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Milliamperesekundenrelais, insbesondere für kurzzeitigen Stromverlauf
Es ist vielfach erwünscht, besonders bei Betrieb von Röntgenröhren das Produkt von
Strom und Zeit zu messen oder in einem Relais zur Wirkung zti bringen, das bei einem
bestimmten Betrage dieses Produktes Schaltungen veranlaßt. In der Regel handelt
es sich hierbei um verhältnismäßig geringe Stromstärken, die daher in Milliampere
gemessen werden, und kurze Zeiten; denn für I,ingere Zeiten würde bei Konstanthalten
des Stromes mittels Milliamperemeters die Verwendung einer Uhr oder eines Zeitrelais
ausreichen.
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Für diese Aufgabe läßt sich, wie auch bereits geschehen ist, ein Motorzähler
verwenden, der grundsätzlich gebaut ist wie ein Amperestundenzähler in Netzanschlüssen.
In der Hauptsache besteht ein solcher Zähler aus einem Motor, mit dessen Anker eine
Bremsscheibe verbunden ist, auf die ein Dauermagnet wirkt, um für jede Stärke des
den Zähler durchfließenden Stromes eine bestimmte Geschwindigkeit des Ankers zu
erzielen. Der vom Anker zurückgelegte Drehwinkel ist infolgedessen proportional
dem Produkt von, Stromstärke und Zeit, sofern angenommen wird, daß der Anker des
Zählers die ihin jeweils zukommende Geschwindigkeit sofort erreicht. Dies ist nun
infolge des Trägheitsmomentes der bewegten Teile nicht der Fall. Der Anker braucht
immer eine gewisse Zeit zum Anlauf. Gleichwohl entstehen hierdurch bei Messung von
Belastungsstößen keine Fehler, da, der durch das Zurückbleiben des Ankers fehlende
Betrag durch die Drehung beim Auslauf gedeckt wird, selbst wenn der Anker die der
Stromstärke entsprechende Geschwindigkeit nicht erreichen konnte. Bei Verwendung
des Motorzählers als Relais, wobei nach Erreichen eines bestimmten Wertes des Produktes
von Stromstärke und Zeit Unterbrechung des Stromkreises veranlaßt werden soll, findet
aber kein Ausgleich des durch den Anlauf entstehenden Fehlers statt. Dieser ist
ziemlich beträchtlich und bei kurzen Zeiten von Bruchteilen einer Sekunde etwa eben
so groß wie der Meßwert selbst.
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Erfin:dtmgsgemäß werden die beschriebenen Nachteile vermieden, indem
:das Prinzip des Motorzählers, die Umwandlung der Stromstärke in eine bestimmte
Drehgeschwindigkeit des Ankers, verlassen und der das Laufwerk bildende Motor derart
ausgebildet wird, daß seine, Anlaufzeit länger ist als die längste Dauer der zu
messenden Ströme. Dies wird erreicht, wenn dem Trägheitsmoment und ,der Dämpfung
der bewegten Teile solche Werte gegeben werden, :daß die Dämpfung gegenüber dem
Trägheitsmoment zu vernachlässigen ist. Je nachdem nun das Drehmoment,
das
auf den Anker ausgeübt wird, proportional dem Meßstrom ist oder proportional dem
Quadrat des Stromes, ist die Drehgeschwindigkeit oder der Drehwinkel ein Maß für
das Produkt von Strom und Zeit.
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Bezeichnet man mit co die Drehgeschwindigkeit, mit D das Drehmoment,
das auf den Anker des Motors ausgeübt wird, mit dco das Bremsmoment, so daß d den
Dämpfungsfaktor darstellt, mit O das Trägheitsmoment, mit u den Drehungswinkel und
mit t die Zeit, so gilt die Beziehung
Durch Integration nach der Zeit t ergibt sich
Bei normalen Motorzählern wird d möglichst groß und O möglichst klein gemacht. Das
erste Glied der Gleichung wird mit der Zeit rasch so klein, daß das Produkt von
Drehtnoment und Zeit proportional dem Drehwinkel ist. Nach der Erfindung soll nun
umgekehrt 8 so klein und O so groß gemacht werden, daß Ö a gegenüber Q
vernachlässigt werden kann. In der Gleichung kann dann das zweite Glied fortgelassen
werden, ohne daß ein merklicher Fehler entsteht. Es gilt also die Beziehung
Bei nochmaliger Integration ergibt sich
Ist das Drehmoment proportional der Stromstärke wie bei dem Laufwerk eines Magnetmotorzählers,
so ist nach Gleichung (i) das gesuchte Produkt von Stromstärke und Zeit proportional
der Drehgeschwindigkeit des Laufwerkes. Ist hingegen das Drehmoment proportional
dem Ouardrat des Meßstromes, wie z. B. bei Laufwerken nach Art der in' dynamometrischen
Zählern benutzten, so ist nach Gleichung (2) das gesuchte Produkt von Stromstärke
und Zeit proportional der Quadratwurzel aus dem Drehwinkel, so daß man den Winkel
als Maß benutzen kann.
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Im ersten Fall muß mit dem Anker ein Geschwindigkeitsmesser verbunden.
werden. Beispielsweise kann man einen auf dem Zentrifugalprinzip beruhenden Geschwindigkeitsmesser
auf die Welle aufsetzen und diesen mit den Kontakten versehen. In besonderen Fällen
genügt die Messung der Klemmenspannung am Zähleranker, nämlich dann, wenn ein Gleichstrommotor
mit permanentem Feld verwendet wird. Bei einem solchen ist die Klemmenspannung des
Ankers nahezu proportional der Drehgeschwindigkeit. Zweckmäßig kann als Spannungsrelais
in an sich bekannter Weise eine Glimmlampe benutzt werden, die bei einem bestimmten
Spannungsbetrage anspricht und dadurch einen Auslösestromkreis schließt.
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Im zweiten Fall dient, wie bereits erwähnt, ,der Drehwinkel als Maß,
und es wird ein Meßwerk benutzt wie in Elektrodynamometern, Dreheisen- und Hitzdrahtgeräten,
nur mit dem Unterschied, daß die Richtfedern fortgelassen sind. Es ist dafür zu
sorgen, daß die beweglichen Teile immer wieder von einer Anfangslage ausgehen. Das
ist bei Hitzdrahtgeräten ohne weiteres der Fall. Bei den anderen Meßwerken kann
eine schwache Rückstellfeder oder eine elektrische Aufzugsvorrichtung vorgesehen
werden. Die Abbildungen stellen ein solches Beispiel ,dar. Abb. i zeigt ein Milliamperesekundenrelais
mit Dreheisenmeßwerk in Seitenansicht, Abb.2 einen Querschnitt längs der Ebene A-B
von oben gesehen. Der Anker a ist ein in Spitzen gelagertes Weicheisenstück besonderer
Form. Er ist gestrichelt in der Anfangsstellung, ausgezogen in der Endstellung dargestellt.
Dieser Anker steht unter dem Einfluß von zwei Erregerspulen s1, s2. Unter ihrem
Einfluß bewegt sich der fast ungedämpfte Anker aus der gestrichelt in die ausgezogen
dargestellte Lage. In der letzten schließt er durch Berühren der Bürsten b1, b,
einen Auslösestromkreis. Mit r
ist der Aufzugsmagnet bezeichnet. Er besteht
aus einem Eisenkern e, auf dem die Spule s aufgewickelt ist. Durch Einschalten dieser
Spule, das nach jedem Ansprechen .des Relais erfolgen muß, wird der Eisenanker a
aus seiner Querstellung weiter herumgedreht, bis er wieder in die Anfangslage gelangt.