Resonanzrelais für den Empfang von einem Starkstromnetz überlagerten, elektrischen Impulsen netzfremder Frequenz. Beim Tonfrequenzüberlagerungsverfahren zur Fernsteuerung von 'Tarifapparaten, Heiss wasserspeichern usw. ist es bekannt, für den Empfang von einem Starkstromnetz überla gerten, elektrischen Impulsen netzfremder Frequenz ein Weehselstromrelais zu benut zen, dessen Induktivität mit einem Kondensa tor einen auf die Überlagerungsfrequenz ab gestimmten Serieresonanzkreis bildet, der um mittelbar an das Netz angeschlossen ist.
Ein solches Wechselstromrelais kann ent weder als Drehankerrelais oder als Klapp ankerrelais ausgebildet werden, oder es kann auch so gebaut werden, da.ss es gleichzeitig tvpiselie -Merkmale des Drehanker- und des Klappankerrelais aufweist.
rin Empfangsrelais der bekannten Art ist in der Schweizer Patentschrift Nr. 2387,1 im einzelnen am Beispiel eines Dreh@ankerrelais erläutert. Abgesehen von der Ausbildung als Drehankerrelais oder als Klappankerrelais ist es ein hervorstechendes und auch besonders hervorgehobenes Merkmal dieses bekannten Weeliselstromrelais,
dass durch die besondere Ausbildung des magnetischen Kreises ein ver- liältnisinässig grossem magnetischer Neben- sehluss zum mit der Ankerlage veränderlichen Ankerfluss angestrebt und erzielt wird. Durch diese Massnahmen wird bezweckt, die Ind-Lik- tivitätsänderung in Abhängigkeit von der An- kerlag-e in engen Grenzen zu halten.
Diese @@-ichti@,e Ei-ensehaft der bekannten Wechsel- stromrelais soll an Hand eines Beispiels ver deutlicht werden.
Die Fig. 1 zeigt den typischen Magnetkreis eines solchen Relais für den Fall eines Dreh ankers. Der Anker A ist drehbar um die Achse a. Das Joch besteht aus zwei Teilen J, und J2. Dadurch entsteht ein Luftspalt JL, der in Serie liegt zum Ankerluftspalt <I>AL.</I> Durch Verstellen des Jochteils J, gegen den Joch- teil J2 kann der Justierluftspalt JL ein wenig verändert werden, was dazu dient,
bei der Ab stimmung des Serieresonanzkreises die Fabri kationsungenauigkeiten der Spule S und des Kondensators Ff auszugleichen. Die Erzielung eines möglichst grossen magnetischen Neben flusses zum veränderlichen Ankerfluss A.
L wird beim Beispiel der Fig.1 dadurch er reicht, dass die Ankerlänge 1 ähnlich der Joch- breite b gewählt ist, dass die Polschuhe 1' und <B>2</B> geeignet ausgeprägt werden, unter Umstän den sogar ein künstlicher Nebenschluss 3 her beigezogen wird,
dass die Joche mit Verlän gerungslappen 1" und 2" versehen werden und dass der Luftspalt JL verhältnismässig klein gegenüber dem Ankerluftspalt AL ge halten wird. Dadurch werden die verlangten lebenschlussfelder SF', SI"' und SF"' ver hältnismässig gross gegenüber dem wirksamen Ankerluftspalt Ah'. Wenn der veränderliche magnetische Widerstand des veränderlichen Ankerluftspaltes mit RA,
der magnetische Wi derstand des Justierluftspaltes JL mit RjL und der magnetische Widerstand des gesamten Nebenschlussfeldes mit Rr bezeichnet werden, dann ist das Ersatzschema des magnetischen Kreises gegeben durch die Fig.2, wobei üu die angelegten Amperewindungen und 0 den durch diese erzeugten Gesamtfluss darstellen.
Da der konstante Ankerjustierluftspaltw ider- stand RIN verhältnismässig klein ist gegenüber Ra, vereinfacht sich mit guter Näherung das Ersatzschema der Fig. 2 in das der.b'ig. 3, womit die hervorstechende Eigenschaft des bekannten Resonanzrelais als eine Parallel schaltung des Ankerarbeitsflusses und des Streuflusses besonders deutlich wird. Solche Resonanzrelais sind seit Jahren in grosser Zahl verwendet worden und haben sich gut bewährt.
Es ist indessen klar, dass die Ausprägung von Nebenschlussfeldern den Nachteil hat, dass das ganze System verhältnismässig leicht be- einflusst wird durch in der Nähe befindliche Metallteile, so dass deshalb für die Halterung teure Kunststoffteile verwendet werden müs sen. Es müssen ferner aus diesem Grunde Schirmbleche zugezogen werden, ebenso hoch wertiges und damit teures Magnetmaterial, insbesondere bei niedrigeren Ansprechspan- nungen des Relais und bei höheren Steuer frequenzen.
Hierdurch werden denn auch der Anwendung niedriger Ansprechspannungen und höherer Steuerfrequenzen verhältnis mässig enge Grenzen gesetzt, Die vorliegende Erfindung umgeht diese :\achteile dadurch, dass der magnetische Kreis des Wechselstromrelais derart ausgebildet ist,
da.ss der zum wirksamen Ankerfluss als par alleler Nebenschluss auftretende Streufluss klein gehalten ist und dass zugleich zur Klein haltung der Induktivitätsänderung des Serie resonanzkreises in Abhängigkeit von der An kerlage in Serie zum Ankerluftspalt minde stens ein Luftspalt gelegt ist, dessen magne tischer Widerstand gross ist gegenüber dem magnetischen Widerstand des Ankerluftspal- tes.
Eine beispielsweise Ausführung des erfin dungsgemässen Resonanzrelais sei an -Hand der Fig. 4 mit Hilfe der Darstellung des magnetischen Kreises erläutert, wobei diesem Beispiel ein um die Achse a drehbarer Dreh anker A zugrunde gelegt wird. Die Kleinhal tung des parallelen Nebenflusses SF' zum für die Kraftwirkung massgeblichen Ankerfluss < LF wird durch geeignete Formung der Pol schuhe und des Joches erreicht, ferner vor allem auch dadurch, dass die Ankerlänge l mindestens uni die Hälfte grösser gemacht wird als die Polschulibreite b.
Durch die vor gesehenen Massnahmen wird der parallele Ne benfluss Sh" klein gehalten, das heisst auf mindestens den fünften Teil des wirksamen Ankerflusses AL erniedrigt. SL stellt. den Serieluftspa.lt dar, dessen magnetischer Wi derstand gross, das heisst.
mindestens dreimal grösser ist als derjenige des Ankerlnftspaltes AL ('Summe der beiden Ankerluftspalte). Durch die Schaffung eines solchen Luftspaltes zerfällt das Joch in zwei Teile J, und Jo. Die Ausgleichung der Fabrikationsungenauigkei ten der Spule S und des Kondensators K bei der Abstimmung des Serieresonanzkreises kann deshalb direkt ohne Anbringung eines speziellen Justierluftspaltes durch eine kleine Verschiebung einer der beiden Jochteile J, oder Je bewerkstelligt werden.
Es ist klar, dass der grosse magnetische Widerstand des Luftspaltes SL, der in Serie zum mindestens dreimal kleineren magnetischen Widerstand des Ankerluftspaltes AL gelegt ist, auch er reicht werden kann, indem der Luftspalt SL in eine Anzahl in Serie liegender kleinerer Luftspalte zerlegt. wird. Von besonderem Vor teil ist es, wie in der Fig.4 dargestellt, den Serieluftspalt SL im Innern, vorzugsweise in der Mitte der Spule S, anzuordnen.
Dadurch gelingt es, die Spulenstreuverhältnisse günstig zu gestalten, was für die Funktion des Sy stems in Abhängigkeit der Ankerdrehung von grosser Wichtigkeit ist.
Die Darstellung der Fig. 4 macht es deut lich, dass im Gegensatz zum bekannten Sy stem gemäss Fig.1, wo ein verhältnismässig grosser Anteil der magnetischen Energie par allel zur magnetischen Energie des Anker luftspaltes liegt, beim eben beschriebenen Re lais ein ausgeprägter Anteil der magnetischen Energie in Serie zum mechanisch wirksamen Energieteil des Ankerluftspaltes liegt.
Es wird demgemäss auf eine grundsätzlich andereWeise eine relativ grosse, konstante Energie mit der veränderlichen Luftspaltenergie gekoppelt, rim zu erreichen, dass bei Drehung des An kers die Änderung der Gesamtinduktivität und damit die Änderung der Verstimmung des Serieresonanzspstems in den gewünschten Grenzen gehalten werden kann.
Rechnung und Messung zeigen, dass Re lais mit diesen Merkmalen Vorteile gegenüber den bekannten Resonanzrelais aufweisen.
Im gezeigten magnetischen Ersatzsehalt- bild (Fig.5) bedeuten Ra der variable Luft- spaltwiderstand, RS der Seriewiderstand des Luftspaltes SL, Rsp der Widerstand der Spu- lenstreuung SF' und R, der Widerstand der Ankerluftspaltstreuung SF',
wobei iic die an gelegten Amperewindungen und J der durch diese erzeugte Gesamtfluss bedeuten. Durch geeignete Konstruktion, wie das beispiels weise die Fig. 4 zeigt, ist es möglich, die Wi- derstände R@P, und Ra gross zu halten, ver- ;
lichen mit Ra, so dass das Schaltbild der Fig.5 in das vereinfachte der Fig.6 über- ().e ht, welches den Unterschied gegenüber der Fi-. 3 besonders deutlich zum Ausdruck bringt.
Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem der magnetische Kreis in der Art eines Zweischen- kelkernes ausgebildet ist, wobei zwei Luft spalte SLl und SL2, deren magnetischer Totalwiderstand mindestens dreimal grösser als derjenige des Ankerluftspaltes AL ist, je in Serie zu diesem gelegt sind.
Während im Beispiel der Fig.4 bei Drehung des Ankers der Ankerluftspalt im wesentlichen konstant bleibt, bzw. die Änderung des magnetischen Widerstandes des Luftspaltes praktisch pro portional ist der Flächeneindrehung, ist in der Fig. 7 der Anker t1 beispielsweise so aus gebildet, dass bei Drehung um die Achse a die _lnderung des magnetischen Widerstandes des Luftspaltes AL vorwiegend nur aus der Änderung des Luftspaltes resultiert.
Beide Ausbildungsarten des Ankers haben je nach Anwendungsgesichtspunkt gemäss der unter- schiedlichen Momenteneharakteristik ihre be stimmten Vorteile.
Im Beispiel der Fig.7 werden zwei Spu len S1 und 82 verwendet. Diese beiden Spulen können zusammengeschaltet und mit einem Kondensator einen einfachen 'Serieresonanz- kreis bilden. Es ist aber auch möglich, wie in der Fig. 7 dargestellt, und das ist von be sonderer Wichtigkeit, jede der beiden Spulen 8l bzw. S2 je einzeln mit einem Kondensator K1 bzw. K2 in Serie zu schalten, wobei der Kreis S2K2 über einen Widerstand R ge schlossen oder direkt kurzgeschlossen wird.
Mittels der gemeinsamen magnetischen Anker kopplung erhält man damit einen magnetisch gekoppelten Serieresonanzkreis, dessen Fre- quenzcharakteristik Bandcharakter aufweist.
Die Fig. 8 bzw. 9 zeigt ein Ausführungs beispiel, bei dem der Anker als Drehanker mit zu seiner Längsachse geneigt angeordneten und zueinander parallel liegenden Polflächen ausgebildet ist, derart, dass sich bei der An kerdrehung der magnetische Widerstand des Ankerluftspaltes proportional dem Anker luftspalt ändert.
Um den Aufbau des magnetischen Kreises deutlich zu machen, ist ein Quadrant heraus geschnitten. Die beiden Jochteile 1 und 2 sind mittels zweier Metallchassisteile 3, 4 mit Hilfe der Schrauben<B>5,16</B> und 7 zusammengespannt. Die den Schrauben 5, 6 zugehörigen Schrau benlöcher sind Langlöcher, so dass der Joch- teil 1 zwecks Luftspaltjustierung verschoben werden kann. Das wird mit Hilfe eines eben falls in einem Langloch drehbaren Exzenter stiftes 8 bewerkstelligt. Der Anker 9 ist um die Achse 10 drehbar und bei 11 mit Löchern für die Arretierstifte versehen.
Der in Serie mit dem Ankerluftspalt 12 gelegte, verhältnis mässig grosse Luftspalt 13 ist annähernd in der Mitte der Spule 14 angeordnet. Zur Ver kleinerung der Wirbelströmverluste sind zwi schen den Jochteilen 1 bzw. 2 und den Chas- sisteilen 3 und 4 Blätter 15 aus Isolierstoff eingelegt, oder es ist daselbst eine Luftdistan zierung vorgesehen. Zusammen mit dem Kon densator 16 bildet das Ganze den auf die Steuerfrequenz abgestimmten Serieresonanz- kreis.
Die Fig.9 zeigt den herausgeschnittenen Quadranten der Fig. 8, wobei insbesondere eine beispielsweise Ausführung des Kontakt paketes sichtbar gemacht ist. Bei Anzug des Ankers wird über die Achse 10 und den Nocken 17 die Kontaktfeder 18 gegen die Kontaktfeder 19 gedrückt. Mittels des Hebels 20 und des Hebelstiftes 2'1 wird die Vor spannung der Feder 18 eingestellt-. Der An kerarretierstift ist lose gelagert, wie es bei 11 angedeutet ist. Der Steckschlüssel 22 dient zur Verdrehung des Exzenters 8 zwecks Ju stierung des Luftspaltes.
Die Fig.10 zeigt ein ähnliches Ausfüh rungsbeispiel, wie die Fig.8. Es unterschei det sieh gegenüber dem Beispiel der Fig.8 lediglich dadurch, dass der Anker zu seiner Drehachse konzentrisch liegende Polflächen, die Ausschnitte einer Zylindermantelfläche sind, aufweist, derart, dass bei der Ankerdre hung der magnetische Widerstand des Anker luftspaltes sich proportional der Polsehuh- fläche, die gegen die Jochpolschuhe einge dreht ist, ändert.
Die beschriebenen Relais haben den Vor teil, dass, da das Streufeld, wie für Fig. -I quantitativ dargelegt, klein gemacht ist und sich damit nur in unmittelbarster Nähe des Relais ausbildet, eine grössere Unempfindlich keit gegen in der Umgebung angeordnete, elektrisch und magnetisch leitende Metallteile erzielt wird, was besonders günstige Voraus setzungen für die konstruktiven Dispositionen ergibt. So ist es unter anderem auch nicht mehr erforderlieb, für den Chassisaufbau des Weehselstromrelais teure Pressstoffteile zu verwenden. Es kann zum Beispiel Aluminium herangezogen werden.
Wegen der aufgezeigten geringen Streufeldausbildung, bmv. der Kon zentrierung der magnetischen Energie in das Systeminnere, ist es möglich, für die Kern teile des -'#V eehselstromrelais billiges magne tisches Material zu verwenden.
Wie die Rechnung und die Messung zei gen, gestatten ferner die beschriebenen Relais, einen grösseren mechanischen Wirkungsgrad zu erreichen.