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Regelrelais, insbesondere für Zugbeleuchtung Die Erfindung bezieht
sich auf ein elektromagnetisches Relais, das, sobald die Magnetkraft eine bestimmte
Grenze übersteigt, weil beispielsweise ein zu überwachender Strom oder eine Spannung
eine gewisse Grenze überschreitet, eine Schaltung oder Umschaltung ausführen soll.
Wird ein solches Relais zum Schalten von Zuglichtanlagen benutzt, dann muß es beispielsweise
beim Anfahren des Zuges ,die Beleuchtungsanlage von der Batterie auf die Lichtmaschine
umschalten, sobald die Spannung der Lichtmaschine die der Batterie überschreitet,
und umgekehrt von der Lichtmaschine auf die Batterie zurückschalten, wenn beim Nachlassen
der Zuggeschwindigkeit die Spannung der Lichtmaschine unter die der Batterie sinkt.
Ein solches Relais soll auch hei schleichendem Anstieg und Absinken der TUagnetkraft
sprungartig von der Ruhe- zur Arbeitsstellung und umgekehrt hinüberwechseln und
nicht zwischen beiden Stellungen hängen bleiben. Diese Forderung läßt sich verhältnismäßig
leicht erfii;llen. Schwieriger ist es aber, unter diesen Umständen in der Ruhe-
und in der Arbeitsstellung bis zum sprunghaften Schalten einen ausreichenden Kontaktdruck
aufrechtzuerhalten.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Relais, das diese Forderungen unter
Anwendung verhältnismäßig einfacher Mittel erfüllt. Das Relais hat zwei gegeneinander
versetzte, etwa hyperbolisch verlaufende, magnetische Kennlinien für Arbeits- und
Ruhestellung, die die Abhängigkeit der Ankeranzugskraft vom Ankerweg darstellen
und eine zwischen diesen Kennlinien verlaufende Charakteristik für die Ankerrückzugskraft,
deren unteres Ende auf der oberen Kennlinie und deren oberes Ende auf der unteren
Kennlinie liegt.
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Erfindungsgemäß hat die Charakteristik im unteren Drittel infolge
Ankerleergangs und im oberen Drittel infolge eines federnden Kontaktes
(Vorkontakt
m.it vorgespannter Feder) je eine Stufe, jedoch so, daß beide Stufen innerhalb der
genannten Kennlinien liegen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Das Relais
hat einen feststehenden Magnetteil 4 mit den Polen 5 und 6 und einen winkelförmigen
Anker 7, der mittels einer Blattfeder 8 schwenkbar gelagert ist. Der Ankerweg ist
durch Schraul)r-n 9, io anschlagmäßig begrenzt. An dem feststehenden Magnetteil4,
der durch eine Wicklung i i erregt wird, ist eine Isolierplatte i2 befestigt, die
einen oder mehrere Ruhekontakte 13 trägt. Ein beweglicher Kontakt 14 ist an einem
um die Achse 15 schwenkbar gelagerten Hebelarm 16 befestigt. An einer an der Isolierplatte
12 befestigten Brücke 17 sitzt ein Arbeitskontakt 18 oder eine Mehrzahl solcher
mit einem oder mehreren Vorkontakten i9, die eine mit Anschlagnase 2o versehene
Feder 21 gegen die beweglichen Kontakte 14 zu drängen sucht. Diese Feder ist vorgespannt.
Ihre Vorspannung kann durch eine Schraube 22 geändert werden. Der Deutlichkeit halber
sind die beiden Kontakte 18, i9 übereinander gezeichnet, tatsächlich würden sie
in der Zeichnung hintereinatiderliegen. Der abgefederte Kontakt i9 ragt um die Strecke
A' über den festen Kontakt 18 vor.
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Den Hebelarm 16 sucht eine durch eine Schraube 23 verstellbare Feder
24 gegen den Ruhekontakt 13 zu drängen. Den Anker 7 zieht eine Feder 25 in die Ruhestellung,
Anschlag 9. Da der Hebelarm a, an (lern diese Federkraft angreift, beim Übergang
des Ankers in die Arbeitsstellung kleiner wird, nimmt dabei der von dieser Feder
25 ausgehende Anteil der Ankerrückzugskraft ab. Der Anker greift mit einem Stößel
26 unter Zwischenschaltung eines Leergangs L einen Vorsprung 27 des Hebels
16 an, der .durch eine Öffnung 28 der Isolierplatte 12 hindurchgreift. An dem Anker
ist ferner eine nicht vorgespannte Feder 29 angebracht, die mit einer Pfanne
30 versehen ist. Eine entsprechend durch eine Schraube 40 verstellbare Pfanne
41 ist gegenüber am Magnetgestell .4 angeordnet. In die beiden Pfannen ragt ein
Stift 42 mit einem gewissen Leergang 41. .4 ist eine biegsame Stromzuführung für
den Kontakthebel 16. Die Anschlußklemmen der Arbeits- und Ruhekontakte sind der
Einfachheit halber weggelassen. Die Isolierplatte 12 mit den Kontakten usw. kann
durch Lösen einer Schraube 45 vom Magnetgestell 4 abgenommen werden. Dadurch wird
bei Schadhaftwerden von Kontakten das Auswechseln des Schalters erleichtert.
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Sämtliche Federn und Anschläge sind entweder paarig zu beiden Seiten
einer Symmetrieebene oder in dieser Symmetrieebene angeordnet, so daß alle Kräfte
nur in dieser Ebene wirken. Dadurch ergibt sich ein sicheres Arbeiten des Relais.
Verkantungen der beweglichen Teile und ungleichmäßige Verteilungen der Kontaktdrücke
werden vermieden.
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Die Arbeitsweise des Relais wird an Hand der Fig. 2 erläutert. Soll
z. B. das Relais zum Umschalten einer Zuglichtanlage verwendet werden und soll,
wenn die Magnetkraft die obere Kennlinie 2 überschreitet, auf die Lichtmaschine
und, wenn sie die untere Kennlinie r unterschreitet, auf die Batterie umgeschaltet
werden, dann werden die Kräfte der Federn 8 und 25 derart abgeglichen, daß in der
Ruhestellung die Ankerrückzugskraft P o bei dem Punkt 31 auf der oberen Kennlinie
2 liegt. Denkt man sich nun bei abgeschalteter Magnetwicklung r i den Anker von
Hand in der Pfeilrichtung bewegt, dann bleibt zunächst der Kontakthebel 16 in Ruhe,
bis der Leergang L beim Auftreffen des Stößels 26 auf den Vorsprung 27 aufgeholt
ist. «'ährend dieses Leergangs nimmt die Ankerrückzugskraft bis auf den Wert P i
ab, weil sich .der wirksame Hebelarm a für die Feder 25 verkleinert. Die Kraft der
Federn 25 und 8 bleibt aber über den vollen Ankerweg wirksam. Sie verläuft nach
der Geraden 31, 51. Am Ende des Leergangs L bei 32 trifft der Stößel 26 auf den
Vorsprung 27, und .der Kontakthebel 16 wird unter Spannung der an sich vorgespannten
Feder 24, Vorsparmkraft 1-' 2, mitgenommen. Dadurch ergibt sich für die Charakteristik
3 eine erste Stufe 32. Die Größe von l'2 ist durch die Höhe des erforderlichen Kontaktdruckes
gegeben (Kontakt zwischen 13 und 14). Die Stufe 32 muß, um ein Hängenbleiben des
Relaisankers in Zwischenstellungen zu vermeiden, innerhall) der Kennlinien 1, 2
liegen. Um für die Höhe der Stufe 32 genügend Platz zu gewinnen, gibt man der Charakteristik,
wie oben erwähnt, während des Leergangwegs fallende Tendenz. Unter Umständen muß
man sie noch stärker abfallen lassen, wenn die Stufe 32 größer gemacht werden soll
als gezeichnet. Die Charakteristik ,der Feder 24, die währ; nd des restlichen Ankerwegs
wirksam bleibt, ist nochmals für sich allein durch die Linie 52, 53 dargestellt.
Sie überlagert sich der Charakteristik 31, 51.
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Nach Aufholen des Leergangs Il zwischen dem Stift 42 und den Pfannenböden
30, 41, Punkt 34, wird nunmehr auch die Feder 29 am Anker wirksam. Sie ist verhältnismäßig
steif, aber nicht vorgespannt. Sie würde für sich allein die Charakteristik 54,
55 ergeben. Diese überlagert sich den übrigen Charakteristiken. Infolgedessen erhält
die resultierende Charakteristik 3 beim Punkt 34 einen nach abwärts gerichteten
Knick und steigt bis zur Stufe 33 verhältnismäßig steil an. Bei der Stufe 33 trifft
der bewegliche Kontakt 14 auf den oder die Vorkontakte 19, die mit einer Vorspannung
P 3 von der Feder 21 in den Weg des Kontakthebels 16 vorgeschoben werden. Die Feder
21 würde für sich allein die Charakteristik 56, 57 haben. Diese Charakteristik überlagert
sich den übrigen, so daß sich bei 33 eine Stufe ergibt. Von dort an steigt längs
der Strecke N die resultierende Charakteristik 3 bis zu den auf der unteren Kennlinie
i liegenden Endpunkt 32 noch steiler an.
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Die Kraft P 3 entspricht dem Kontaktdruck des Vorkontaktes i9, die
erhalten bleibt, auch wenn nach Absinken der Magnetkraft unter die Kennlinie i der
Anker schon seinen Rückweg begonnen hat. Steigt die :Magnetkraft über die Kennlinie
i, so steigt der Kontaktdruck, erreicht sie die Kennlinie 2, dann wird der gesamte
auf Vorkontakt i9
und Hauptkontakt 18 entfallende Kontaktdruck um
die Kraft 1'4 vermehrt. Durch Verstellen der Anschläge, Leergänge und Federspannungen
läßt sich bei der Massenfertigung und -eichung solcher Regelrelais die mechanische
Charakteristik der :lnkerrückzugskraft ohne weiteres der jeweiligen magnetischen
Kenlilinienform und den gewünschten Ansprechpunkten anpassen. Soll z. B. der Punkt
32 tiefer geruckt werden, so braucht nur der Leergang M durch Verstellen der Schraube
40 eiItsprechend größer gemacht zu werden. Der steilere Anstieg der mechanischen
Charakteristik setzt dann erst weiter links in Fig. 2 ein, weil der Punkt 34 entsprechend
weiter nach links wandert. Dadurch kommt der Punkt 32 tiefer zu liegen. Entsprechendes
gilt für die anderen Teile der Charakteristik.
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Das Relais arbeitet folgendermaßen. Steigt die Magnetkraft allmählich
an, .dann bleibt der Anker so lange in der in Fig. i gezeichneten Ruhestellung,
bis die Kennlinie 2 erreicht ist, die durch den Punkt 31 geht. Da über den ganzen
Ankerweg die magnetische Zugkraft die mechanischen Gegenkräfte übersteigt (die Kennlinie
2 lieg! überall über der Charakteristik 3), schwingt der Anker unaufhaltsam sogleich
bis zum Hauptkontakt 18 durch. Der Kontaktdruck zwischen den Kontakten 13 und 14
bleibt während - des ersten Teils des Ankerwegs, Leergang L voll erhalten und verschwindet
erst bei 32 schlagartig. Für die Betätigung der Kontakte 14, 18, 19 in der Arbeitsstellung
stehen die Kräfte P 3 und P ,4 zur Verfügung.
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Sinkt nun wegen Nachlassens der Stromstärke oder der Spannung die
magnetische Zugkraft ab, so schwingt der Anker erst dann in die Ruhestellung zurück,
wenn die Kennlinie i erreicht wird. Da diese über ihren ganzen Verlauf unterhalb
der Charakteristik 3 liegt, schwingt der Anker erst dann in die Ruhestellung zurück,
wenn die Kennlinie i erreicht wird. Da diese über ihren ganzen Verlauf unterhalb
der Charakteristik 3 ' liegt, schwingt der Anker sogleich unaufhaltsam bis zur Ruhestellung
durch. Bei 32, also schon vor Erreichung der Ruhestellung, wird schon ein ausreichender
Kontaktdruck P 2 für die Betätigung der Kontakte 13, 14 hergestellt.
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Idas Regelrelais erfüllt also al-.le eingangs gestellten Forderungen
und zeichnet sich außerdem noch durch große Anpassungsfähigkeit aus.