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Auf Änderungen hoher Widerstände ansprechende Relais- oder Regelanordnung
Um in Abhängigkeit von optischen, akustischen, thermischen oder ähnlichen Steuerwerten
Schalthandlungen oder Regelungen durchzuführen, werden diese Steuerwerte in den
meisten Fällen zunächst in Änderungen eines Widerstandes umgesetzt. Da 'diese Widerstandsänderungen
jedoch im allgemeinen verhältnismäßig gering sind, war man bisher gezwungen, dem
eigentlichen gesteuerten Organ, beispielsweise dem gesteuerten Relais, einen Röhrenverstärker
vorzuschalten. Dadurch wurden die Einrichtungen erheblich verteuert und die Anwendungsgebiete
eingeengt.
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Die Erfindung betrifft eine Relais- oder Regelanordnung, die auf Änderungen
hoher Widerstände, beispielsweise auf die Widerstandsänderungen einer Photozelle
oder eines Widerstandsthermometers, anspricht, bei der es: aber möglich ist, verhältnismäßig
große Steuerleistungen zu erhalten, ohne daß ein Röhrenverstärker zur Anwendung
gelängt. Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß unter Verwendung einer
Wechselstromquelle als Stromquelle der Anordnung und unter Abstimmung auf Spannungsresonanz
für den Betriebswechselstrom das Relais oder Regelgerät, eine Induktivität und eine
Kapazität in Reihe an die Wechselspannungsquelle angeschlossen sind und daß der
veränderliche hohe Widerstand, z. B. eine Photozelle, dessen Änderungen das Relais
oder Regelgerät beeinflussen sollen, parallel zu der Kapazität geschaltet ist: Dadurch
wird die Form der Resonanzkurve, d. h. ihre Steilheit und ihr Maximalwert, in Abhängigkeit
von der Steuergröße verändert. Daß durch einen Parallelwiderstand zu dem Kon-. densator
eines Resonanzkreises eine Dämpfung der Resonanzkurve auftritt, ist an sich bereits
bekannt. Während män aber diese Erscheinung, die sich bei der Verwendung technischer
Kondensatoren infolge der Unvollkommenheit der Isolation von selbst ergibt, stets
nur als höchst störend empfunden hatte, verwendet die Erfindung sie bewußt zur Gewinnung
-einer
Schalt- bzw. Regelgröße. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die
Photozellensteuerung: Man kann dann in den meisten Fällen die Photozelle unmittelbar
dem Kondensator parallel schalten: Handelt es sich dabei um Zellen mit eindeutiger
Stromdurchlaßrichtung oder überhaupt um Steuerorgane, die nur in einer Richtung
mit Strom beeinfaüßt werden dürfen, so kann man sie über eine Gleichrichteranordnung,
vorzugsweise in Graetzscher Schaltung, mit dem Kondensator verbinden. Als weiteres
Anwendungsgebiet kommt beispielsweise die Heizleistungsregelung für elektrisch beheizte
Räume in Abhängigkeit von der Temperatur mittels eines Widerstandsthcrniönieters
in Betracht.
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In vielen Fällen wird die Aufgabe gestellt sein; in Abhängigkeit von
den Widerständsänderungen einen Schalter zu betätigen. Man kann dann in sehr einfacher
Weise so verfahren, <laß man die Induktivität des Resonanzkreises, zumindest
zum Teil, durch die Wicklung eines Relais bildet, das so bemessen wird, <laß
es bei einem gewünschten Betrag der Steuergröße anspricht. Uni die Indul;tivitä
tsveninderungen und die daraus folgende Verstimmung des Resonanzkreises beim Anziehen
des Relaisankers auszugleichen, wird inan zweckmäßig an dem Relais I-Iilfskontakte
anordnen., die beim; Anziehen. eine Windungsgruppe kurzschließen bzw. aus dem Stromkreis
ausschalten und auf diese Weise die Selbstinduktivität des Relais unabhängig von
der Ankerstellung machen.
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Die Erfindung kann auch mit großem Vorteil angewendet werden, wenn
die Heizleistung eines 1loclrfrecluenzofens geregelt werden soll. Dann kann nämlich
die Wicklung des Höclifrequenzofens selbst durch Reihenschaltung mit einem Kondensator
zu einem Spannungsresonanzkreis ergänzt werden, der in der erwähnten Weise durch
veränderliche Widerstände parallel zum Kondensator geregelt werden kann.
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Die Erfindung möge an Hand eines Zahlenbeispiels näher erläutert werden.
Dabei werde ein Schaltung angenommen,: wie sie in der Zeichnung dargestellt ist.
Darin bedeutet C den Kondensator und L die Induktivität des Resonanzkreises. Mit
r ist der bei praktischen Ausführungen nicht zu vermeidende Verlustwiderstand der
Selbstinduktionsspule, beispielsweise des zu steuernden Relais, bezeichnet. Parallel
zu dem Kondensator C liegt der veränderliche Widerstand R. Der ganzen Anordnung
wird über den Transformator T die Klemmenspannung K zugeführt. Durch
den Parallelwiderstand R wird nun der Resonanzpunkt des Kreises von dem Grenzwert
auf einen kleineren Wert herabgedrückt und gleichzeitig der in dem Resonanzkreis
fließende Strom erheblich vermindert. In dem zu betrachtenden Zahlenbeispiel mögen
folgende Werte gegeben sein: Kreisfrequenz der Speisespannung (k) - 314, Kapazität
des Kondensators (C) _ o,25 - io-cl Farad.
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Der kapazitive Widerstand wird somit gleich 12 7oo Ohm; ihm muß der
induktive Widerstand des Schalters (1z - L) gleich 'sein; es ergibt sich
somit für die Selbstinduktion ein Wert von 40,35 Henry. Der Schalter sei ferner
derart- bemessen, daß er bei abgefallenem Anker einen Wirkwiderstand r von 254 Obrn
besitzt; setzt man die Kupfer- und Eisenverluste annähernd gleich, so darf der Schalter
einen Verlust von 4°%,: entsprechend einer Dämpfung o,125, bezogen auf k = 314,
besitzen.
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Zum Kondensator liege einellichtelektrische Zelle parallel, deren
Dunkelwiderstand iol# Ohm betrage; er soll bei nornialerBelichtüng auf 250
000 Ohm herabgehen. Der Kreis soll nun derart ausgelegt werden, claß er bei
Belichtung aus der Resonanz gebracht wird; so daß der Schalter anspricht.
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Der Widerstand
des ganzen Kreises (h Klemmenspannung, I Strom) ist
Im Resonanzfall, wo praktisch nur die reellen Teile zu berücksichtigen sind, ist
Hiernach ergibt sich für diesen Widerstand, wenn R = iol Ohm ist, für den Quotienten
ein Wert von 415,3 Ohrn: Ist hingegen h = 25o ooo Ohrn, so- steigt
auf goo Ohm.
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Die Änderung des Nebenschlußwiderstandes bewirkt also eine Verdoppelung
des Widerstandes für den ganzen Kreis.
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Die Steuerzelle liege an der kapazitiven Blindspannung. Sie soll den
Grenzwert von ioo V mit Rücksicht auf die Steuerzelle nicht überschreiten; dadurch
ergibt sich für den Strom ein zulässiger Maximalwert von & mA und daraus eine
zulässige Klemmenspannung von 3,3 V.
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8 mA sind der Dunkelstrom; der Hellstrom ist -kleiner, er beträgt
-nur 3,15 mA. Am Schalter wirkt die induktive Blindspannung; sie baut das
attraktive Magnetfeld
auf; voraussetzungsgemäß ist sie 5ofach größer
als die Klemrrienspannung K; mitlün wirkt auf den Schalter im Dunkelzustande eine
Leistung von i,32 Watt, im Hellzustande von 0,52 Watt ein. Es ist unschwer
möglich, das Relais derart abzustimmen, daß es bei einem bestimmten, zwischen diesen
beiden Grenzwerten liegenden Zwischenwert anspricht.
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Obwohl im Schalter eine Leistung von durchschnittlich einem Watt frei
wird, wird die Steuerzelle. nur von einer Leistung von io-2 Watt im Dunkelzustande
durchsetzt; der Resonanzkreis ist also einer Verstärkerstufe i : ioo äquivalent.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß eine Einrichtung zur Beeinflussung
eines 'elektrischen Schwingungskreises bekannt ist, bei der der Kapazität eines
Resonanzkreises, insbesondere mit parallel liegender Selbstinduktion, eine lichtelektrische
Zelle parallel geschaltet ist, so daß bei Änderungen-der Belichtung der Zelle der
Schwingungskreis entsprechend beeinflußt wird. Durch diese Beeinflussung sollen
jedoch bei der bekannten Anordnung Änderungen der Frequenz entstehen. Es handelt
sich hier also um ein vom Problem des Erfindungsgegenstandes gänzlich verschiedenes
Problem. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Anzeige von. Licht bekannt, bei der
das Licht auf eine Glimmröhre mit zwei Metallelektroden einwirkt, deren eine als
Spitze und deren andere als Platte ausgebildet ist. Parallel zu der Glimmröhre liegt
ein Kondensator, und beides liegt über einen Widerstand und Windungen eines Transformators
an einer Gleichstromquelle. Die Frequenz der in dieser Schaltung entstehenden Kippschwingungen
steigt bei Verstärkung der Beleuchtung und fällt bei Ver- -minderung der Beleuchtung:
Auch hier ist demnach das der Erfindung zugrunde liegende Problem der Verstärkung
der Einwirkung einer Photozelle auf ein Relais nicht gegeben. Schließlich ist noch
ein bekanntes Wechselstromrelais zu nennen, dessen Wicklung in Reihe mit einer Kapazität
an eine Wechselspannungsquelle gelegt ist. Die Größe dieser Kapazität ist so bemessen,
daß bei einer gewissen Spannung Kippresonanz im Kreise auftritt, bei der der Strom
um einen mehrfachen Betrag ansteigt. Dies wird dazu benutzt, um ein kräftiges Auslösen
des Relais zu erzielen. Auch diese Relaisanordnung hat mit der Erfindung nur das
Merkmal gemeinsam, daß Relaisspulen als Induktivitäten gewisser Resonanzkreise verwendet
werden können.