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Elektrische Steueranordnung mit periodisch arbeitendem Impulsgeber
Zur selbsttätigen Steuerung von elektrischen oder mechanischen Vorgängen, insbesondere
Schaltvorgängen, können elektrische Impulse benutzt werden, die durch einen an sich
bekannten Impulserzeuger hervorgebracht werden. Damit derartige Steuerimpulse während
einer Zeitspanne laufend zur Verfügung stehen, bedient man sich periodisch arbeitender
Impulserzeuger. Sollen sich die gesteuerten Vorgänge nicht mit der gleichen Frequenz
wie die Steuerimpulse, sondern in längeren Zeitabständen wiederholen oder sogar
nur einmalig vollz:lehen, so ist aus den zur Verfügung stehenden Impulsen eine Auswahl
zu treffen. Erfindungsgemäß kann das durch einen zwischen Impulsgeber und -empfänger
zwecks Begrenzung der Anzahl der übertragenen Impulse angeordneten Sättigungswandler
geschehen. Voraussetzung dafür ist, daß dis Impulse gleiche Richtung haben. Für
Impulse wechselnder Richtung kann die gleiche Anordnung den Zweck erfüllen, den
Energiebetrag der einzelnen in beliebiger Zahl übertragenen Impulse auf einen 'feil
des erzeugten zu begrenzen. Eine derartige Aufgabenstellung 'kann nämlich beispielsweise
dadurch zustande kommen, daß der Impulserzeuger verschiedenen Zwecken zugleich dient
und daher nicht ausschließlich auf eine für die in Rede stehende Steuerung passende
Impulsstärke bzw. -dauer zugeschnitten sein kann.
In der Zeichnung
ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung in beiderlei Anwendungsgestalt eine Kurzzeitschalteinrichtung,
insbesondere zur Steuerung eines Schiveißs;tromkreises, schematisch dargestellt.
An ein Wechselstromnetz io sei als Verbraucher ein Schweißtransformator i i angeschlossen.
Der Verbraucherstromkreis kann durch eine Kontakteinrichtung 12 geöffnet und geschlossen
werden. Die Kontaktschließung wird durch einen Haltemagneten 13 gesteuert, dessen
Halteanker 121 zugleich die bewegliche Schaltbrücke der Kontakteinrichtung ist.
Zur Erzielung einfies möglichst geringen Energieaufwandes für die Steuerung und
einer möglichst geringen Eigenzeit kann der Haltemagnet 13 als Sperrmagnet
ausgebildet sein. Das ist ein. Magnet mit einer ihn quer zu seinem Hauptkraftfluß
durchsetzenden und den Hauptkraftfluß durch .örtliche Sättigung eines Teiles des
Magnetkreises sperrenden Hilfserregung ohne merkliche, dien Hauptmagnetkreis längs
magnetisierende Wirkung. Sperrmagneten sind nicht polarisierte Magneten, d. h. die
Auslösung erfolgt bei beliebiger Richtung des die Hilfserregung liefernden Auslösestromes.
Dier Auslösiestrom kann einen noch so hohen Wert haben, ohne daß, eine Richtungsumkehr
des Hauptkraftflusses des Sperrmagneten verursacht werden oder ein entgegengesetzter
Haltekraftfluß zustande kommen kann. Der Magnet 13 hat als magnetische Spannungsquelle
einen Dauermagneteinsatz, dessen Pole mit N, S bezeichnet sind. Zwischen dem Dauermagneten
und den Schenkeldurchbrechungen, in dehnen die Auslösewicklung untergebracht ist,
befindet sich ein von einem engen Luftspalt unterbrochener magnetischer Nebenschluß,
der den Dauermagneten gegen zu starke Entmagnetisierung schützt und über den sich
die bei der Auslösung vom Anker verdrängten Hauptkraftlinien schließen können. Zur
Auslösung des Sperrmagneten 13 genügt ein einmaliger Auslöse mpuls beliebiger
Richtung. Als Impulsgeber ist ein Sättigungswandler i ¢ vorgesehen, dessen Erregerwicklung
über einen regelbaren Scheinwiderstand an das Wechsielstromnetz io angeschlossen
ist. Der Magnetkern des Sättigungswandlers i q. und seine Windungszahl sind so bemessen,
daß er unter dem Scheitelwert des ihn erregenden Wechselstromes gesättigt ist. Er
wird also durch den in, seiner Erregerwicklung fließenden Wechselstrom periodisch
=magnetisiert und erzeugt dabei periodische Impulse wechselnder Richtung. Diese,
Impulse können der Au.slösewicklung des Sperrmagneten 13 unmittelbar zugeführt
werden. 'Wird beispielsweise ein Stromkreis, der die Sekundärwicklung des Impulsgebers
i¢ unmittelbar mit dem Impulsempfänger 13
verbindet, mittels eines Diruckknopfes
geschlossen, so löst der erste Impuls den Anker 12' aus undschließt damit die Kontakteinrichtung
12. Die folgenden Impulse würden zwar zunächst wirkungslos bleiben. Werden jedoch
die Kontakte kurz darauf wieder geöffnet, bevor der Einschaltdruckknopf losgelassen
ist, so würde unmittelbar darauf eine erneute unbeabsichtigte Kontaktschließung
stattfinden. Dies wird durch den Übertragungswandler 15 verhindert, der ebenfalls
ein Sättigungswandler ist, d. h. so ausgelegt ist, daß @er betriebsmäßig in den
Sättigungszustand gelangt. Seine Primärwicklung 16 ist über einen Diruckkrnopf 17
an den Impulsgeber t q. angeschlossen. Dia der letztere Impulse wechselnder Richtung
hervorbringt, ist ferner ein Gleichrichterventil i B erforderlich. Ferner kann ein
kleiner Widerstand vorgesehen sein. Wird der Stromkreis der Wicklung 16 geschlossen,
so kann der übertragungswandler 15 nur so viele Impulse gleicher Richtung
übertragen, bis sein Kern gesättigt ist. Dann kann ;also, wenn der Druckknopf
17 bis über eine nachfolgende Kontaktöffnung hinaus festgehalten wird, keine
erneute Kontaktschließung verursacht werden. Beim Loslassen des Druckknopfes
17 wird der Stromkreis :einer zweiten Erregerwick-Jung 19 des Sättigungswandlers
15 geschlossen. Die Wicklung i9 hat entgegengesetzten Wicklungssinn wie die
Wicklung 16. Infolgedessen wird der Kern des Sättigungswandlers 15 wieder
in entgegengesetztem Sinne gesättigt. Diieser Zustand bildet einen eindeutig bestimmten
Ausgangspunkt für den folgenden Steuervorgang, bei welchem durch Drücken des Knopfes
17 eine beabsichtigte Schließung der Kontakte herbeigeführt wird.
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Soll die Anzahl der Steuerimpulse auf einen einzigen 'beschränkt werden,
der ausreicht, den Sperrmagneten 13 :auszulösen, so sind die Windungszahl
und der Kernquerschnitt des Übertragungswandlers 15 so bemessen., daß zu seiner
vollständigen Ummagnetisierun:g vom gesättigten Zustand einer Richtung bis zum gesättigten.
Zustand :entgegengesetzter Richtung ein. nur wenig größerer oder sogar kleinerer
Spannungsimpuls erforderlich ist als derjenige, der von dem Impulsgeber erzeugt
wird. Im vorliegenden. Fall sind also die beiden Sättigungswandler i ¢ und
15 vergleichsweise so auszulegen, daß das Produkt aus Windunggzahl und Kernquerschnitt
beim Impulsübertrager 15 gleich oderkleiner ist als beim Impulsgeber i q..
Damit die bei der Rückführung des Sättigungswandlers 15 in seinen Ausgangszustand
in der Wicklung i 9 fließenden Impulse nicht zur Auslösung des Sperrmagneten
13
führen, ist im Auslösekreis des letzteren ein Gleichrichterventil 2o angeordnet.
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Die Kontaktöffnung wird durch einen Sperrmagneten 2 i gesteuert. Der
Anker 12' wird dazu an einem schwingfähigen Gebilde, z. B. an einem gespannten Klaviers.eitendraht,
derart aufgehängt, daß auf ihn abwechselnd nach beiden Richtungen eine Rückführkraft
.ausgeübt wird. Die Ausschaltimpulse können von einer Schaltdrossel 22 abgenommen
werden, die mit der Kontakteinrichtung 12 in Reihe liegt. Die Schaltdrossel hat
einen beim Nennstromwert hochgesättigten Magnetkern, durch dessen Entsättigung in.
der Nähe des Stnomnullwertes eine die Stromunterbrechung erleichternde stromschwache
Pause hervorgerufen wird, die jedesmal von einem Spannungsimpuls begleitet ist.
Diie Schaltdrossel kann diaher zugleich als Impulsgdb,er benutzt werden, indem sie
z. B. mit einer Hilfswicklung 23 versehen wird, die vorzugsweise nur eine Windung
hat. Der an diese Wicklung angeschlossene Stromkreis hat einen hohen Widerstand,
weil sonst dir
Stpdrhäibfl,achuiig nicht oder nur unvollkommen zustande
kommen würde. Er enthält deshalb einen vergleichsweise hohen Widerstand 2q., der
mit einem zur Impulsübertragung dienenden Sättigungswandler 25 in Reihe liegt. Das
Produkt aus Kernquerschnitt und Windungszahl des Sättigungswandlers 25 ist kleiner
als das Produkt aus dem Kernquerschnitt der Schaltdrossel22 und der Windungszahl
ihrer Hilfswicklung 23. An den Sättigungswandler 25 ist der Auslösestromkreis des
Ausschaltmagneten 21 angeschlossen. Dieser Stromkreis enthält ein Gleichrichterventil26
und ferner eine Dmossel27, die so ausgelegt ist, daß das Produkt aus Windungszahl
und Kernquerschnitt ein Mehrfaches desjenigen des Sättigungswandlers 25 beträgt.
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Diese Steuereinrichtung zur Öffnung der Kontakteinrichtung 12 wirkt
folgendermaßen: Sobald die Kontakteinrichtung 12 geschlossen ist, werden die von
der Schaltdrossel 22 in der Hilfswicklung 23 erzeugten Impulse beider Richtungen
dem Sättigungswandler 25 zugeführt und von diesem auf den Steuerstromkreis des Ausschaltmagneten
21 übertragen. Hier werden die Impulse einer Richtung durch den Gleichrichter 26
unterdrückt. Die Impulse der anderen Richtung rufen ebenfalls vorläufig keine zur
Auslösung ausreichenden Stromimpulse hervor, so lange die Drossel 27 ungesättigt
ist und daher einen hohen induktiven Widerstand hat. Jether Impuls bringt aber die
Dirossel 27 ihrer Sättigungsgrenze näher. Sobald diese erreicht ist, sinkt der Widerstandswert
der Drossel 27 auf einen geringen Betrag. Dier darauffolgende Impuls erzeugt
infolgedessen eine hohe Stromspitze, durch welche der Magnet 21 ausgelöst und die
Kontaktöffnung herbeigeführt wird. Zur Wiederherstellung eines eindeutig bestimmten
Ausgangszustandes der Drossel 27 ist diese nach der Kontaktöffnung wieder bis zur
entgegengesetzten Sättigungsgrenze umzumagn@etisieren. Statt dessen kann sie mittels
eines Stromwenders 2 8 umgepolt werden. Durch die Zahl der zur Umsättigung
der Dmossel notwendigen Impulse ist eine bestimmte Periodenzahl und damit eine 'bestimmte
Dauer, während welcher der Schweißstromkreis geschlossen ist, gegeben. Diese Schließungsdauer
ist beispielsweise durch Regelung der Windungszahl der DmosSel27 regelbar.
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In Verbindung mit einer Schaltdrossel hat die Anordnung eines Sättigungswandlers
noch den zusätzlichen Vorteil, daB die Zelt, in der eine Auslösung und damit eine
Kontaktöffnung erfolgen kann, auf einen am Anfang der stromschwachen Pause liegenden
Teil derselben beschränkt ist. Dadurch wird eine ,erhöhte Sicherheit geschaffen,
daß die Kontakte rechtzeitig innerhalb einer stromschwachen Pause und mithin unter
erleichterten Bedingungen ,geöffnet werden. Ohne einen impulsübertragenden, Sättigungswandler
erstreckt sich der von der Schaltdrossel herrührende Impuls über die ganze Dauer
der stromschwachen Pause. Es kann daher infolge unvorhersehbarer Störungsursachen
vorkommen, de die Auslösung nicht gleich zu Beginn des Impulses, sondern erst nahe
seinem Ende und damit am Ende der stromschwachen Pause herbeigeführt wird und sich
damit der Vorgang der Kontaktöffnung mindestens zu einem Teil nach Ablauf der stromschwachen
Pause abspielt. Dadurch können schädliche Rückzündungen entstehen. Diese Gefahr
besteht in erhöhtem Maße bei Anwendung einer Verzögerungsdrossel entsprechend der
Drossel 27 der Zeichnung, da 'es insbesondere bei Regelung ihrer Windungszahl Sache
des Zufalls ist, wann die Verzögerungsdrossel 27 ihren gesättigten Zustand erreicht,
@ob am Anfang oder erst nahe (lern Ende einer stromschwachen Pause. Tritt letzteres
ein und steigt unmittelbar hierauf ,der Strom noch bis auf den Auslösewert an, so
öffnen sich die Kontakte zu spät, auch ohne da-ß eine Störungsursache vorliegt.
Die vorgenannten Schwierigkeiten werden durch die Einfügung des Sättigungswandlers
25 behoben.
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Für einen Sperrmagneten ist es vorteilhaft, wenn seine in Durchbrechungen
des Schenkeleisens untergebrachte Auslösewicklung nur einen einzigen Leiter aufweist,
weil bei einer aus mehreren Windungen bestehenden Wicklung durch Windungsschluß
ein völliges Versagien des Magneten verursacht werden könnte. Eine Einleiterauslösewickl:ung
verlangt einen vergleichsweise hohen Auslösestrom bei niedriger Spannung. Dier letztere
kann selbst dann, wenn der Impulsgeber eine Einleiterwidklung hat, nicht immer erreicht
werden, zumal wenn für dien letzteren noch andere Bemessungsregeln zu berücksichtigen
sind, wie z. B. für die Schaltdrossel 22. Hier bietet die Einfügung eines impulsübertragenden
Sättigungswandlers 25 den weiterem Vorteil, daß durch Wahl seines Übersetzungsverhältnisses
eine Anpassungsmöglichkeit gegeben ist, die die Voraussetzungen -für die Anwendung
eines Sperrmagneten mit einer Einleiterwicklung zu schaffen vermag.
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Für die Kerne der Sättigungswandler werden vorzugsweise magnetisch
hochwertige Eisenlegierungen verwendet, deren Kennlinien scharfe Sättigungsknicke
aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verlaufen,
z. B. Nickeleisen (5o% Ni+ 5o% Fe) oder Silziumeisen. Die Kerne können aus Eisenband
in Ringform mit flach übereinanc1ergelegten Bandlagen gewickelt sein, so daß die
Knaftlinlen durchweg in der magnetischen Vorzugsrichtung verlaufen.