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Verfahren und Einrichtung zur Fernsteuerung von elektrischen Schaltvorrichtungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernsteuerung von elektrischen
Schaltvorrichtungen: über elektrische Energieverteilungsnetze mittels überlagerter,
tonfrequenter Steuerimpulse, gemäß welchem Verfahren von der Steuerstelle übertragene
elektrische Steuerenergie auf der Empfängerseite in einer Speichervorrichtung gespeichert
wird, worauf die gespeicherte Energie in kürzerer Zeit, als die Aufladung des Speichers
dauerte, zur Betätigung eines Steuerorgans für eine Schaltvorrichtung abgegeben
wird.
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Es sind bereits Steuereinrichtungen bekannt, bei denen zur Auslösung
von Schaltvorgängen auf der Empfängerseite die übertragene elektrische Steuerenergie
vorerst in einem Speicherkondensator gespeichert wird, wobei die gespeicherte Steuerenergie
zur Betätigung des Steuerorgans - vorzugsweise über eine Glimmröhre - erst dann
abgegeben wird, wenn die gespeicherte Steuerenergie einen vorbestimmten Wert erreicht
hat.
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Diese bekannten Steuereinrichtungen sind aber in sogenannten Netzkommandoanlagen,
bei denen die Steuerimpulse in Form überlagerter, tonfrequenter Impulse über das
normale, vorhandene Starkstromnetz vom Sender zu den Empfängern übertragen und bei
denen zur Unterscheidung verschiedener Steuerbefehle Impulsintervall- oder Impulszahlver
fahren angewendet werden, aus folgenden Gründen nicht ohne weiteres anwendbar.
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In Netzkommandoanlagen kann nämlich im Gegensatz zu Fernmeldeanlagen
mit eigenen
Steuerdrähten. nicht mit einigermaßen konstanter Leitungsdämpfung
zwischen Sender und Empfänger gerechnet werden. Dies, weil erstens auf einen Sender
eine Vielzahl von Empfängern fallen, wobei die Leitungsdämpfungen vom Sender zu
den verschiedenen Empfängern ganz verschiedene Werte aufweisen können, und weil
zweitens all diese Leitungsdämpfungen infolge der zeitlich variablen Belastung des
Starkstromnetzes auch zeitlich starb variieren. Es ist daher in, Netzkom-. mandoanlagen
mit sehr bedeutenden Schwankungen des Spannungspegels der Steuerimpulse in den Empfangsapparaten
zu rechnen. Dimensioniert man nun die Dauer eines Steuerimpulses und dessen Spannung
am Sendeort derart, daß derjenige Empfangsapparat, der örtlich am ungünstigsten
gelegen ist (größte Leitungsdämpfung), auch zur ungünstigsten Zeit noch genügend
Steuerspannung erhält, damit sein Speicherkondensator durch einen Steuerimpuls einmal
aufgeladen wird und durch seine Entladung eine einmalige Betätigung eines Steuerorgans
ausführt, dann erhalten andere Empfangsapparate oder sogar derselbe Empfangsapparat
zu einer anderen Zeit so viel Steuerspannung, daß durch einen Steuerimpuls mehr
als eine Aufladung und Entladung des Speicherkondensators stattfinden.
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Dies führt bei Fernsteuerungssystemen, die nach dem Impulsintervall-
oder nach dem Impulszahlverfahren arbeiten, zu Fehlschaltungen, weil durch ein und
denselben Steuerimpuls fälschlicherweise mehr als eine Betätigung des Steuerorgans
bewirkt wird.
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Um diese Fehler zu vermeiden, kann die Entladung des Speicherkondensators
durch einen periodisch zu schließenden Kontakt vorgenommen werden, wobei nach dem
jeweiligen Schließen dieses Kontaktes dafür zu sorgen ist, daß für die Zeitdauer
- eines möglichen Impulsrestes die Speichervorrichtung unwirksam gemacht wird.
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Die periodische Betätigung des genannten Kontaktes zur Einleitung
der Entladung kann durch ein selbsttätiges' Relais oder durch einen ständig laufenden
Elektromotor erfolgen. Die Praxis hat nun gezeigt, daß die letztere Lösung betriebssicherer
ist und weniger materiellen Aufwand braucht. Sie hat aber immer noch den Nachteil,
daß der Elektromotor ständig laufen muß,-wenn die Anlage empfangsbereit sein soll.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet nun diese Nachteile und besteht
darin, daß die auf der Empfängerseite in der Speichervorrichtung gespeicherte Energie
zur Betätigung eines Steuer= organs für die elektrische Schaltvorrichtung nur bei
einem ersten Steuerimpuls einer Impulsserie über ein Schaltelement abgegeben wird,
das diese Abgabe durch sein Ansprechen erst dann erlaubt, wenn die Speicherenergie
einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und daß die Energieabgabe der Speichervorrichtung
nach Empfang des ersten Steuerimpulses, gesteuert durch einen Kontakt, der durch
einen Elektromotor, betätigt wird; periodisch in -vorbestimmten Zeitabschnitten
erfolgt. Die Erfindung bezieht sich ferner -auf eine Einrichtung zur Durchführung
des vorstehenden Verfahrens, bei welcher Einrichtung in dem zwecks Abgabe der gespeicherten
Energie vorübergehend zu schließenden Stromkreis zum Empfang eines ersten Impulses
einer Impulsserie ein erst bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes der Speicherenergie
ansprechendes und dadurch die Abgabe derselben erlaubendes Schaltelement 195 angeordnet
ist, und daß zur Abgabe der gespeicherten Steuerenergie weiterer Impulse ein durch
einen Elektromotor betätigter Kontakt angeordnet ist.
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Mit Vorteil wird dieses Schaltelement als Glimmlampe ausgebildet,
da nach Erreichen der Zündspannung eine solche Lampe so lange zum Leiter wird, d.
h. einen. Stromkreis aufrechtzuerhalten erlaubt, bis die an ihr liegende Spannung
kleiner wird als ihre Löschspannung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen schematischen Schnitt durch den mechanischen Teil
dieses Beispiels und das elektrische Schaltschema hierzu; Fig. 2 bis 5 sind Draufsichten
auf Einzelheiten dieses Beispiels.
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In Fig. i bedeutet 71 eine zweipolige Starkstromleitung, über die
außer ider 5operiodigen normalen Netzspannung- auch die tonfrequenten Steuerimpulse
von einer elektrischen Zentrale zu den einzelnen Abonnenten gelangen. Ein Kondensator
8i bildet zusammen mit einer Spule 82 einen Serienresonanzkreis, der auf die Frequenz
der Steuerspannung abgestimmt ist.
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Ein Gleichrichter 85 richtet ankommende Steuerimpulse gleich und gibt
deren Energie an einen Speicherkonderisator86 ab. In den Stromkreis zur Betätigung
. eines Schaltmagneten- 9i ist eine Glimmlampe 195 eingeschaltet. Erreicht beim
Ankommen eines ersten Steuerimpulses, eines sogenannten Startimpulses, die Spannung
und. damit die gespeicherte Energie des Kondensators 86 einen vorbestimmten Wert,
bei dem dessen Spannung gleich der Zündspannung der Glimmlampe 195 ist, so zündet
die Glimmlampe und wird leitend, so daß sich der Kondensator 86 über sie, den Kontakt
196 - und die Elektromagnetspule 9i' bis auf die Löschspannung der Lampe entladen
kann. Die, Entladung erfolgt schneller als die Aufladung des Kondensators 86. Der
als. Steuerorgan für Schalteinrichtungen 112 bis 118 dienende Elektromagnet 9i zieht
seinen Anker 171 an, und eine Nase i72 gibt eine Welle 124 frei. Diese bewegt sich
unter dem Einfluß einer Druckfeder i74 samt einem Schaltarm 123, einem Zahnrad 175,
einem mit der Nase 172 zusammenarbeitenden Ring 173, einem Kronenrad 177 und einem
Bund 178 nach unten, bis letzterer auf einer Lagerplatte 179 anstößt. Der Anker
171- kann trotz des Abklingens des Entladestromes des Kondensators 86 vorläufig
nicht in seine Ruhelage zurück, da die Nase 172 nunmehr an der zylindrischen Außenfläche
des oberen Teils des Ringes 173 anstößt. Ein am Zahnrad
175 befestigter,
aus Isoliermaterial bestehender Bolzen i99 schließt erstens einen Kontakt 197, wodurch
ein Synchronmotor ioi an die Netzspannung gelegt wird und - zu laufen beginnt, und
zweitens über einen Stift 205 einen Kontakt 198 und schaltet so die Glimmlampe
195 parallel zum Speicherkondensator 86; so daß diese für die weiteren Steuerimpulse
als Spannungsbegrenzer wirkt. Erreicht nämlich die Spannung am Speicherkondensator
86 die Zündspannung der Glimmröhre 195, so zündet diese und entlädt den Speicherkondensator
86 bis zur Löschspannung der Glimmröhre 195. Dies hat zur Folge, daß der auf die
Steuerfrequenz abgestimmte Resonanzkreis 81, 82 stärker gedämpft wird. Die stärkere
Dämpfung verhindert ein allzugroßes Ansteigen der Spannungen an den Klemmen der
Spule 82 und des Gleichrichters 85, wodurch diese Elemente vor Zerstörung durch
zu hohe Spannung geschützt sind. Durch die Entladungen der Glimmröhre 195 wird ferner
auch das Auftreten einer zu hohen und daher schädlichen Spannung am Speicherkondensator
86 vermieden. Der Synchronmotor ioi treibt über ein Schneckenradgetriebe i2o und
eine Welle 170 eine Nockenscheibe 99 und ein Ritzel 183 mit einer Drehzahl von beispielsweise
vier Umdrehungen pro Minute an (eine Umdrehung = 15 Sekunden). Die Kontakte 197
und 198 werden bis auf weiteres geschlossen gehalten, indem eine Nase toi eines
aus Isoliermaterial bestehenden Hebels 2o2 durch eine Druckfeder 203 über
einen dreieckförmigen Abschluß 204 der oberen Feder des Kontaktes 197 geschoben
wird. Der an dieser Feder befestigte Isolierstift 205 hält den Kontakt 198
geschlossen. Die Energieabgabe des Kondensators 86 an den Magneten 9i wird jetzt
durch den Kontakt 87 gesteuert. Der Kontakt 87 wird seinerseits von der Nockenscheibe
99 geöffnet und geschlossen, deren Form und Stellung bei Anlauf des Synchronmotors
in der Fig.4 von unten gesehen herausgezeichnet ist. Unmittelbar nach Anlauf des
Synchronmotors schließt die Nockenscheibe 99 den Kontakt 87 für zwei Drittelumdrehungen,
d. h. während io Sekunden; damit wird verhindert, daß sich der Kondensator 86 durch
den Rest des Startimpulses nochmals laden und damit einen weiteren Steuerimpuls
vortäuschen kann. Nach diesen zwei Drittelumdrehungen öffnet sich der Kontakt 87,
der Speicherkondensator 86 ist nun aufnahmebereit für den nächsten Steuerimpuls
(erster Betätigungsimpuls). Kommt ein solcher, so lädt sich der Kondensator 86 während
der folgenden Drittelumdrehung (5 Sekunden) des Nockenrades 99.
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Unterdessen hat sich die Welle 124 mit dem Schaltarm 123 vor den ersten
zu betätigenden Schalter 112 gedreht (in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet). Ferner
hat das Kronenrad 177 durch Auflaufen eines seiner Zähne auf einen feststehenden
Nocken 185 die Welle 124 mit allen auf ihr sitzenden Teilen wieder so weit gehoben,
daß die Nase 172 des Ankers 171 sich unter dem Einfluß einer Zugfeder 186 wieder
unter den oberen Teil des Ringes 173 schieben konnte. Die Welle 124 bleibt also
vorläufig durch die Nase 172 in der gezeigten Stellung verriegelt, trotzdem durch
Weiterdrehen des Kronenrades 177 nunmehr über dem Nocken 185 eine Zahnlücke zu liegen
kommt.
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Angenommen, der Speicherkondensator 86 sei während der bereits genannten
Drittelumdrehung der Nockenscheibe 99 durch einen Betätigungsimpuls geladen worden,
so entlädt er sich beim Schließen des Kontaktes 87 in im Vergleich zur Ladung kürzerer
Zeit über die Erregerwicklung des Elektromagneten,9i. Der Anker 171 zieht in diesem
vorübergehend sich schließenden Stromkreis an und gibt die Welle 124 frei, so daß
sie sich durch die Druckfeder 174 bis zu dem durch die Scheibe 178 und die Platte
179 bewirkten Anschlag nach unten bewegt. Da die Nase 172 nach Schluß des Entladeimpulses
wieder an der zylindrischen Seitenfläche des oberen Teils des Ringes 173 anstößt,
bleibt die Welle 124 bis auf weiteres unten. Der Schaltarm 123 bewegt sich also
in der unteren Lage (in Fig. i gestrichelt gezeichnet) am Schalter 112 vorbei. Er
dreht dabei eine von drei Speichere 187 und damit auch einen Schaltnocken 188 so
weit in Richtung des in Fig. 5 eingezeichneten Pfeils, bis die Kontaktfeder ii2'
in den nächsten Einschnitt des Schaltnockens 188 hineinfällt, wodurch der Schalter
112 geschlossen wird. Hätte sich der Schalter 112 bereits vorher in der geschlossenen
Stellung befunden, so hätte sich der Schaltarm 123 an der in diesem Falle sich um
6o° in Richtung des eingezeichneten Pfeils weitergedrehten Lage befindlichen Speiche
187 vorbeibewegen können, ohne den Schaltnocken 188 zu drehen; d. h., der Schalter
112 wäre ordnungsgemäß in der geschlossenen Stellung verblieben.
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Nimmt man andererseits an, der Schalter 112 müsse befehlsgemäß geöffnet
werden, so wird während der entsprechenden Zeit kein Betätigungsimpuls gegeben.
Der Speicherkondensator 86 lädt sich also nicht. Beim Schließen des Kontaktes 87
fließt kein Entladestrom durch den Elektromagneten gi. Der Anker 171 zieht nicht
an, die Welle 124 und damit auch der Schaltarm 123 bleiben durch die Nase
172 in ihrer oberen Lage. Befindet sich der Schalter 112 bereits in der geöffneten
Lage (s. Fig. 5), so passiert der Schaltarm 123 vor einer der drei Speichen 189,
ohne den Schaltnocken 188 zu drehen; der Schalter 112 bleibt ordnungsgemäß geöffnet.
Hätte sich der Schalter 112 jedoch in der geschlossenen Stellung befunden, so hätte
der Schaltarm 123 eine der Speichen 189 so weit gedreht, bis die Feder 112' auf
einen Teil des Schaltnockens 188 mit maximalem Radius aufgelaufen wäre, wodurch
sich der Schalter 112 ebenfalls ordnungsgemäß geöffnef hätte.
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Hat der Schaltarm den Schalter 112 passiert, so kommt der nächste
Zahn des Kronenrades 177 in den Bereich des festen Nockens 185 als Gegenhaltung,
so daß die Welle 124, sofern sie sich nicht bereits in der oberen Lage befindet,
wieder in dieselbe hinaufgehoben wird.
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Der Kontakt 87 bleibt nach seinem Schließen zur Auslösung des ersten
Betätigungsbefehls für
den Schalter 11:2 wieder während zweier Drittelumdrehungen
der Nockenscheibe 99 geschlossen und verhindert damit eine nochmalige Ladung des
Speicherkondensators 86 durch den eventuellen Rest des ersten Betätigungssignals.
Eine solche unerwünschte Ladung könnte fälschlicherweise ein zweites Betätigungssignal
vortäuschen und damit zu Fehlschaltungen führen. Während der folgenden Drittelumdrehung
der Nockenscheibe 99 öffnet sich der Kontakt 87. Der Kondensator 86 kann nun durch
ein eventuelles zweites Betätigungssignal zur Einschaltung des Schalters 113 aufgeladen
werden. Der Schaltarm r23 hat sich inzwischen auch bis zum Schalter i 13
gedreht. Die Betätigung desselben erfolgt analog wie für den Schalter 112, beschrieben.
Weiter erfolgt auch dieBetätigung derSchalter 114 bis und mit 118 in gleicher Art
und Weise.
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Hat der Schaltarm 123 alle sieben Schalter passiert und wieder seine
Nullage erreicht, so öffnen sich die Kontakte 197 und 198, und oder Kontakt
196 wird wieder geschlossen. Dadurch wird der Synchronmotor ioi stillgesetzt - und
die Glimmlampe 195 wieder in den Stromkreis zur Betätigung des Magneten 9i eingeschaltet.
Dies geschieht wie folgt: Das Zahnrad 175, das in Fig. 3 herausgezeichnet ist, (von
unten gesehen), besitzt einen keilförmigen Stift Zoo und acht auf einem Kreis angeordnete
Aussparungen 207. Diese Aussparungen entsprechen den sieben Schalterstellungen
und der- Startstellung. Das Zahnrad 175 dreht sich bekanntlich pro Schaltzyklus
einmal herum. Es ist in der Startstellung gezeichnet. In dieser Stellung ragt eiri
an der oberen Kontaktfeder des Kontaktes 197 befestigter Isolierstift 2o6 in die
erste Aussparung 207 des Zahnrades 175 hinein. Da nach Anlauf des Synchronmotors
ioi sich das Zahnrad 175 bei jedem Betätigungsimpuls nach unten bewegt, müssen in
demselben vor jeder Schalterstellung je eine Aussparung 2o7 vorhanden sein, damit
der Stift 2o6 nicht anstößt. Nach einem Umlauf des Zahnrades 175 wird die
Nase toi durch den Stift 2oo von der oberen Kontaktfeder des Kontaktes 197 gelöst,
da die abgeschrägte Fläche des keilförmigen Stiftes Zoo den abgebogenen Teil 202'
des Hebels 2o2 und somit die Nase toi nach rechts verschiebt. Der Kontakt 197 kann
jedoch erst öffnen, wenn der Stift 2o6 in die Aussparung 207 hineingleiten
kann. Dies erfolgt stets etwas später als die Lösung der Arretierung toi, um so
zu gewährleisten, daß sich beim Stillstehen des Synchronmotors ioi der Stift Zoo
bereits wieder vor der Arretierung toi befindet, was zum nächsten richtigen Start
unbedingt notwendig ist.
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Durch das Einschalten einer Glimmlampe in den Stromkreis der Energieabgabe
erübrigt sich ein ständiges Laufen des Elektromotors. Die Glimmlampe übernimmt bis
nach Ankunft des Startimpulses die Kontrolle des Ladezustandes des Speicherkondensators.