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Wechselstrom-Empfangsrelais für einen nach dem Impuls-Intervall-Verfahren
arbeitenden Fernsteuerempfänger Die Anwendung von Tonfrequenz-Überlagerungsverfahren
zur Fernsteuerung von Tarifapparaten, Heißwasserspeichern usw. ist an und für sich
bekannt. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei ein Verfahren erwiesen, welches
mit einer einzigen Sendefrequenz arbeitet und zur Unterscheidung verschiedener Steuerbefehle
verschiedene Impulsreihen verwendet, die auf Wählerempfangsgeräte entsprechend einwirken.
Die Vorteile dieses Verfahrens liegen einerseits in der praktisch unbeschränkten
Zahl verschiedener Befehlsmöglichkeiten, andererseits in der relativ einfachen und
damit auch wirtschaftlich günstigen Sendeanlage.
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Auf der Empfangsseite dagegen hängt die Wirtschaftlichkeit des Einfrequenz-Wählerverfahrens,
im Gegensatz etwa zum Mehrfrequenzverfahren, stark von der Zahl verschiedener Steuerbefehle
ab, für die die einzelnen Empfangsgeräte einer Anlage mehrheitlich eingerichtet
sind. Da die Grundausrüstung, bestehend aus den Resonanz-Empfangsmitteln und dem
Wähler, unabhängig von der Zahl der vom
einzelnen Empfangsgerät
zu verarbeitenden Steuerbefehle sich stets gleichbleibt, wird der spezifische Aufwand
je Ein-Aus-Doppelbefehl um so größer, je größer der Aufwand für die Grundausrüstung
und je kleiner die Zahl der Operationen des betreffenden Empfangsgerätes ist. Bei
Empfangsgeräten, welche mehrheitlich für nur wenige Operationen eingerichtet sind,
ist es daher beim Einfrequenz-Wählerverfahren vorteilhaft, wenn die Grundausrüstung
einen möglichst geringen Aufwand erfordert. Diese Grundausrüstung besteht in der
Hauptsache aus den Resonanz-Empfangsmitteln, die dazu dienen, die schwachen Tonfrequenzimpulse
aus dem Gemisch von Netzspannung und Steuerspannung herauszusieben und in Starkstromimpulse
umzuwandeln. Eine bekannte Anordnung für den Resonanz-Empfangsteil verwendet einen
Serieresonanzkreis, bestehend aus einem Kondensator und einer Drosselspule, einen
Gleichrichter, dessen Wechselstromeingang an Anzapfungen der Drosselspule angeschlossen
ist, und ein empfindliches Gleichstromrelais, das über den Gleichrichter von den
Tonfrequenz-Impulsströmen erregt wird. Diese Anordnung hat den Nachteil eines erheblichen
Aufwandes und der Gefährdung des Gleichrichters durch Überspannung.
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Es ist aber auch schon bekannt, für nach dem Impuls-Intervall-Verfahren
arbeitende Fernsteuerempfänger als Empfangsrelais, das durch dem Starkstromnetz
überlagerte Impulse einer netzfremden Signalfrequenz gesteuert wird, ein Wechselstromrelais
in der Weise zu verwenden, daß die Erregerwicklung des Relais zusammen mit einem
Kondensator einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet.
Bei den bekannten Anordnungen dieser Art ist das Relais entweder als Zungenrelais
mit auf die Signalfrequenz abgestimmter Eigenschwingungszahl der Zunge oder als
Klappenankerrelais ausgebildet. Zungenrelais haben den Nachteil, daß das Signal
jeweils erst eine gewisse Zeit anstehen muß, bis die Schwingungsamplitude der Zunge
so weit angewachsen ist, daß die Zunge den Fernsteuerbefehl weitergibt. Diese Ansprechverzögerung
ist bei Fernsteueranlagen, bei denen nach dem Impuls-Intervall-Verfahren mehrere
unterschiedliche Steuerbefehle mit ein und derselben Signalfrequenz übertragen werden
sollen, meist nicht tragbar. Klappankerrelais haben hingegen den Nachteil, daß sie
verhältnismäßig unempfindlich sind bzw. zum Ansprechen eine ziemlich hohe Leistung
benötigen.
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Wesentlich günstiger sind in dieser Hinsicht die an sich bekannten
Drehankerrelais. Sie haben ebenso wie Klappankerrelais die Eigenschaft, daß sich
bei einer Stellungsänderung des Relaisankers der magnetische Widerstand des magnetischen
Kreises und damit die Induktivität der Erregerspule ändert. Das hat bei einem Fernsteuerempfänger,
bei dem die Erregerspule zusammen mit einem Kondensator einen auf die Signalfrequenz
abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet, zur Folge, daß sich beim Ansprechen des
Relais die Abstimmung ändert. Eine bekannte Anordnung, bei der das Relais als Klappankerrelais
ausgebildet ist, trägt diesem Umstand dadurch Rechnung, daß beim Anziehen des Ankers
mittels eines Hilfskontaktes die wirksame Windungszahl der Erregerwicklung geändert
oder die Kapazität des Resonanzkreises durch Abschalten eines Kondensators verkleinert
wird. Eine solche Hilfsschalteinrichtung mit ihren zusätzlichen Kontakten erhöht
jedoch die Störanfälligkeit des Fernsteuerempfängers und stellt eine unerwünschte
Komplikation dar.
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Sehr wichtig ist, daß sich die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises
genau auf die Signalfrequenz abstimmen läßt. An sich kann die Abstimmung durch Änderung
der Kapazität des Kondensators leicht verändert werden. Das ist aber bei den hier
in Frage kommenden Papierkondensatoren nicht kontinuierlich, sondern durch Zu- und
Abschalten von Kondensatoreneinheiten nur in mehr oder minder groben Stufen durchführbar,
so daß eine Feinabstimmung nicht möglich ist.
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Die geschilderten Nachteile werden bei einem Wechselstrom-Empfangsrelais
für einen nach dem Impuls-Intervall-Verfahren arbeitenden Fernsteuerempfänger, das
durch dem Starkstromnetz überlagerte Impulse einer netzfremden Signalfrequenz gesteuert
wird und dessen Erregerwicklung zusammen mit einem Kondensator einen auf die Signalfrequenz
abgestimmten Reihenresonanzkreis bildet, erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß
als Mittel zur Abstimmung des Resonanzkreises auf die Überlagerungsfrequenz ein
in Reihe mit dem Ankerluftspalt des als Drehankerrelais ausgebildeten Empfangsrelais
liegender, veränderbarer Zusatzluftspalt dient und der Einfiuß der Ankerbewegung
auf die eingestellte Resonanzfrequenz durch einen magnetischen Nebenschluß zum Relaisanker
sowie dadurch klein gehalten wird, daß der mögliche Drehwinkel des Relaisankers
nur zum Teil ausgenutzt wird, wobei der nicht ausgenutzte Teil des Drehwinkels sich
auf der Seite der Ruhelage des Ankers befindet.
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Es ist an sich bekannt, bei einem Drehankerrelais verstellbare Zusatzluftspalte
vorzusehen. Bei dem bekannten Relais dieser Art handelt es sich jedoch nicht um
ein auf eine bestimmte Signalfrequenz abgestimmtes Empfangsrelais für Fernsteueranlagen,
sondern um ein Überstrom- bzw. Unterspannungsrelais, und die Zusatzluftspalte dienen
lediglich dazu, die Ansprechempfindlichkeit des Relais der jeweiligen Schutzaufgabe
entsprechend einstellen zu können, ohne dabei die Rückholfeder für den Relaisanker
verstellen und damit das sogenannte Rückgangsverhältnis ändern zu müssen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines rein schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt Fig. i ein Schaltschema der
Empfangseinrichtung und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Resonanz-Empfangsrelais.
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In Fig. i liegt zwischen einem Netz A-B ein Serieresonanzkreis, bestehend
aus einem Empfangsrelais i und einem Kondensator 2o. Das Resonanzrelais i ist dabei
zusammen mit dem Kondensator 2o auf die Sendefrequenz abgestimmt. Es besitzt eine
Kontakteinrichtung iio, welche einen Wähler 30 unter Spannung setzt. Dieser
Wähler 30 ist in der Figur nur grundsätzlich dargestellt, er kann als Motorwähler
oder
als Schrittwähler ausgebildet sein. Durch den Wähler 30 werden einzelne Befehlsrelais,
wie z. B. 40 und 5o, betätigt, welche mit entsprechenden Kontakten 41 und 51 ausgerüstet
sind.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Resonanz-Empfangsrelais.
Damit dieses besondere Wechselstromrelais im Resonanzkreis die Rolle einer guten
Drosselspule übernehmen kann, muß es vor allem einen hohen Gütefaktor
Q = (wL) : r aufweisen. Außer durch die bekannten Maßnahmen der Verwendung
von geschichteten Eisenkernen und der Anordnung eines passend gewählten Luftspaltes
wurde dies in erster Linie dadurch erreicht, daß die vom Streufeld durchsetzten
Konstruktionsteile, wie Endplatten der Eisenpakete, Träger usw., aus Isolationsmaterial
bestehen. In der Fig.2 wurde von diesen Teilen der Übersichtlickheit halber nur
die hintere Endplatte dargestellt.
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Die Abstimmung des Serieresonanzkreises auf die Sendefrequenz könnte
grundsätzlich gleich gut durch eine Veränderung der Kapazität wie der Induktivität
erzielt werden. Da aber die handelsüblichen Papierkondensatoren nur mit festen Kapazitätswerten
erhältlich sind, so ist die Abstimmung durch die Änderung der Induktivität die zweckmäßigere
Methode. Die Abstimmung wird daher durch das als Drossel wirkende Wechselstromrelais
mittels eines in Reihe mit dem Ankerluftspalt 2 liegenden veränderbaren Luftspaltes
3 vorgenommen. Um eine bequeme Abstimmung durch Veränderung des Serieluftspaltes
3 mit einfachen Konstruktionsformen zu erzielen, ist der Statorkern in zwei L-förmige
Teile 4 und 5 zerlegt, von denen der Kernteil 4 mit den Tragteilen fest verbunden,
während der Kernteil 5 um die Ankerachse 6 als Drehachse verschwenkbar ist. Damit
beim Verschwenken des einstellbaren Kernteils 5 der Ankerluftspalt 2 gewahrt bleibt,
sind die aus isolierendem Preßstoff hergestellten Endplatten auf der dem Kern zugewendeten
Seite mit je einer kreisrunden Erhöhung versehen. Diese Erhöhungen der Endplatten
haben einen um den doppelten Ankerluftspalt größeren Durchmesser als der Anker und
ragen etwas in den von den beiden Kernteilen 4 und 5 gebildeten zylindrischen Hohlraum
hinein. In der Fig. 2 ist von diesen beiden Endplatten nur die hintere Endplatte
7 mit der Erhöhung 71 dargestellt. Die Endplatten tragen auch die Lagerbohrungen
für die Ankerachse 6 in konzentrischer Lage zu den Erhöhungen. Beim Zusammensetzen
und beim Abstimmen genügt ein leichtes Andrücken der Kernteile 4 und 5 gegen die
kreisrunden Erhöhungen der Endpaltten und anschließendes Anziehen der Preßschrauben,
um eine genaue Zentrierung des Ankers 8 und Einhaltung des vorgeschriebenen Luftspaltes
2 zu erzielen.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist das Wechselstrom-Empfangsrelais als
Drehankerrelais ausgebildet. Im Gegensatz hierzu sind die bekannten Wechselstromrelais
meistens als Klappankerrelais gebaut, deren magnetischer Triebfluß zur Vermeidung
des Wechselstromgeräusches teilweise mit einer Kurzschluß-«ricklung verkettet ist.
Ein solches Klappankerrelais ist aber für den vorliegenden Zweck wenig geeignet,
da es infolge der Kurzschlußwicklung verhältnismäßig hohe Leistungsverluste aufweist.
Anderseits müssen aber auch beim Drehankerrelais Vorkehrungen getroffen werden,
um jede Schwingneigung zu vermeiden. Die Schwingneigung wird bei der Verwendung
des Drehankerrelais als Drossel in einem Resonanzkreis durch die Zunahme des magnetischen
Flusses und damit der Induktivität beim Anziehen des Ankers besonders begünstigt.
Die Zunahme der Induktivität hat eine Verstimmung der Resonanz mit entsprechender
Abnahme des Relaisdrehmomentes zur Folge. Diesen Schwierigkeiten wird erfindungsgemäß
durch folgende Vorkehrungen Abhilfe geschaffen, welche durchwegs eine Verminderung
der relativen Änderung der Induktivität in Abhängigkeit von der Lage des Ankers
anstreben. Durch einen magnetischen Nebenschluß 9 zum Anker 8 wird das Verhältnis
des mit der Ankerlage veränderlichen Ankerflusses zum Gesamtfluß und damit auch
die verhältnismäßige Änderung der Induktivität der Relaiswicklung io in Abhängigkeit
von der Ankerlage herabgesetzt. Durch diesen magnetischen Nebenschluß 9 wird jedoch
ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt, welches seinerseits eine zusätzliche Wirkleistungsaufnahme
hervorruft. Obwohl nun damit eine Herabsetzung des Gütefaktors Q nicht verbunden
ist, weil gleichzeitig ja auch die Blindleistungsaufnahme erhöht wird, ist trotzdem
eine Erhöhung der Wirkverluste an sich unerwünscht. Um letztere in möglichst engen
Grenzen zu halten, wird der ohnehin vorhandene und sonst schädliche Streufluß herangezogen.
Zu diesem Zweck wird der Streufluß durch ein geeignetes Schirmblech ii abgefangen
und in gewünschte Bahnen gelenkt. Dieses Schirmblech ii wird aus magnetisch hochwertigem
Material hergestellt, so daß die durch die Streuung bedingten Verluste trotz künstlicher
Erhöhung des Streuflusses kleiner bleiben, als wenn die ungelenkten Streulinien
irgendwelche Metallteile in der Umgebung des Relais, z. B. Tragteile, durchsetzen
würden. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig ein Schutz gegen zufällige oder betrügerische
Beeinflussungen des Empfangsrelais von außen erreicht.
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Die Abhängigkeit der Induktivität von der Ankerlage wird ferner dadurch
heruntergedrückt, daß der nutzbare Ankerdrehwinkel klein gewählt wird, d. h. daß
man den bei Drehankerrelais möglichen Drehwinkel nicht voll ausnützt. Ferner wird
der nicht ausgenützte Teil des möglichen Ankerdrehwinkels auf die Seite der Ankerruhelage
gelegt, wodurch man physikalisch die gleiche Wirkung wie die eines magnetischen
Nebenschlusses zum Relaisanker erreicht, nämlich einen von der Ankerlage unabhängigen
Zusatzfluß.
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Um jede Ankerschwingneigung auch in besonders schwierigen Fällen,
wie sie z. B. bei inkonstanter Sendefrequenz noch auftreten können, zu unterdrücken,
ist auf der Ankerachse 6 eine Scheibe 12 mit genügendem Massenträgheitsmoment lose
auf einer Nabe 13 gelagert, welche ihrerseits fest auf der Ankerachse 6 sitzt. Diese
Scheibe i2 kommt erst zur Wirkung, wenn die Beschleunigung des Ankers 8 denjenigen
Grenzwert überschreitet, bei dem die Scheibe i2 auf der Nabe 13 zu rutschen beginnt,
wodurch die entstehende Reibungsarbeit jede Schwingung rasch unterdrückt.
Gleichzeitig
bietet diese Scheibe 12 einen wirksamen Schutz gegen Prellen des Ankers 8 in den
Endlagen.
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Empfindliche Relais wie das oben beschriebene haben den Nachteil,
daß der Anker die Neigung hat, in den Endlagen zu kleben, und zwar treten, auch
wo magnetisches Kleben infolge des remanenten Magnetismus nicht in Frage kommt,
nach längerem Arbeiten und selbst bei Nichtbenutzung, unter atmosphärischen Einflüssen,
Haftkräfte an den Anschlägen auf, die die Größenordnung der Anker-Triebkräfte erreichen
können. Dieser Nachteil wird dadurch beseitigt, daß ein bewegliches Zwischenstück
14 so angeordnet wird, daß es sich in den beiden Endlagen zwischen den beweglichen
Anker 8 und die feststehenden Endplatten legt und bei jeder Hin- und Herbewegung
des Ankers 8 seine Lage etwas verändert, wodurch die allmähliche Entstehung von
Haftkräften zuverlässig verhindert wird. Das bewegliche Zwischenstück 14 hat Walzenform
und ist lose durch eine Aussparung 15 im Relaisanker 8 hindurchgeführt, während
seine beiden Enden durch entsprechende zylindrische Vertiefungen in den beiden Endplatten
ebenfalls lose gehalten werden. Das Spiel zwischen diesen Vertiefungen und dem Zwischenstück
14 und dasjenige zwischen dem Zwischenstück 14 und der Aussparung 15 im Anker 8
ist maßgebend für den Drehwinkel des Ankers zwischen den Anschlagpunkten. Durch
bloße Änderung des Durchmessers des Zwischenstückes 14 kann demnach der Drehwinkel
des Ankers 8 dem jeweiligen Verwendungszweck des Relais angepaßt werden.
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Auf dem vorderen Ende der Ankerachse 6 ist noch ein Nocken 16 fest
auf der Achse 6 angeordnet, welcher bei Drehung der Ankerachse 6 die Kontakteinrichtung
17 betätigt.
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Die beschriebene Anordnung ist schon an und für sich, infolge Fehlens
eines Gleichrichters, weitgehend unempfindlich gegen Überspannungen. Solche Überspannungen
können bei Überlagerungs-Fernsteueranlagen dadurch entstehen, daß die Impulsspannung
am Empfangsort infolge Resonanzerscheinungen in einzelnen Netzteilen eine unbeabsichtigte
Erhöhung erfährt, welche den mehrfachen Wert der normalen Steuerspannung erreichen
kann. Um gegen solche Überspannungen geschützt zu sein, müßte der Kondensator wesentlich
spannungsfester und damit teurer dimensioniert sein, als der Normalbetrieb es erfordert.
Statt dessen wird der Eisenkern des Empfangsrelais z mit einer Einschnürung versehen,
vorzugsweise in der Form eines in der Mitte der Spule io angeordneten Loches 18
im festen Kernteil 4. Diese Einschnürung ist so bemessen, daß bei der normalen Impulsspannung
das Kerneisen gerade noch nicht gesättigt ist. Bei Überhöhung der Impulsspannung
dagegen tritt an der Einschnürstelle eine im Maße der Spannungserhöhung zunehmende
Sättigung und entsprechende Abnahme der Induktivität der Spule io ein, wodurch der
Resonanzkreis, bestehend aus der Relaiswicklung i (Fig. i) und dem Kondensator 2,
zunehmend verstimmt wird. Dadurch wird erreicht, daß oberhalb der normalen Impulsspannung
der Strom im Resonanzkreis selbst bei extremer Spannungsüberhöhung kaum noch nennenswert
zunimmt. Der besondere Vorteil dieser selbsttätigen Strombegrenzung ist, daß einerseits
der Kondensator geschützt, während andererseits eine von der Impulsspannung weitgehend
unabhängige Ansprechzeit und Prellfreiheit des Relais erreicht wird.