichrichter Gl einen dauernd
geschlossenen Stromkreis bildet. Bei ausgelöstem Anker wird durch Schließung des
Kontaktes e 5 die Batterie an den Gleichrichter gelegt. Dieser ist so angeordnet,
daß er praktisch keinen Batteriestromdurchläßt. DagegenfließtderStromi2 durch die
Spule E II und die Drossel Dr. Der Strom leitet die Rückstellung es Ankers
ein. Auch nach der öffnung des Kontaktes e s dauert der Strom i2 wegen der in der
Drossel Dr aufgespeicherten magnetischen Energie weiter, da der Gleichrichter
für diesen Strom durchlässig ist. Es ist eine Drossel mit so großer Induktivität
vorzusehen, daß der Strom i 2 zur vollständigen Rückstellung ausreicht.
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Die Schaltung der Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von
derjenigen nach Fig. 2 im wesentlichen durch Verwendung eines Kontaktes e 8 an Stelle
des Gleichrichters. Die Anfangsstellung des Ankers ist durch eine Rasterung festgelegt;
von dieser aus ist der Anker nach beiden Seiten in zwei andere Stellungen beweglich.
Die eine ist, wie bei den bisherigcn Ausführungsformen, die stabile Endstellung.
Der Anker schließt beim Erreichen dieser Endstellung die Kontakte e6 und e7, beim
Erreichen der jenseits der Anfangsstellung befindlichen Stellung dagegen den Kontakt
e8. Diese Stellung ist unstabil, d. h. beim Fehlen einer fremden Kraft wird der
Anker durch die Kraft eines permanenten Magneten, einer Feder od. dgl. in die Anfangsstellung
zurückbewegt. In dieser Anfangsstellung sind alle Kontakte und somit die Spule E
II des Rückstellmagneten offen, so daß das Relais gegenüber einem Signalstromimpuls
i i (Fig. i) wie ein leer laufender Transformator wirkt. Fällt infolge Auslösung
durch diesen Strom der Anker in seine Endstellung, so schalten die Kontakte e 6
und e7 den Batteriestromkreis ein, so :daß wie bei Fig. 2 der Strom i. 2 über die
Spule E II zu fließen beginnt. Gleichzeitig wird der Kondensator K entladen.
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Bei der Rückstellung wird der Kondensator I1 abgeschaltet, sobald
beide Kontakte e 6 und e 7 geöffnet sind. Einer der Kontakte, mit Vorteil e6, wird
derart ausgebildet, daß er, trotz Innehaltung des erforderlichen Kontaktdrucks,
bei der Rückstellung möglichst lange geschlossen bleibt. Somit erteilt der Strom
i2 dem Anker eine genügend große kinetische Energie, daß sich dieser nach Öffnung
des erwähnten Kontaktes über die Anfangsstellung hinaus bewegt und den Kontakt e
8 schließt. Dabei wird der Kondensator aus der Batterie B geladen, wobei .der Ladestrom
gleichzeitig als Rückstellstrom wirkt, welcher den Anker bis zum mechanischen Anschlag
auf der Seite des Kontaktes e 8 bewegt. Mit zunehmender Ladung des Kondensators
nimmt der Strom i2 ab, so daß der Anker bei Bewegung sich vom Anschlag löst und
sich in seine Anfangslage zurückbewegt. Ohne den Kontakt e 8 kann es vorkommen,
daß der Anker über die Anfangsstellung hinaus an der Anschlagstelle aufprallt und
infolge der kinetischen Energie in die Endlage zurückfällt. Diese Gefahr ist besonders
bei - hochempfindlichen polarisierten Relais vorhanden, weil bei -diesen :die geringe
Haltekraft des Ankers in der Anfangsstellung nicht genügt, um diesen aufzufangen
und festzuhalten.
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Ist der Auslösestrom i i ein Gleichstrom, der bei in Endstellung befindlichem
Organ weiterdauert, so vergrößert er dessen Haltekraft in :der Endstellung, wodurch
die Rückstellung :erschwert oder verhindert wird. Zur Abhilfe kann nach Fig.6 in
bekannter. Weise ein zusätzlicher Ruhekontakt e g vorgesehen werden, der bei in
Endstellung befindlichem Organ die Leitungsschleife a, b so lange unterbricht,
bis das Organ wenigstens teilweise zurückgestellt ist.
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Ferner sind unterUmständenMittel erforderlich, um eine Beeinflussung
des Auslösestromkreises durch den Rückstellstrom i2 zu vermeiden. Diese Beeinflussung
kann klein sein wie bei den beschriebenen Anordnungen mit weitgehend entkoppelten
Spulen (z. B. nach Fig. 7), groß bei Anordnungen mit einer gemeinsamen Spule für
Rückstellung und Auslösung. Zur Vermeidung dieser Beeinflussung kann entweder bei
allen Ausführungsformen der erwähnte Ruhekontakt e g oder ein Stromventil im Auslösestromkreis
verwendet werden, das für .den Auslösestrom durchlässig ist. Das Stromventil erfüllt
seinen Zweck nur unter der Bedingung, daß der wirksame Rückstellstrom durch das
Ventil gesperrt ist; d. h. entgegengesetzt gerichtet ist wie der wirksame Auslösestrom.
Diese Bedingung ist erfüllt, wenn für die Rückstellung und Auslösung des Organs
ein und dieselbe Spule verwendet wird, wobei die Rückstellstromquelle samt der Spule
im gemeinsamen. Zweig des Rückstell-"und Auslösestromkreises angeordnet ist. Die
in den Fig. i bis 5 dargestellten Ausführungsformen lassen sich grundsätzlich ohne
weiteres in diesem Sinn abändern. Als Auslöse- und Rückstellmagnetspule ist in allen
diesen Fällen die Spule E II zu verwenden, wobei die Leitung a, b an die
Punkte a 3, b 2 anzuschließen ist.