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Elektrischer Zeitkreis Zusatz zum Zusatzpatent 901307
Gegenstand
des Hauptpatents ist ein elektrischer Zeitkreis mit einer an einem elektrischen
Impulserzeuger angeschlossenen impulsspeichernden Sättigungsdrossel, Zähldrossel
genannt, zu deren Ummagnetisierung vom Sättigungszustand bis in den entgegengesetzten
Sättigungszustand mehr als ein Impuls erforderlich ist, und mit Mitteln, die bewirken,
daß die Zähldrossel durch Spannungsimpulse wechselnder Richtung und verschiedener
Größe, bezogen auf die Windungszahl der Zähldrosselwicklung, an der die Impulsspannungen
auftreten, im Pilgerschritt, d. h. abwechselnd um einen Betrag vorwärts und um einen
kleineren Betrag rückwärts schreitend, durch mindestens einen Teil ihres ungesättigten
Bereiches hindurch bis zur Sättigung ummagnetisiert wird.
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Nach dem Hauptpatent befindet sich die Zähldrossel, nachdem sie gegen
Ende eines Gangspieles die Sättigung in der angestrebten Richtung einmal erreicht
hat, jedesmal nach dem Verschwinden eines Vorwärtsimpulses im Remanenzzustand und
wird jedesmal durch den folgenden Rückwärtsimpuls wieder um einen Betrag, der für
die Folgezeit der gleiche bleibt, in das gesättigte Gebiet zurückgestoßen. Die Vorwärtsimpulse
finden immer diesen ungesättigten Zustand vor, so daß jedesmal erst ein gleichbleibender
Teil des Impulses verbraucht wird, ehe das Sättigungsknie wieder erreicht wird.
Infolgedessen
kommt der Impulsstrom am Ende eines Gangspieles über einen begrenzten Wert, der
durch den bis zumWiedererreichen des Sättigungsknies nicht verbrauchten Restanteil
der Vorwärts-Impulse gegeben ist, nicht hinaus.. Dieser Wert ist um so kleiner,
je geringer der Unterschied zwischen N'orwärts- und Rückwärtsimpuls, also je größer
die Anzahl der Pilgerschritte bzw. die Verzögerungszeit ist. Ferner ist der Endwert
des Impulsstromes um so kleier, je flacher die Krümmung der Magnetisierungskennlinie
an der Übergangsstelle zwischen dem ungesättigten und dem gesättigten Gebiet ist,
wie z. B. bei Magnetkernen aus Siliziumeisen im Vergleich zu solchen aus Nickeleisen.
Aus den verschiedenen erwähnten Gründen kann der Größenunterschied des Endimpulsstromes,
der eine Auslösung herbeiführen soll, gegenüber den Zähl-Impulsen, d. h, denjenigen
Stromimpulsen, die nicht zur Auslösung führen sollen, so klein werden, daß eine
vorzeitige Auslösung nicht mehr mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Diese Sclnvierigkeit
kann erfindungsgemäß dadurch überwunden werden, daß zu der Pilgerschrittschaltung
einer Zähldrossel eine zweite Zähldrossel parallel geschaltet wird.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Zeitkreisen
nach der Erfindung sowie Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Zeitkreis mit einem Impulsgeber G, beispielsweise
einen mit Wechselstrom erregten Sättigungswandler, der jedesmal bei seiner Entsättigung
einen Spannungsimpuls aussendet.. Die aufeinanderfolgenden Spannungsimpulse sind
entgegengesetzt gerichtet und untereinander gleich stark, d. h. ihr Spannungszeitintegral
fcdt ist stets das gleiche, nämlich dasjenige, welches zur Umsättigung des Sättigungswandlers
G von einem Sättigungszustand in den entgegengesetzten Sättigungszustand erforderlich
ist. Die zum Zeitkreis gehörende Zähldrossel kann in einer beliebigen Pilgerschrittschaltung
angeordnet sein, beispielsweise einer solchen, die im Hauptpatent beschrieben und
dargestellt ist. Hiervon ist für den vorliegenden Fall diejenige ausgewählt, bei
der in Reihe mit einer Zähldrossel Z1 eine Parallelschaltung eines Widerstandes
9%i und eines Ventils h1 vorgesehen ist. Mit dem Ventil V1 kann ein stromwertempfindliches
Gerät, das auf einen vom Impulsgeber G ausgesandten, der Ordnungszahl nach vorbestimmten
Impuls ansprechen soll, unmittelbar in Reihe geschaltet sein, beispielsweise die
Auslösespule A eines Auslösers oder Relais. Parallel zu der erwähnten Reihenschaltung
ist eine zweite Zähldrossel Z2 angeordnet. Diese kann sowohl hinsichtlich ihrer
Größe (Windungszahl und Kernquerschnitt) als auch hinsichtlich des ?4lagnetl:ernwerkstoffes
und des Gesamtaufbaues von der Zähldrossel Z1 verschieden sein. Im übrigen habe
der Zeitkreis einen äußeren Scheinwiderstand Il".
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In Fig. 2 sind die von den Zähldrosseln Z1 und Z_, zwischen ihren
Sättigungsendwerten -S'1 und -@Si bzw. +S2 und -S2 unter dem Einfluß periodisch
aufeinanderfolgender Impulse ihres Mägnetisierüngszustandes erreichten Magnetisierungswerte
in Abhängigkeit von der Impulszahl aufgetragen. Die erwähnten Sättigungsendwerte
sind als strichpunktierte Linien eingezeichnet, deren gegenseitiger Abstand gleich
dem doppelten Produkt aus dem erreichbaren Endwert des Sättigungsflusses im Eisen
und der Windungszahl der Zähldrossel ist. Die gestrichelten Linien +R1 und -R1 bzw.
+1Z2 und --R,, entsprechen den Remanenzzuständen, und es ist eine solche Form der
Magnetisierungskennlinie angenommen, bei welcher der remanente Magnetfluß annähernd
gleich dem Fluß am Sättigungsknie ist. Vor Beginn eines Gangspieles mögen sich die
Zähldrosseln in einem Ausgangszustand befinden, bei dem sie, bezogen auf die Richtung
eines Impulses, in entgegengesetzten Richtungen gesättigt sind, so daß z. B. durch
einen ersten Impuls die eine Zähldrossel in entsättigendem Sinne und die andere
Zähldrossel im Sinne einer roch höheren Sättigung magnetisiert wird. Letzteres möge
beispielsweise für die zweite Zähldrossel Z2 zutreffen. Infolgedessen würde der
Impulsstrom praktisch ungehindert über Z_., fließen können und Z1 im bisherigen
gesättigten Zustand verbleiben. Beim zweiten Impuls würde die erste Zähldrossel
Z_1 in der Richtung der bereits vorhandenen Sättigung weiter gesättigt werden und
infolgedessen ein verhältnismäßig hoher Impulsstrom über Z1 fließen, der das stromwertempfindliche
Gerät bereits zum Ansprechen bringen könnte. Ein Pilgervorgang würde überhaupt nicht
in Gang kommen. Damit das geschieht, muß die Strombahn über Z2 für den ersten Impuls
gesperrt werden. Dies kannbeispielsweise mittels der Sperrdrossel D erreicht werden,
die sich in entgegengesetztem Sättigungszustand befindet, wie die Zähldrossel Z_2,
und die so groß ist, daß sie durch den ersten Impuls gerade bis zum anderen Sättigungsknie
ummagnetisiert wird. Währenddessen kann in dem über Z2 führenden Stromzweig nur
ein kleiner Strom in Höhe des Magnetisierungsstromes der Sperrdrossel D fließen.
Die an der Sperrdrossel D während ihrer Urnmagnetisierung auftretende Spannung liegt
auch an dem anderen Stromzweig, also an der Pilgerschrittschaltung der Zähldrossel
Z1. Infolgedessen wird Z1 durch den ersten Impuls von ihrem Ausgangszustand der
negativen Remänenz -R1 aus in das ungesättigte Gebiet hineingestoßen, schätzungsweise
bis zu dem in Fig. 2 oben angegebenen Punkt i. Die Zähldrossel Z2 verbleibt beim
ersten Impuls praktisch in ihrem Ausgangszustand positiver Remanenz -;-R2, weil
die Impulsspannung im wesentlichen an der Sperrdrossel D liegt. Beim zweiten Impuls
macht die Zähldrossel Z1 einen Rückwärtsschritt in negativer Richtung, der deswegen
kleiner ist als der erste, vorwärts gerichtete Schritt, weil der Impulsstrom seinen
Weg über den Widerstand W1 nehmen muß, so daß an 7, eine kleinere Impulsspannung
liegt als in der Vorwärtsrichtung: Gleichzeitig führt die Zähldrossel Z2 einen Vorwärtsschritt
in Richtung der negativen Sättigung aus, wie aus dem unteren Schaubild in Fig.2
zu
erkennen ist. Beim dritten Impuls macht die Zähldrossel Z1 wieder
einen größeren Vorwärtsschritt, und die Zähldrossel Z2 macht zugleich einen Rückwärtsschritt,
der kleiner ist als ihr vorangegangener Vorwärtsschritt. Da nämlich der Widerstand
W1 für die Impulse positiver Richtung durch das Ventil y i überbrückt wird, so ist
der einer positiven Impulsspannung zugeordnete Impulsstrom größer als der einer
negativen Impulsspannung zugeordnete Impulsstrom. Infolgedessen ist auch der an
dem Scheinwiderstand W' verursachte Spannungsabfall größer und mithin die Impulsspannung
an der die Zähldrosseln enthaltenden Parallelschaltung kleiner. Hieraus folgt, daß
auch die zweite Zähldrossel Z2 im Pilgerschritt ihrem entgegengesetzten Sättigungszustand
unter dem Einfluß der aufeinanderfolgenden Impulse zustrebt.
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Unter der Annahme, daß Z2 ihren Sättigungszustand früher. erreicht
als Z1, ergibt sich von diesem Zeitpunkt ab folgendes Verhalten: Nach Fig. a überschreitet
die Zähldrossel Z2 vom achten Impuls ab erstmalig das jenseitige Sättigungsknie.
In diesem Augenblick sinkt die Spannung an Z2 auf einen verschwindend kleinen Bruchteil
herab und ebenso die Spannung an dem parallelen Stromzweig, der Schrittschaltung
mit der Zähldrossel Z1. Der von Z1 ausgeführte Rückwärtsschritt ist also beim achten
Impuls kleiner als die vorhergehenden Rückwärtsschritte. Beim neunten Impuls gelangt
die Zähldrossel Z_2 vom Zustand negativer Remanenz durch einen Rückwärtsschritt
wieder in das ungesättigte Gebiet hinein, und zwar bis zu dem gleichen Zustandspunkt
wie nach dem siebenten Impuls. Wenn auch die andere Zähldrossel, in vorliegendem
Fall also Z1, das jenseitige Sättigungsknie überschreitet (gemäß Fig. z beim elften
Impuls) verkürzen sich auch die Rückwärtsschritte der zweiten Zähldrossel und die
Vorwärtsschritte der ersten Zähldrossel. Beide Zähldrosseln führen also immer kleinere
Schritte aus, bis sie schließlich (gemäß Fig. a vom fünfzehnten bzw. sechzehnten
Impuls ab) überhaupt nicht mehr in den ungesättigten Zustand zurückgelangen, sondern
für die Folge dauernd gesättigt bleiben.
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In dem Zeitkreis nach Fig. 3, wo der Übersicht wegen nur die Parallelschaltung
mit den Zähldrosseln angegeben und der übrige Teil mit dem Impulsgeber weggelassen
ist, sind beide Zähldrosseln in Pilgerschrittschaltung angeordnet. Nach dem oben
beschriebenen Ablauf der Vorgänge müssen dabei die Parallelverbindungen so angeschlossen
sein, daß bei einem Impuls, bei welchem die eine Zähldrossel ihren größeren Teilschritt
ausführt, die andere Zähldrossel ihren kleineren Teilschritt macht. Nach Fig. 3
ist die Wicklung der Zähldrossel Z, mit zusätzlichen Anzapfwindungen versehen, die
nur von negativen Impulsen beeinflußt werden, während sie für die positiven Impulse
durch das Ventil V1 überbrückt sind. Die Auslösespule A wird hier wie übrigens
auch in dem vorher beschriebenen Fall als praktisch widerstandslos angesehen. Auf
die Zähldrossel Z1 wirkt also in positiver Richtung eine höhere Impulsspannung je
Windung als in der negativen Richtung.
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Die Zähldrossel Z2 hat eine zweite Wicklung, die mit einem Ventil
V2 und einem Widerstand W2 einen geschlossenen Stromkreis bildet. In diesen Kreis
fließt jedesmal unter dem Einfluß eines positiven Impulses ein Strom. Infolgedessen
fließt auch durch die Primärwicklung ein höherer Strom als bei einem negativen Impuls.
Der höhere Strom ruft an einem mit der Primärwicklung in Reihe liegenden Widerstand
W" einen höheren Spannungsabfall hervor, so daß auf Z2 ein geringerer Anteil der
Impulsspannung entfällt.
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Für den Fall, daß sich die beiden Zähldrosseln vor der Ingangsetzung
in einem Ausgangszustand befinden, in dem beide in der gleichen Richtung, bezogen
auf die Impulsrichtung, gesättigt sind, ist in Fig. q. der Ablauf eines Gangspieles
schätzungsweise dargestellt. Der Flußmaßstab dieses Schaubildes ist für die beiden
Zähldrosseln verschieden gewählt, und zwar so, daß der gegenseitige Abstand der
strichpunktierten Linien, welche den Sättigungsendwerten -1- S und -S entsprechen,
für Z1 und Z2 der gleiche ist. Die Zähldrossel Z1 strebt von dem Punkt -R aus in
abwechselnd großen und kleinen Schritten der jenseitigen Sättigung zu. Die Zähldrossel
Z2 führt zunächst einen kleineren Teilschritt aus und dann einen größeren, der sie
wieder im ursprünglichen Sinne sättigt. Diese Zähldrossel tritt also gewissermaßen
zunächst auf der Stelle, bis die andere Zähldrossel Z1 erstmalig das jenseitige
Sättigungsknie überschreitet. Dann verkürzen sich die folgenden Vorwärtsschritte
der Zähldrossel Z2 und die Rückwärtsschritte der Zähldrossel Z1 in zunehmendem Maße.
Vom achten bzw. neunten Impuls ab bleiben beide Zähldrosseln in dem gesättigten
Gebiet, und zwar die Zähldrossel Z2 in der ursprünglichen Richtung und die Zähldrossel
Z1 im jenseitigen Sättigungsgebiet.
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Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß sich die beiden
Zähldrosseln gegenseitig darin unterstützen, aus dem ungesättigten Gebiet heraus-und
über das Sättigungsknie hinwegzukommen, so daß die Stromimpulse schließlich eine
Spitzenhöhe erreichen, die wesentlich größer ist als die Spitzenhöhe der Anfangsimpulse,
so daß bei geeigneter ; Einstellung des Ansprechwertes des stromwertempfindlichen
Gerätes eine Auslösung mit Sicherheit erst bei einem der Ordnungszahl nach gegebenem
Impuls erfolgt, und zwar ohne wesentliche Nacheilung gegenüber dem Augenblick, in
dem dieser Impuls vom Impulsgeber ausgesandt wird.
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Diese Wirkung des erfindungsgemäßen Zeitkreises ist unabhängig von
dem Größenverhältnis der Zähldrosseln bzw. des zu ihrer vollständigen Umsättigung
erforderlichen Spannungszeitintegrals, also unabhängig von dem Verhältnis der Windungszahlen,
der Kernquerschnitte; der Form und Breite der Magnetisierungsschleifen und der Sättigungsinduktion,
also unabhängig von den für die Zähldrosseln verwendeten Werkstoffen. Es ist infolgedessen
beispielsweise möglich, die größere
Zähldrossel mit einem Kern aus
Siliziutneisen auszuführen, das billiger und leichter zu beschaffen - ist, jedoch
eine ziemlich flache Krümmung der Magnetisierungsschleife aufweist, und nur die
kleinere Zähldrossel mit einem Kern aus dem verhältnismäßig teureren Nickeleisen
zu versehen, dessen Vlagnetisierungsschleife mehr der idealen Rechteckform ähnlich
ist.
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Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung ist auch unabhängig
davon, ob die Zähldrosseln im Ausgangszustand in gleicher Richtung oder in entgegengesetzten
Richtungen gesättigt sind.
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Fig. 5 zeigt zur -,weiteren Veranschaulichung eine Gegenüberstellung
zweier Anordnungen a und b, von denen nur die eine, und zwar- die Ausführung b,
die Erfindung verkörpert. Nach Fig. 5 a ist zu einer Zähldrossel Z1 eine Reihenschaltung
eines Ventils Z' und eines Widerstandes W parallel geschaltet. Wird dieser Teil
der Anordnung an einen Wechselimpulsgeber angeschlossen, so führt die Zähldrossel
Z, Pilgerschritte aus. Wird nun dazu noch eine zweite Zähldrossel Z2 parallel geschaltet,
von der zwecks Vereinfachung angenommen sei, daß sie gleich groß und gleich ausgeführt
ist wie die Zähldrossel Z1, so kann die Schaltung nach Fig. 5 a so betrachtet werden,
als sei sowohl zu der Zähldrossel Zi als auch zu der Zähldrossel Z2 je ein Anteil
des .elektrischen Leitwertes des Widerstandes f1' mit gleicher Richtung des vorgeschalteten
Ventils LT parallel geschaltet. Für den Fall, daß beide Zähldrosseln sich in dem
gleichen Ausgangszustand befinden, ist damit ohne weiteres klar, daß sie sich so
wie eine einzige Zähldrossel mit doppeltem Kernquerschnitt, also doppelter Größe
des zur Umsättigung erforderlichen Spannungsintegrals verhalten, d. h. sie pilgern
-zwar, aber sie gelangen nicht so über das jenseitige Sättigungsknie hinaus, wie
es bei den Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung geschieht.
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Auch für den Fall, daß die beiden Zähldrosseln vor Beginn eines Gangspieles
in entgegengesetzten Richtungen gesättigt sind, führen die beiden Zähldrosseln zwar
Pilgerschritte aus, jedoch beide zugleich den größeren Teilschritt und beim folgenden
Impuls beide zugleich den kleineren Teilschritt. Wenn nun die eine Zähldrossel erstmalig
über das jenseitige Sättigungsknie hinausgelangt, so betrifft die dadurch bei der
anderen Zähldrossel bewirkte Schrittverkürzung nicht einen Rückwärtsschritt, sondern
statt dessen einen Vorwärtsschritt. Die beiden Zähldrosseln unterstützen sich also
nicht darin, daß sie über das Sättigungsknie hinwegkommen, sondern sie erschweren
einander das weitere Vorwärtskommen.
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Wird dagegen gemäß Fig: 5b die Pilgerschrittschaltung der Zähldrossel
Z1 durch Vorschaltungg eines Widerstandes W' vervollständigt, so macht die Zähldrossel
Z1 ihren kleineren Teilschritt, wenn die Zähldrossel 7-. ihren größeren Teilschritt
ausführt, und umgekehrt. Hier verlaufen also die Vorsänge grundsätzlich so, wie
es in Verbindung mit den Fig. i bis 4. beschrieben ist: Fig. 6 zeigt eine weitere
Ausbildung der Schaltung gemäß Fig.5b, in der Weise, daß auch die Zähldrossel ?..,
für sich in einer Pilgerschrittschaltung angeordnet ist, indem zu ihr die Reihenschaltung
eines Widerstandes W" und eines Ventils Y" parallel geschaltet ist. Dieser Parallelschaltung
kann ein zusätzlicher Scheinwiderstand TI,"' vorgeschaltet sein.
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Die Regelung der Schrittweite kann bei sämtlichen Zeitkreisen nach
der Erfindung in der gleichen Weise wie bei den Zeitkreisen nach dem Hauptpatent
durch Regelung der Widerstände W'1 oder U,', oder gemäß Fig. 3 durch Veränderung
der Windungszahl mittels eines Anzapfschalters S bewerkstelligt werden.