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Elektromagnetisches Relais
Es ist bekannt, Schaltungsanordnungen mitHalbleiterelementen aufzubauen, die elektrisch steuerbar sind. Als derartige Halbleiterelemente haben sich vor allem Transistoren und steuerbare Dioden eingebürgert, die vielfach auch als elektronische Relais bezeichnet werden. Unter diesem Sammelbegriff hat man alle als Schalter wirkenden Bauelemente zu verstehen, welche die gewünschten Schaltvorgänge ohne mechanisch bewegte Teile ausführen. Der besondere Vorteil derartiger elektronischer Relais ist also darin zu sehen, dass sie keine mechanisch bewegten Kontakte besitzen, die einem von der Schaltzahl abhängigen Verschleiss unterliegen.
Bekanntlich ist die betriebsmässige Lebensdauer elektromagnetischer Relais nur dadurch beschränkt, weil die Kontaktanordnung nach einer bestimmten Zahl von Schaltspielen versagt, während das eigentliche Relaissystem aber noch völlig intakt ist. Allerdings müssen die Vorteile, die sich durch Verwen- dung bekannter elektronischer Relais in Form von elektrisch steuerbaren Halbleiterelementen ergeben, jedoch durch besondere Nachteile erkauft werden. So ist im Nutzstromkreis wegen der gleichrichtenden Wirkung der meisten elektronischen Relais in der Regel nur eine Stromrichtung möglich. Ausserdem ist der Steuerstromkreis und der Nutzstromkreis elektrisch nicht voneinander trennbar.
Die galvanische Verbindung zwischen Steuer- und Nutzstromkreis führt dazu, dass hinsichtlich des zu schaltenden Ver-
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mechanisch bewegten Kontakte auf, sondern die Kontaktauslösung erfolgt ruhend. Daher tritt beider Kontaktgabe auch kein mechanischer Verschleiss auf und sie ist auch nicht von Umweltbedingungen abhängig. Dies ist zwar auch bei elektronischen Relais der eingangs näher erläuterten Art der Fall, doch die bei diesen Relais auftretenden Nachteile treten beim erfindungsgemässen Relais nicht in Erscheinung.
Vor allem ist durch das Vorhandensein eines Elektromagnetsystems mit einer in einem grossenBereich frei wählbaren Steuerwicklung eine vielseitig anwendbare galvanische Trennung zwischen dem Eingangskreis und dem Nutzstromkreis vorhanden, so dass sich eine optimale Anpassung an die Steuerspannung ergibt. Auch ist die Widerstandsänderung im angeschlossenen Nutzstromkreis nicht vom Steuerstrom des Relais abhängig, sondern bei gegebener räumlicher Anordnung nur von der beliebig festlegbaren Feldstärke des die Widerstandserhöhung bewirkenden und am Anker befestigten Dauermagneten.
Femer entsteht auch bei langsamer Änderung des Steuerstromes durch die erst bei einem bestimmten Erregerstrom auftretende Ankerbewegung des Relais eine Kippcharakteristik für den Nutzstromkreis. Die erfindungsgemässe Lösung zeigt im übrigen einen einfachen und billigen Weg zur Herstellung vonkontaktlos arbeitenden Relais als Massenartikel, für die ein steigender Bedarf besteht. Trotz weitgehender Kenntnis der physikalischen Zusammenhänge wurde bisher die erfindungsgemässe Lösung von der Fachwelt nicht angewendet, trotzdem dieses technische Gebiet eine grosse Bedeutung besitzt.
Ob es sich beim elektromagnetischen Relais um eine neutrale Ausführung oder um ein gepoltes System handelt, ist für die Anwendung der Erfindung gleichgültig. Während bei einem neutralen System in der Regel nur die Einschaltstellung im Nutzstromkreis erkennbar ist, sollen bei einem gepolten System meist mehrere Betriebsstellungen elektrisch erfasst werden. Eine zweckmässige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Elektromagnetsystem zum Erreichen eines gepolten Betriebsverhaltens eine Vormagnetisierung aufweist. Werden mehrere auswertbare Arbeitsstellungen gefordert, so ist diesen Arbeitsstellungen jeweils ein gesonderter Halbleiter zugeordnet. Gegebenenfalls kann auch für die Ruhestellung des Ankers ein Halbleiter vorgesehen werden.
Zweckmässigerweise werden die Halbleiter in je einen Eingangskreis eines elektromagnetischen oder elektronischen Relais einbezogen und bei Sperrung des jeweiligen Halbleiters der zugeordnete Ausgangsstromkreis geschlossen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, wobei die Zeichnung in vereinfachter Darstellung ein gepoltes Relais nach der Erfindung zeigt.
Von einer nicht dargestellten Halterung werden die einzelnen Bauteile des in der Zeichnung gezeigten gepolten Relais getragen, wobei es sich im wesentlichen um den Erregerteil, den Teil zur Vormagnetisierung und den Kontakteil handelt. Die Vormagnetisierung des Relais wird durch einen unter dem Anker -1- angebrachten Dauermagneten -2- erreicht. Den Erregerfluss erzeugt die betriebsmässig stromdurchflossene Erregerwicklung-3-, die einen meist lamellierten Eisenkern-4-be- sitzt. Dauerfluss und Erregerfluss überlagern sich im wesentlichen in den Arbeitsluftspalten --5a und 5b-.
Der Anker des Relais hat seinen Drehpunkt-6-an einer nicht dargestellten Torsionsfeder, die in der
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der Dauerfluss in dem einen Luftspalt geschwächt und im andern Luftspalt verstärkt, so dass der An- ker-l-nach der Seite des stärkeren Flusses umlegt. Auf diese Weise wird die Bewegung des An- kers -1-- von der Richtung des Steuerstromes in die Erregerwicklung --3-- abhängig gemacht.
Damit entstehen für den Anker-l-, entsprechend der Stromrichtung in der Erregerwicklung -3-, zwei Endstellungen, die in der Regel durch besondere Anschläge definiert sind. In diesen Endstellungen des Ankers-1-istderDauermagnet --7--entweder dem Halbleiter -8b- oder, dem Halbleiter-8cam nächsten.
Magnetisch steuerbareHalbleiter sindbekanntlichZweipole mit grosser Elektronenbeweglichkeit und bestehen vorzugsweise aus Indiumantimonid mit metallischen Einschlüssen. Nähert man einem derartigen Halbleiter einen Dauermagnet, so nimmt durch das auf ihn wirkende Magnetfeld sein Widerstand zu.
Dies gilt in gleicherweise für beide Polaritäten des Magnetfeldes. Es besteht dabei zwischen dem wirksamen Magnetfeld und dem durch den Halbleiter fliessenden Strom Linearität, so dass der Halbleiter als steuerbarer ohmscher Widerstand aufzufassen ist. Da derartige Halbleiter, die auch als Feldplattenbezeichnet werden, extrem kleine Abmessungen besitzen und auch der Träger oft nur eine Dicke von etwa 0,5 mm aufweist, können diese ohne weiteres statt mechanischer Kontakte untergebracht werden
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und vergrössern dabei nicht das Bauvolumen üblicher elektromagnetischer Relais bzw. deren Kontaktanordnungen. Um eine Kontaktvervielfachung zu erreichen, können den einzelnen Betriebsstellungen eines Relais auch mehrere Halbleiter dieser Art zugeordnet werden und sind dabei vom gleichen Dauermagneten steuerbar.
Die Erfindung ist naturgemäss nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann man zum Erreichen einer Ankerbewegung statt eines elektromagnetischen Antriebssystems ebenso ein System wählen, das elektrodynamisch, elektrostatisch, elektrothermisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv arbeitet.
Gerade bei den genannten Antriebssystemen ist die erreichbareKontaktkraft vielfach so gering, dass ein mechanischer Abgriff betriebsmässig schwierig zu verwirklichen ist. Bei Anwendung der Erfindung reicht bereits die freie Einstellung des Ankers zur Steuerung des Nutzstromkreises aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Relais mit von einem Elektromagnetsystem gesteuerten Dreh- oderKippanker, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem der Schaltauslösung dienenden Ende (la) des Ankers (1) ein Dauermagnet (7) befindet und die Schaltstrecke des Relais durch einen magnetisch steuerbarenHalbleiter aus Indium-Antimonid in Verbindung mit metallischen Einschlüssen mit spontaner Widerstandsänderung bei Änderung des ihn beeinflussenden magnetischen Feldes gebildet ist, wobei sich der Dauermagnet (7) in der zugeordneten Arbeitsstellung des Relais in der Nähe des Halbleiters befindet und diesen sperrt.