-
Hockempfindliches Relais für Signal- und Fernmeldezwecke Die Erfindung
bezieht sich auf kochempfindliche Relais, die bei gegebenem Kontaktdruck bereits
durch sehr geringe Ströme gesteuert werden können. Solche Relais sind bereits in
großer Zahl bekannt. Dabei handelt es sich jedoch stets um recht komplizierte und
teure Spezialkonstruktionen, die vielfach nur unter Verwendung zusätzlicher Hilfsschaltmittel
in der gewünschten Weise arbeiten. Das verhältnismäßig einfachste kochempfindliche
Relais ist das polarisierte Relais in seinen verschiedenen bekannten Ausführungsformen.
Es besitzt jedoch den Nachteil, daß es in der Regel nur einen Umschaltekontakt aufweist
und daß der erzielbare Kontaktdruck in vielen Fällen für eine unmittelbare Steuerung
von Stromkreisen nicht ausreicht. Die üblichen ungepolten Relais der Fernmeldetechnik
ergeben selbst bei auf größte Empfindlichkeit bedachten Konstruktionen keine ausreichende
Ansprechempfindlichkeit für eine unmittelbare Steuerung durch Kleinstenergien, wie
sie z. B. Sperrschichtphotozellen liefern. Diese Empfindlichkeit läßt sich über
eine gewisse Grenze hinaus nicht ohne weiteres steigern. Aus diesem Grunde mußte
man in solchen Fällen zu den eingangs genannten Sonderkonstruktionen greifen. So
ist z. B. bereits eine Relaisanordnung bekannt, die unmittelbar durch Photozellen
gesteuert werden kann. Diese Relaisanordnung weist jedoch mehrere Anker und Hilfsmagnete
auf, kann also nicht als ein Relais angesprochen werden.
-
Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt, bei welcher der im Joch des
Magnetsystems drehbar befestigte Anker des Relais einen Arm des Streckgelenkes darstellt.
Der andere Arm ist als Kontakt ausgebildet. Die Strecklage des Gelenkes stellt dabei
eine
labile Durchgangslage dar. Die beiden Ruhelagen stehen außerdem unter der Einwirkung
mehrerer nicht zur Stromführung dienenden Federn, um den Eigenverbrauch des Relais
zu vermindern. Dies wird bei der bekannten Anordnung jedoch nur durch einen verhältnismäßig
hohen Aufwand an Einzelteilen erreicht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein in seinem konstruktiven Aufbau einfaches
hochempfindliches Relais zu schaffen, das für eine unmittelbare Steuerung durch
Kleinstenergien die erforderliche Empfindlichkeit besitzt und diese Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der andere Arm des Streckgelenkes
in dauernder Berührung mit der Betätigungsfeder eines Kontaktes bzw. eines Kontaktsatzes
steht, so daß dieser Berührungspunkt den zweiten Drehpunkt dieses Armes darstellt,
und daß das Streckgelenk bei angezogenem Anker völlig @ oder zumindest annähernd
gestreckt ist, wobei dem Maximum an magnetischer Kraft ein Minimum an mechanischer
Gegenkraft des Streckgelenkes gegenübersteht. ' Zweckmäßig sind hierzu Anker und
Relaiskontakte so zueinander angeordnet, daß bei erregtem Relais der Streckgelenkanker
seine Strecklage einnimmt und dabei die Kontakte betätigt. Die von letzterem ausgeübte
mechanische Kraft hat dann eine der Anzugskraft des Relais nur in sehr geringem
Maße entgegenwirkende Komponente.
-
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei gegebenem Kontaktdruck
die Halteamperewindungszahl gegenüber der Ansprechamperewindungszahl wesentlich
herabgesetzt werden kann. Entgegen der bisher üblichen Weise wird dann das Relais
so betrieben, daß es im Ruhezustand erregt gehalten wird, wozu entweder der sehr
geringe Steuerstrom selbst oder ein kleiner Haltestrom ausreicht, während die Steuerung
selbst durch den Wegfall des Steuerstromes oder umgekehrt durch einen den Haltestrom
überwindenden Steuerstrom bewirkt wird, was in beiden Fällen zum Abfallen des Relais
führt. Durch geeignete Ankeranordnung und Lagerung ist es möglich, einen sehr einfachen
konstruktiven Relaisaufbau zu erhalten. Wendet man eine zweischenklige Bewicklung
an, so kann man eine besonders große Wickelfläche mit kleinem Wickelvolumen und
damit bei verhältnismäßig kleinen Wicklungswiderständen schon eine für den Anzug
des Relais ausreichende Ansprechamperewindungszahl erhalten. Dementsprechend ergibt
sich auch ein sehr niedriger Stromwert für das Halten des Ankers. Der Vorteil der
großen Wickelfläche für die Haltewicklung wird noch größer, wenn durch eine geeignete
Schaltung diese Wicklung gleichzeitig als Ansprechwicklung benutzt werden kann,
so daß eine besondere Ansprechwicklung sich erübrigt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß das Relais in an sich bekannter Weise aus mehreren Kontaktfedern
beliebiger Zusammen-' setzung bestehende Kontaktfedersätze betätigen kann und da.ß
dabei Federsätze in der bei Fernmelderelais üblichen Ausführung und entsprechenden
Kontaktdruckes Verwendung finden können. Dies ist bei den bekannten polarisierten
Relais bisher nicht der Fall.
-
Elektromagnete mit als Streckgelenk ausgebildeten Ankern sind an sich
aus der Starkstromtechnik bekannt. Sie arbeiten dort jedoch nach einem anderen Prinzip.
Der Zweck des Streckgelenkes ist bei diesen bekannten Anordnungen der, eine lösbare
mechanische Verriegelung ohne großen Kraftaufwand zu bilden. Der Magnet hat dabei
die Aufgabe, durch Knickendes Gelenkes die Sperrung aufzuheben.
-
Der .grundsätzliche Aufbau eines Relais gemäß der Erfindung ist in
Abb. z schematisch dargestellt. Auf einem vorzugsweise U-förmigen Kern ist an einem
Schenkelende ein mit einem Ankerlager versehener Polschuh angeordnet, in dem der
Anker, der gleichzeitig den einen Arm des Streckgelenkes bildet, gelagert ist. An
dem anderen Ankerende ist der zweite Gelenkarm drehbar befestigt, dessen freies
Ende auf die Kontaktfedersätze einwirkt. Die Verbindung zwischen Gelenkarm und Kontaktfeder
kann durch Schneidenlagerung oder in anderer geeigneter Weise erfolgen. Zweckmäßig
sind beide Schenkel des Kernes mit Spulen versehen, um eine größere Wickelfläche
zu erzielen. Die Schaltung der Spulen ist beliebig und richtet sich nach dem jeweiligen
Verwendungszweck und Betriebsfall.
-
Im stromlosen Zustand ist das Streckgelenk durchgeknickt, wie in Abb.
r gezeichnet. Zum Anziehen des Ankers werden dann Anzugskräfte benötigt, die in
der Größenordnung normaler Fernmelderelais liegen. Bei angezogenem Anker ist das
Gelenk zumindest annähernd gestreckt. Bei völliger Streckung muß eine Abzugsfeder
vorgesehen werden, deren Kraft jedoch äußerst klein gehalten werden kann. Zum Festhalten
des Gelenkes bei angezogenem Anker wird dann bei normaler Federkraft P nur noch
die ganz geringe magnetische Haltekraft P z am Anker .benötigt. Dieser geringen
Kraft P r entspricht eine sehr kleine Halteamperewindungszahl, d. h. eine sehr große
Abfallempfindlichkeit. Diese Verhältnisse sind in dem Kräftediagramm in Abb. a wiedergegeben,
wobei der Deutlichkeit halber der Streckwinkel a groß gegenüber dem tatsächlichen
Winkel dargestellt wurde.
-
Das Relais kann sowohl als neutrales als auch als polarisiertes Relais
ausgebildet sein. Letztere Ausführungsform erscheint besonders zweckmäßig, wenn
die Steuerung möglichst leistungslos erfolgt, eine Energiezufuhr im Ruhezustand
- bei dem das Relais ja seinen Anker angezogen halten muß-also möglichst vermieden
werden soll. Die polarisierte Ausführung läßt sich in einfacher Weise durch Ruftrennung
des Relaiskernes an der Linie A-B in Abb. r und überbrückung der Trennstelle durch
einen Dauermagnet erreichen. Die von dem kleinen Dauermagnet auf den Anker ausgeübte
Kraft reicht bei dem Streckankerrelais für ein Halten des Ankers in der angezogenen
Stellung völlig aus. Das Abwerfen des Relais erfolgt dann durch eine dem permanenten
Magnetismus entgegenwirkende Erregung der Relaiswicklung, wozu es nur einiger weniger
Amperewindungen bedarf. Die Rückstellung
des Relais in den Zustand
des Haltens erfolgt durch Umpolen seiner Wicklung oder durch Erregung einer Zweitwicklung,
wozu es der stärkeren Erregung zur Aufbringung der Ansprech-AW bedarf.
-
Bei zweischenklig bewickelten polarisierten Relais sind in der Regel
die Wicklungen so aufgebracht, daß sich bei Stromdurchfluß an den beiden freien
Schenkelenden ungleichnamige Pole ausbilden, da auf diese Weise ein besserer magnetischer
Kraftschluß erzielt wird. Bei dem Relais gemäß der Erfindung kann man in gleicher
Weise verfahren; bei dem umgekehrten Arbeitsprinzip dieses Relais erscheint es jedoch
zweckmäßiger, die Wicklungen mit gleicher Polung auf den beiden Schenkeln anzuordnen.
Der Kraftschluß wird zwar hierdurch erheblich verschlechtert, und es müssen mehr
Amperewindungen für das Ansprechen des Relais aufgebracht werden, dafür wird aber
der Restmagnetismus nahezu völlig ausgeglichen, so daß im stromlosen Zustand nur
noch die definierte Kraft des Dauermagnets wirksam ist.
-
Das Relais ist überall da anwendbar, wo es darauf ankommt, mit Hilfe
sehr kleiner Steuerenergien einen Schaltvorgang auszulösen, und ist vielfach für
eine unmittelbare Steuerung brauchbar, wo man bisher in der Regel eine Verstärkung
der Steuerenergie benötigte. Aber auch für den Empfang von Impulsen, insbesondere
Wechselstromimpulsen, kann das Relais infolge seiner sehr kurzen Abfallzeit gut
verwendet werden. Im folgenden soll ein solches praktisches Anwendungsbeispiel näher
beschrieben werden.
-
Es wurde hierzu eine von einer Sperrschichtphotozelle gesteuerte Alarmschaltung
gewählt, wie sie Abb. 3 zeigt. Die Anordnung besteht aus der Photozelle P, einem
Streckgelenkrelais A, zwei Fernsprechrelais üblicher Bauart B und C, die als Relaisunterbrecher
geschaltet sind und den Rhythmus der Alarmgabe durch den Wecker W bestimmen. Ein
Schalter S dient zur Inbetriebnahme der Anordnung, die lediglich durch ein kleines
Trockenelement U von 3 bis 4.,5 Volt Spannung gespeist zu werden braucht. Die Wirkungsweise
ist kurz folgende Im Ruhezustand sind sämtliche Relais abgefallen, auch das Streckgelenkrelais
A, da der Photozellenstrom wohl zum Halten des Relais, nicht aber zu dessen Anzug
ausreicht. Sobald der Schalter S geschlossen wird, spricht Relais B an. Durch Kontakt
bi wird nun das Streckgelenkrelais an die Batterie gelegt und zieht seinen Anker
an. Relais A unterbricht mit seinem Kontakt a seinen eigenen als auch den Erregerstromkreis
des Relais B. Das Relais A ist durch Parallelschalten einer Kondensator-Widerstands-Anordnung
über Kontakt b3 zunächst abfallverzögert gemacht, so daß es während des Zeitraums
zwischen Öffnung des Kontaktes a und Rückstellung von Kontakt bi beim Abfallen von
Relais B seinen Anker angezogen hält. Nach Umlegen von bi liegt Relais A lediglich
an der Photozelle P und wird durch den von dieser gelieferten Strom gehalten. Dieser-
Einschaltvorgang wurde durch vorübergehende Erregung des Relais C über Kontakt b2
und die damit verbundene kurzzeitige Ein--,#haltung des Weckers kontrolliert. Damit
ist die Schaltung in den Überwachungszustand versetzt.
-
Bei einer Verdunkelung der Photozellenbelichtung wird der Photozellenstrom
abgeschaltet, Relais A fällt ab und bewirkt durch Schließen des Kontaktes a die
Einschaltung von Relais B und anschließend von C. Letzteres schaltet den
Wecker ein, während Relais B das Streckgelenkrelais A
wieder zum Anziehen
bringt und damit sich selbst und Relais A von der Stromquelle wieder abtrennt. Hält
die Verdunkelung an, so kann Relais A nach Rücklegen von Kontakt bi nicht gehalten
bleiben, sondern fällt wieder ab. Das Wechselspiel zwischen A, B und C wiederholt
sich nun so lange, als die Beschattung der Photozelle anhält, oder bis der Schalter
S geöffnet wird. Während der Überwachungszeit wird keinerlei zusätzliche Energie
verbraucht. Eine Abwandlung dieser Schaltung zum Auslösen eines Daueralarms bei
einmaliger Verdunkelung der Photozelle ist ohne Schwierigkeit durchführbar und führt
zu einer noch einfacheren Schaltungsanordnung. Das in dieser Anordnung verwendete
Streckgelenkrelais ist als neutrales Relais ausgebildet. In anderen Schaltungen,
bei denen keine solche Kleinstenergiequellen zur Verfügung stehen, wird zweckmäßig
das gepolte Streckgelenkrelais verwendet, dessen Dauermagnetismus zum Halten des
angezogenen Ankers ausreicht.