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Elektromagnetische spannungsabhängige Ein- und Ausschalteinrichtung
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Ein- und Ausschalteinrichtungen.,
insbesondere von der Art, wie sie in Stromerzeugungsanlagen auf Eisenbahnfahrzeugen
verwendet werden, um einen. von einer Fahrzeugachse angetriebenen Stromerzeuger
an eine Batterie und an Stromverbraucher anzuschalten und abzuschalten.
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Im besonderen betrifft die Erfindung Schalteinrichtungen mit einer
durch ein spannungsabhängiges Relais gesteuerten Kontaktvorrichtung. Bei einer in
Zugbeleuchtungsanlagen verwendeten Anordnung einer derartigen Schalteinrichtung
hat beispielsweise das Relais eine an der Stromerzeugerspannung liegende Nebenschlußwicklung
und eine zwischen dem Stromerzeuger und den Schaltkontakten in den zur Batterie
und zu den Stromverbrauchern. führenden, Hauptstromkreis eingeschaltete Reihenschlußwicklung,
wobei die Relaiskontakte in Reihe mit der Schalterwicklung liegen und in geschlossenem
Zustand dazu dienen, diese Schalterwicklung an die Stromerzeugerspannung zu legen.
Diese einfache Anordnung kann
aber Anlaß zu Störungen geben, wenn
abnormale Zustände eintreten, die von plötzlicher Geschwindigkeitsabnahme des Stromerzeugers
(etwa infolge Hemmung der Fahrzeugräder) oder plötzlicher Unterbrechung des Stromerzeuger-Erregerkreises
(beispielsweise infolge Durchgehens einer Sicherung) herrühren. können. Obwohl bei
solchen. Zuständen. das Relais, das gewöhnlich ein sehr schnell arbeitendes Gerät
ist, seine Kontakte sofort öffnet, besteht doch notwendigerweise eine 'Zeitverzögerung,
ehe die Schalterkontakte sich öffnen und den Stromerzeuger von der Batterie trennen.
In diesem Zeitraum stellt sich - unter der Annahme, daß der abnormale Zustand fortdauert
- schnell ein von der Batterie zum Stromerzeuger fließender Rückstrom oder »Motor«-Strom
ein, der einen Wert erreichen kann, bei dem die Gegenamperewindungen der Reihenschlußwicklung
des Relais die Nebenschlußamperewindungen hinreichend überwiegen, um neuerliches
Schließen der Relaiskontakte zu bewirken,. In diesem Fall wird die Schälteinrichtung
von sich aus nicht wieder die Schalterkontakte öffnen. Sowohl das Relais als auch
der Schalter werden geschlossen bleiben, bis Hauptsicherungen. durchgehen oder die
Batterie entladen wird oder der Anlage ein ernster Schaden zugefügt ist.
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Die Erfindung sucht durch sehr einfache Mittel einen wirksamere Schutz
gegen. die gefährlichen Wirkungen solcher abnormaler Zustände zu bieten. Im besonderen
besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung- eines elektromagnetischen Einschaltrelais
mit einer einfachen. stromabhängigen elektromagnetischen Sperreinrichtung, die auf
umgekehrte Erregung einer Reihenschlußwicklung anspricht, wobei die Relaiskontakte,
wenn sie sich normal geöffnet haben, sicher offen gehalten werden, bis der Reihenschlußstrom
zu fließen aufgehört hat, d. h. bis sich die Schalterkontakte geöffnet haben.
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Nach der Erfindung enthält die elektromagnetische Einrichtung außer
einer Nebenschlußwicklung in Verbindung mit einem Hauptmagnetpfad nur eine Reihenschlußwicklung
gemeinsam für diesen und für einen zur Sperrung dienenden. Hilfspfad, dessen Luftspalt
geöffnet ist, wenn der des Hauptmagnetpfades geschlossen ist, und umgekehrt. Der
Hilfsmagnetpfad ist im wesentlichen unwirksam, solange sein Luftspalt offen ist,
er wird dagegen wirksam und hält die Einrichtung in der Stellung mit geöffneten
Kontakten, wenn der genannte Luftspalt geschlossen ist. Bei diesem Gerät dient die
einzige Reihenschlußwicklung nicht nur zur Hervorbringung der Sperrwirkung, vorzugsweise
zum Verhindern von Fehlschaltungen bei Rückstrom, sondern. auch zur gewöhnlichen
Reihen, schlußerregung.
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Vorzugsweise werden die Magnetpfade durch ein Joch mit drei in einer
Reihe .liegenden Schenkeln und einen Anker gebildet; dieser ist um den Pol des die
Reihenschlußwicklung tragenden. mittleren Schenkels schwenkbar, wenn sein eines
oder anderes Ende vom entsprechenden Pol eines der äußeren. Schenkel angezogen"
wird, deren einer die Nebenschlußwicklung trägt, während der andere unbewickelt
ist.
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Es wird nunmehr eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. In diesen ist Fig. i ein Schaltbild,
Fig. 2 eine Seitenansicht einerpraktischem.Relaisform gemäß der Erfindung, Fig.
3 eine Vorderansicht davon und Fig. 4 eine schematische Darstellung des Relaismagnetsystems.
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Fig. i zeigt ein übliches Schaltbild für die Einschalteinrichtung
einer Zugbeleuchtungsanlage, wobei ein Einschalter und ein Einschaltrelais bei i
bzw. 2 angedeutet sind. Die Hauptschaltkontakte 3 liegen zwischen dem von einer
Fahrzeugachse angetriebenen Stromerzeuger4 einerseits und der Batterie 5 und den.
Stromverbrauchern 6 der Anlage andererseits. Die Wicklung 7 des Schalters ist in
Reihe mit den Reiaiskontakten 8 an die Spannung des Stromerzeugers 4 angeschlossen..
Das Relais hat nur zwei Wicklungen, eine einfache Nebenschlußwicklung g in Reihe
mit einem Einstellwiderstand io an der Spannung des Stromerzeugers 4 und eine zwischen
den genannten Stromerzeuger und die Schaltkontakte 3 geschaltete einfache keihenschlußwicklung
i i.
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Gemäß Fig.4 enthält das Magnetsystem des Relais ein Joch 12 mit drei
parallelen Kernen oder Schenkeln 13, 14, 15 und einen flachen Anker 16, der schwenkbar
an einem dann Mittelschenkel 14 mit der Reihenschlußwicklung i i gegenüberliegenden
Punkt 17 gelagert ist. Der Schenkel 13 trägt die Nebenschlußwicklung g, und der
Schenkel 15 ist unbewickelt. Der bewegliche Relaiskontakt 8' liegt an dem denn Kern
15 benachbarten Ende des Ankers 16, und der Anker ist in der Richtung gegen die
Offenstellung der Kontakte durch eine Feder 18 belastet.
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Die Arbeitsweise des Relais ist folgende: Fig. 4 veranschaulicht deal
Relaiszustand mit offenen Kontakten. Nach Erregung der Nebenschlußwicklung g bei
der vorausbestimmten Einschaltspannung wird der Anker 16 gegen den Kern 13 hin angezogen;
der wirksame magnetische Kreis oder Hauptflußpfad verläuft .über die Teile
13, 12, 14, 16. Die Kontakte 8 sind auf diese Weise geschlossen, und die
daraus 'folgende Erregung der Schalterwicklung hat die Schließung der Schaltkontakte
3 zur Folge. Dann fließt Strom vom Stromerzeuger durch die ' Relais-Reihenschlußwicklung
i i, die so gewickelt ist, daß sie bei dieser Stromrichtung die Wicklung g darin
unterstützt, daß das Relais geschlossen gehalten wird. Hierbei ist der Luftspalt
zwischen dem unbewickelten Schenkel 15 und denn Anker 16 verhältnismäßig weit.
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Andererseits wirkt selbst bei einem kleinen Rückstrom (d. h. einem
gegen den Stromerzeuger hin gerichteten Strom) die Reihenschlußwicklung i i in üblicher
Weise gegen die Nebenschlußwicklung g, um sicherzustellen, daß das Relais seine
Kontakte 8 sofort unter dem Ein.fluß der Feder 18 öffnet. Hat einmal das Relais
geöffnet, so ist indessen der Luftspalt
zwischen dem nebenschlußerregten
Schenkel 13 und denn Anker 16 verhältnismäßig weit und der zwischen dem unbewickelten
Schenkel 15 und dem Anker verhältnismäßig eng. Der wirksame Magnetkreis verläuft
daher über den genannten unbewickelten Schenkel, und die Reihenschlußerregung auf
dem Mittelschenkel 14 hält oder sperrt sicher das Relais gegen neuerlichen Schluß
seiner Kontakte 8, solange der Reihenschlußstrom fließt. Dadurch ist also ein verläßliches
Öffnen der Schaltkontakte 3 gesichert.
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Eine passende Form der Relaiskonstruktion ist in -den Fig. 3 und 4
veranschaulicht. Die drei Schenkel i3, 14, 15 sind in einer Reihe an dem Joch 12
angeordnet, das als Grundplatte dient. Die Lagerung 17 des schwenkbaren. Ankers
16 enthält eine flache Gelenkfeder, die an einem von der Grundplatte getragenen
und den Anker übergreifenden Rahmen i9 befestigt ist. Ein Paar beweglicher Kontakte
8' wird von flachen, bei 2 i an der Vorderseite des Ankers 16 - aber von. diesem
isoliert - angebrachten Federn 2o. getragen. Kontaktklötze 22, die ein Paar fester
Kontakte 8" tragen, sind bei 23 - ebenfalls mit Isolation - an dem übergreifenden
Teil 24 des Rahmens i9 angebracht. Die Kontaktpaare sind vorzugsweise in Reihe geschaltet,
und an den Klötzen 22 sind Klemmen 25 vorgesehen. Ein nach unten, und nach auswärts
vom Rahmen i9 weg ragender Arm 26 trägt eine Verankerung für die schraubenförmige
Zugfeder 18. In die Verankerung eingebaute, durch Schraube zu betätigende Einstellmittel
28 zur Veränderung der Federvorspannung können. auf Werte der Einschaltspannung
geeicht sein, so daß eine gewünschte Einschaltspannung leicht eingestellt werden
kann. Beilagen 29, die die Mindestluftspalte in entsprechenden Stellungen des Ankers
bestimmen, sind an, diesem gegenüber den Schenkeln 13, 15 befestigt, und
unmagnetische Warzen 30 sind dazu vorgesehen, ein Haften des Ankers an diesen
Schen: keln. zu verhindern.
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Nach Wunsch kann. der Schalter i mit Hilfskontakten versehen sein,
die bei Schließen, seiner Hauptkontakte einen zusätzlichen Widerstand in den Stromkreis
der Relais-Nebenschlußwicklung 9 einschalten, wodurch die Kraft dieser Wicklung
und der für das Öffnen des Relais 2 notwendige Wert des Reihenschluß-Rückstroms
verringert werden.
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Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil für ein Einschaltrelais zur
Steuerung eines Einschalters anwendbar. Sie kann, indessen auch für einen Einscha
lter ohne Relaissteuerung verwendet werden.