DE1138473B - Anordnung zum funkenlosen Schalten von Relaiskontakten - Google Patents

Anordnung zum funkenlosen Schalten von Relaiskontakten

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DE1138473B
DE1138473B DES69896A DES0069896A DE1138473B DE 1138473 B DE1138473 B DE 1138473B DE S69896 A DES69896 A DE S69896A DE S0069896 A DES0069896 A DE S0069896A DE 1138473 B DE1138473 B DE 1138473B
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Germany
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contact
transistor
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switching
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DES69896A
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English (en)
Inventor
Thomas Zueckler
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542Contacts shunted by static switch means

Description

  • Anordnung zum funkenlosen Schalten von Relaiskontakten Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum funkenlosen Schalten von insbesondere hochbelasteten Kontakten bei Relais. Bekanntlich sind derartige Kontakte einem besonders hohen Verschleiß unterworfen, da eine mehr oder minder große Materialwanderung auftritt. Die maximal erreichbare Schaltzahl ist daher gegenüber gering belasteten Kontakten erheblich kleiner.
  • In der Regel werden Kontakte, die betriebsmäßig stark belastet sind, mit Funkenlöschmitteln versehen. Als Funkenlöschmittel haben sich vor allem Kondensatoren, Widerstände und Richtleiter eingebürgert, die einzeln oder in Kombination dem Schaltkontakt oder dem Verbraucher parallel geschaltet werden und die Funkenbildung vermeiden bzw. erheblich herabsetzen sollen. Auch gegengepolte Richtleiter, die vielfach als Ableitzellen bezeichnet werden, kommen als Funkenlöschmitte in Frage.
  • Eine weitere Möglichkeit, um die bei Schaltvorgängen auftretende Funkenbildung zu vermeiden, besteht darin, statt eines einfachen Arbeits- oder Ruhekontakts Folgekontakte vorzusehen, wodurch der Schaltvorgang in zwei Stromschritte unterteilt wird. Beim Schließen des ersten Kontakts erhält dabei die Relaiswicklung durch einen Vorwiderstand zuerst nur einen geringen Strom, und damit wird dieser Kontakt auch nur gering belastet. Erst der zweite Kontakt schaltet den Betriebsstrom ein, wodurch das Relais dann zum Ansprechen gebracht wird. Beim Abschalten des Relais kommen die beiden Stromschritte in umgekehrter Reihenfolge zur Wirkung. Es wird also .auch hier zuerst der Strom auf einen bestimmten Wert herabgesetzt, um dann in der zweiten Schaltphase erst den Stromkreis zu unterbrechen.
  • Wenn auch durch die Verwendung von Folgekontakten die Einzelbelastung jedes Kontakts herabgesetzt wird und sich damit höhere Gesamtschaltzahlen ohne Wartung erreichen lassen, so treten doch auch bei jedem Stromschritt Induktionsspannungen auf, die durch zusätzliche Funkenlöschmittel unterdrückt werden müssen.
  • Ein besonderer Nachteil von Relais mit Folgekontakten ist aber darin zu sehen, daß die Ansprechzeit damit zwangsweise erhöht wird, da beim ersten Stromschritt noch kein Ansprechen des Relais erfolgt.
  • Es ist ferner bereits versucht worden, hochbelastete Kontakte durch elektronische Bauelemente, insbesondere durch Elektronenröhren, gittergesteuerten, gasgefüllten Entladungsröhren oder Transistoren zu ersetzen. Ein mit mechanischen Kontakten vergleichbarer Verschleiß tritt hierbei nämlich nicht auf, es ergibt sich aber der Nachteil, daß der Restwiderstand derartiger als Schalter betriebener elektronischer Bauelemente unter einem bestimmten Mindestwert nicht verkleinert werden kann. Dadurch ist im Verbraucherkreis ein bestimmter Spannungsabfall wirksam, der besonders bei höheren Strömen vielfach störend in Erscheinung tritt. Der bei einem metallischen Kontakt wirksame, nur geringe übergangswiderstand ist mit einem derartigen elektronischen Schaltelement grundsätzlich nicht zu erreichen. Außerdem treten vor allem bei Transistoren oft dadurch Schwierigkeiten auf, daß bei Dauerbetrieb die thermische Belastung zu groß wird und diese wegen der auftretenden Übertemperatur zerstört werden.
  • Die geschilderten Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß der zu entlastende Nutzkontakt durch den Emitter- und Kollektoranschluß eines Transistors überbrückt ist und das Relais einen Hilfskontakt aufweist, der von dem Relaisanker zeitlich vor dem Nutzkontakt geschlossen und nach dem Nutzkontakt geöffnet wird und während seiner Schließungszeit die Basis des Transistors an Spannung legt und dadurch den durch den Transistor gebildeten Überbrückungsweg des Nutzkontaktes leitend macht. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltanordnungen mit Folgekontakten wird hier bereits beim ersten Schaltschritt der Verbraucher eingeschaltet, so daß keine Einschaltverzögerung entsteht. Außerdem sind keine Funkenlöschmittel erforderlich.
  • Auch eine thermische t;Jberlastung des Transistors kann bei dieser Lösung nicht eintreten, da das elektronische Bauelement im wesentlichen nur beim Ein-und Ausschalten während der Schaltphasen belastet wird. Während der Dauer der Kontaktgabe ist die Belastung des elektronischen Bauelements darum so gering, weil der geschlossene Folgekontakt dann im wesentlichen den Nutzstrom führt.
  • Die Tatsache, daß bei dieser Anordnung keinerlei Funken auftreten können, erhöht die ohne Wartung erreichbare Schaltzahl der Kontakte erheblich. Im übrigen lassen sich aus diesem Grund die Kontakthübe des Relais auf ein Minimum verkleinern, so daß für das Relaissystem gutgeschlossene Magnetkreise gewählt werden können, was die Ansprechempfindlichkeit des Relais erhöht.
  • Normalerweise ist der Transistor dem Nutzkontakt dauernd parallel geschaltet, wodurch allerdings auch eine dauernde Sperrbeanspruchung des Transistors eintritt. Außerdem liegt der Sperrwiderstand des Transistors parallel zum geöffneten Kontakt, so daß der Verbraucherkreis nichtvöllig aufgetrennt ist. Um dieseSperrbeanspruchung auf eine kürzereZeitspanne zu begrenzen, und um den Verbraucherkreis ganz aufzutrennen, kann man einen weiteren Hilfskontakt am Relais vorsehen, der den Transistor erst bei Beginn der Ankerbewegung dem Nutzkontakt parallel schaltet.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen, wobei Fig.1 die Anordnung mit einem dem Nutzkontakt dauernd parallel geschalteten Transistor zeigt, während Fig. 2 die Anordnung wiedergibt, bei der die Sperrbeanspruchung des Transistors auf einen kurzenZeitabschnitt begrenzt ist.
  • Gemäß Fig. 1 besitzt die Anordnung ein Relais R mit dem Nutzkontakt r 1 und dem Hilfskontakt r 2. Der Nutzkontakt r1 soll betriebsmäßig den Verbraucher V an die Spannung U legen, wobei unterstellt ist, daß es sich um einen Verbraucher mit großem Leistungsbedarf handelt.
  • Der Nutzkontakt r1 ist durch den Transistor Tr, und zwar durch dessen Emitter- und Kollektoranschluß überbrückt, während die Basis des Transistors an den r2-Kontakt geführt ist. Zur Festlegung des Basispotentials dient ein Widerstand W, der zwischen Basis und Emitter des Transistors geschaltet ist.
  • Wird durch Schließen des Tastschalters T die Wicklung des Relais R erregt und der Anker angezogen, so schließt zuerst der r 2-Kontakt und damit wird die Basis des Transistors an Spannung gelegt, wodurch der Transistor Tr leitend wird. Dadurch fließt der zu schaltende Strom bereits über den Transistor, und der metallische Kontakt (Nutzkontakt r l) hat lediglich die Aufgabe, den Restwiderstand des Transistors kurzzuschließen. Der Transistor Tr wird dabei im wesentlichen nur für den Einschaltaugenblick thermisch belastet, und zwar so lange, bis der Relaisanker während seiner Anzugsbewegung auch den Nutzkontakt r 1 schließt. Für die Dauer der Kontaktgabe führt dann. der Nutzkontakt den überwiegenden Teil des Verbraucherstroms.
  • Soll der Stromkreis zum Verbaucher V unterbrochen werden, so wird nach Öffnen der Taste T die Wicklung des Relais R stromlos und der Relaisanker nimmt wieder die in der Fig. 1 dargestellte Ruhelage ein. Dies erfolgt jedoch ebenfalls wieder in zwei Schaltphasen. Zuerst wird der Nutzkontakt r1 geöffnet, während der Transistor Tr den vollen Schaltstrom übernimmt. Erst nach Öffnen des Hilfskontakts r 2 wird der Transistor hochohmig und sperrt dann den Stromfuß zum Verbraucher V. In Fig.2 ist gezeigt, wie man die Sperrbeanspruchung des Transistors durch Verwendung eines weiteren Hilfskontakts verkleinern kann. Während bei der beschriebenen Anordnung der Transistor dauernd dem Nutzkontakt r 1 parallel geschaltet ist, erfolgt dies hier erst dann, wenn die Wicklung des Relais R erregt wird und die Ankerbewegung bereits eingesetzt hat.
  • Die Kontakte, die man auch als Folgekontakte bezeichnet, werden hier in der Reihenfolge r3, r2 und r1 geschlossen. Damit wird erreicht, daß bei Beginn der Ankerbewegung zuerst über den r3-Kontakt der Transistor Tr den Nutzkontakt r1 überbrückt und damit erst von diesem Augenblick an die Sperrbeanspruchung des Transistors wirksam ist. Bei der weiteren Ankerbewegung wird dann der r2-Kontakt geschlossen und damit der Transistor leitend, wodurch der Verbraucher V an die Spannung U gelegt wird. Erst dann schließt der Nutzkontakt r 1 und übernimmt für die Dauer der Kontaktgabe den größten Teil des Verbraucherstroms.
  • Naturgemäß ist eine derartige Anordnung nicht auf die Verwendung für Relais beschränkt, sondern es können damit auch andere Schaltanordnungen aufgebaut werden, bei denen es auf einen möglichst geringen Verschleiß der metallischen Schaltkontakte ankommt. So lassen sich nach dem gleichen Prinzip mechanische Kontaktwechselrichter aufbauen, für deren guten Wirkungsgrad es besonders günstig ist, wenn bei großer Verschleißfestigkeit die Kontaktwiderstände klein sind.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zum funkenlosen Schalten von insbesondere hochbelasteten Kontakten bei Relais, dadurch gekennzeichnet, daß der zu entlastende Nutzkontakt (r1) durch den Emitter-und Kollektoranschluß eines Transistors Jr) überbrückt ist und das Relais (R) einen Hilfskontakt (r2) aufweist, der von dem Relaisanker zeitlich vor dem Nutzkontakt geschlossen und nachdem Nutzkontakt geöffnet wird und während seiner Schließzeit die Basis des Transistors (Tr) an Spannung legt und dadurch den durch den Transistor gebildeten Überbrückungsweg des Nutzkontaktes (r1) leitend macht.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß der Transistor (Tr) dem Nutzkontakt (r1) dauernd parallel geschaltet ist (Fig. 1).
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Hilfskontakt (r3) des Relais (R) den Transistor erst bei Beginn der Ankerbewegung dem Nutzkontakt (r1) parallel schaltet (Fig. 2).
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Basis und Kollektor des Transistors Jr) liegender Widerstand (W) zur Festlegung des Basispotentials dient. In Betracht gezogene Druckschriften: H. Petzoldt, »Das Fernmelderelais und seine Schaltungen«, 1951, Akademische Verlagsgesellschaft Leipzig, S. 22-23. Zeitschrift »Elektro-Anzeiger« vom 16.1.1954, Nr. 2/3, S. 11 bis 13.
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