DE1154870B - Elektromagnetisch gesteuertes Schaltgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltgeräte, bei denen ein Magnetfeld zur Betätigung eines Schaltkontaktes benutzt wird.

Eelektromagnetisch gesteuerte Schalter, gewöhnlich Relais genannt, werden in großer Zahl in Fern-Sprechanlagen und auf vielen anderen Gebieten benutzt. Die Relais genügen der an einen Schalter zu stellenden Hauptanforderung, sie weisen nämlich ein hohes Widerstandsverhältnis zwischen der Offen- und der Schließstellung auf.

Die Entwicklung von Fernsprechanlagen führt zu immer größerer Betriebsgeschwindigkeit. Die kleinste Ansprechzeit bekannter Relais ist jedoch bestenfalls tausendmal größer als die Länge der Impulse, die Elektronenröhren und Halbleitereinrichtungen in elekironischen Anlagen steuern. Es ist bereits nach Ersatz für Relais gesucht worden, um die bei Steuerung durch elektronische Signalverfahren geforderten Betriebsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Bis jetzt ist jedoch ein solcher Ersatz, der die Vorbedingungen für einen Schalter erfüllt und so einfach, robust und preiswert wie ein Relais ist, nicht verfügbar gewesen.

Auf der anderen Seite sind auch schon Relais in elektronischen Schaltnetzwerken benutzt worden, in denen auf elektronische Impulse ansprechende Elemente nachgeschaltete Relais steuern. Dadurch wird aber die Schaltung wesentlich komplizierter und teurer. Es ist deshalb ein Relais erwünscht, das mechanische Schaltoperation mittels elektronischer Steuerverfahren ermöglicht, ohne den üblichen Relaisaufbau zu komplizieren.

Die Erfindung will Schaltgeräte verfügbar machen, die insbesondere auf sehr kurze elektronische Schaltsignale ansprechen. Die Erfindung will ferner einen billigen und zuverlässigen elektromechanischen Schalter schaffen, der als Verbinder in Schaltnetzwerken einer elektronischen Schaltanlage eingesetzt werden kann. Der Schalter soll ferner in einer Matrixanordnung eingesetzt werden können, bei der die Elementenauswahl durch eine koinzidierende Koordinatensteuerung erfolgt.

Die Erfindung will ferner einen Schalter verfügbar machen, der sich selbst verriegelt, so daß ein Haltestrom nicht mehr erforderlich ist, wenn der Schalter einmal betätigt wurde.

Ausgehend von elektromagnetisch gesteuerten Schaltgeräten mit einem bistabilen, remanenten Magnetglied und einer mit diesem gekoppelten, magnetisch betätigbaren Kontakteinrichtung empfiehlt die Erfindung, daß das Magnetglied so ausgebildet ist, daß wahlweise ein erster geschlossener Flußweg Elektromagnetisch gesteuertes Schaltgerät

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. Juli 1959

(Nr. 824223, Nr. 824224 und Nr. 824222)

Alexander Feiner, New York, N. Y.,

Clarence Anding Lovell, Summit, N. J.,

Terrell Nicholson Lowry und Philip Gehr Ridinger,

Boonton, N. J. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

über das Magnetglied oder ein zweiter geschlossener Flußweg über das Magnetglied und die Kontakteinrichtung verläuft, daß zur Erzeugung der Steuerflüsse zwei Wicklungen wahlweise erregt werden und daß bei Erregung der einen Wicklung ein remanenter Magnetisierungszustand in dem zweiten Flußweg hervorgerufen wird, der das Kontaktpaar schließt, und bei Erregung der anderen Wicklung ein remanenter Magnetzustand in dem ersten Flußweg hervorgerufen wird, der die Öffnung des Kreises zur Folge hat.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert ein bistabiles, remanentes Magnetglied, das auf elektronische Impulse hoher Geschwindigkeit anspricht, direkt einen magnetisch betätigbaren mechanischen Schalter. Vorteilhafterweise besteht der mechanische Schalter aus einem Vakuum-Zungenschalter bekannter Art mit zwei magnetisch betätigbaren beweglichen Kontakten, und das Magnetglied besteht aus einem Material, das zwei stabile remanente Magnetisierungszustände hat. Ein ge-

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schlossener Flußweg ist zwischen dem Schalter und gnetisch permeabler Glieder mit den Enden eines dem bistabilen Magnetglied über magnetisch per- Zungenschalters verbunden. Die magnetisch permemeable Glieder aus einem Material mit geringem ablen Glieder besitzen einen niedrigen magnetischen

magnetischem Widerstand vorgesehen. Widerstand, so daß der maximal mögliche Fluß zum

Die hier benutzten bekannten Zungenschalter be- 5 Schalter geleitet wird, wenn an den Enden der Platte stehen im wesentlichen aus zwei Blattfedern aus ungleichnamige magnetische Pole hervorgerufen magnetischem Material, die frei tragend an den werden. Dazu sind zwischen Platte und Schalter beiden Enden eines vakuumdichten Glasgefäßes an- Querleiter angeordnet. Zur Löschung der Magnetgeordnet sind. Die Blattfedern überlappen sich und pole verlaufen andere Leiter durch die Öffnung der bilden die Kontakte des Schalters. Gleichzeitig wirken io Platte auf einander entgegengesetzten Seiten des sie als Relaisanker, entsprechend dem durch die Schalters.
Federn verlaufenden Magnetfluß. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin-

Das Magnetglied hat eine solche Koerzitivkraft, dung besteht das bistabile, remanente Magnetglied daß es im wesentlichen magnetisiert bleibt, nachdem aus zwei Ferritstäben, die miteinander und mit dem das Magnetisierungsfeld weggenommen ist. Darüber 15 zugehörigen Zungenschalter über magnetisch permehinaus sind die Richtung und die Größe der Ma- able Mittel verbunden sind. Die Leiter sind hier eingnetisierung von der Richtung und der Größe des zein um die Ferritstäbe gewickelt.
Magnetisierungsfeldes abhängig, so daß das Material Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Ereine Anzahl stabiler remanenter Magnetisierungszu- findung sind zwei Zungenschalter gemeinsam mit stände besitzt. Die sogenannten Ferrite zeigen diese 20 zwei Ferritstäben vorgesehen, so daß die Schalter Eigenschaften und werden daher zweckmäßigerweise gemeinsam durch den Flußzustand der Stäbe gesteuert bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden. Die Stäbe und Schalter sind an ihren entbenutzt. Es ist bekannt, daß der remanente Magneti- sprechenden Enden miteinander fest verbunden durch sierungszustand eines Ferrits durch Impulse mit einer Mittel, die sowohl isolieren als auch magnetisch Dauer von etwa einer Mikrosekunde eingestellt 25 permeabel sind. Das wird durch einen Kunststoffwerden kann. binder erreicht, in dem sehr feine Partikeln eines ma-

Das bistabile remanente Magnetglied kann aus gnetischen Materials eingebettet sind. Damit können zwei Zweigen bestehen, die durch eine längliche sowohl die Ferritstäbe als auch die Anschlüsse der Öffnung getrennt sind und an ihren korrespondieren- Zungenschalter direkt befestigt werden,
den Enden zusammengefügt sind. Diese Anordnung 30 Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen die erlaubt es, den remanenten Magnetisierungszustand Steuerleiter aus zwei Wicklungen, wovon eine um der einzelnen Zweige getrennt festzulegen. Es können einen einzelnen Ferritstab und die andere um beide ferner die remanenten Magnetisierungszustände der Ferritstäbe gewickelt ist. Diese Anordnung bringt den beiden Zweige in der gleichen Richtung eingestellt Vorteil mit sich, eine Koinzidenz-Koordinatensteuewerden. Damit werden an den Enden des bistabilen 35 rung vorzusehen. Das ist besonders in großen Matrix-Magnetgliedes ungleichnamige magnetische Pole er- anordnungen erwünscht, wie sie häufig in Fernzeugt, so daß der Fluß durch den äußeren Magnet- sprech-Schaltnetzwerken vorhanden sind. Eine solche kreis verläuft und damit die zugehörigen Schalter- Steuerung besteht in der Auswahl eines bestimmten kontakte geschlossen werden. Alternativ können die Relais der Matrix in der Weise, daß Signale an ausremanenten Magnetisierungszustände der beiden 40 gewählte Koordinatenleiter der Matrix angelegt wer-Zweige einander entgegengesetzt eingestellt werden, den, so daß nur das Relais, das an diese ausgewählten wobei der Fluß innerhalb des Magnetgliedes ver- Leiter angeschlossen ist, eine genügende Magnetisieläuft. In diesem Falle sind die Zungenkontakte frei- rungskraft erhält, die eine Umkehr des remanenten gegeben, da kein äußerer Fluß auf sie einwirkt. Magnetisierungszustandes zur Folge hat.

Bei dem bistabilen Magnetglied sind Leiter ange- 45 Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfinordnet, um die einzelnen remanenten Magnetisie- dung besitzt ein einzelnes Ferritglied zwei Wicklunrungszustände der beiden Zweige einzustellen. Kurze gen, die einzeln auf getrennte Längsabschnitte ge-Stromimpulse erzeugen ein Magnetfeld, durch das wickelt sind. Die Länge dieses Ferritgliedes ist so auf die gewünschte Flußverteilung in einer bestimmten die Querabmessungen abgestimmt, daß die Längs-Zeitspanne hergestellt wird, die wesentlich kleiner ist 50 abschnitte einzeln unter dem Einfluß der in den entals die Ansprechzeit des zugehörigen Schalters. Die sprechenden Wicklungen hervorgerufenen Magnet-Schalterkontakte sprechen dann nach einer bestimm- felder magnetisierbar sind. Die Klemmen von zwei ten Zeitspanne auf den Flußzustand an. Dieser Fluß- magnetischen Zungenschaltern sind an die Enden des zustand bleibt bestehen, bis er durch nachfolgende Ferritstabes über magnetisch permeable Jochteile Stromimpulse geändert wird. Die Ansprechzeit des 55 angeschlossen, die so geformt sind, daß der magne-Ferrits ist viel kleiner als die Ansprechzeit des zu- tische Kreis bis etwa in die Mitte des Stabes vergehörigen Schalters, so daß gewünschtenfalls der längert ist. Diese Jochteile, die dazu dienen, einen Flußzustand des Relais vielmals geändert werden Weg mit geringem magnetischem Widerstand zu kann, ehe der Schaltzustand beeinflußt wird. Dieses schaffen, können aus irgendeinem geeigneten Mate-Merkmal kann vorteilhafterweise benutzt werden, 60 rial hoher Permeabilität bestehen,
um beispielsweise die Auswahl bestimmter Relais Da der Ferritstab abschnittweise getrennt magnetiin einer Relaisanordnung zu vereinfachen, wie sie sierbar ist, können remanente Magnetisierungsin Fernsprech-Schaltanlagen vorhanden sind. zustände gleicher oder entgegengesetzter Polarität in

Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel der den einzelnen Abschnitten eingestellt werden. Ferner Erfindung besteht das bistabile, remanente Magnet- 65 kann der magnetische Zustand des Stabes umgekehrt glied aus einer Ferritplatte mit einer länglichen mitt- werden, indem ein Signal an nur eine Wicklung anleren Öffnung, die die beiden Zweige der Platte gelegt wird. Wenn die Abschnitte des Stabes in der trennt. Die beiden Enden der Platte sind mittels ma- gleichen Richtung magnetisiert sind, werden an den

Enden des Stabes ungleichnamige Magnetpole hervorgerufen. Dann verläuft der Magnetfluß durch den äußeren magnetischen Weg über die Zungenschalter, so daß deren Kontakte geschlossen werden. Wenn die Abschnitte einander entgegengesetzt magnetisiert sind, entstehen an den Enden des Stabes gleichnamige Magnetpole. In diesem Fall verläuft nur ein geringer oder gar kein Fluß durch die Schalter, und die Schalterkontakte werden von den federnden Zungen geöffnet. Das Öffnen der Schalterkontakte wird durch den Streufluß unterstützt, der aus der Mitte des Ferritstabes austritt. Die Kontakte beider Zungenschalter werden gemeinsam gesteuert. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht also die Steuerung von zwei unabhängigen Stromwegen mittels eines einzelnen remanenten Magnetgliedes.

Bei einer Abänderung dieses Ausführungsbeispiels ist in der Mitte des Ferritstabes ein seitlich sich verbreiternder Teil vorgesehen. Dadurch wird dem magnetischen Fluß ein Weg zur Verfügung gestellt, dessen Widerstand kleiner ist als der des Weges für den Streufluß, der in der Mitte des Stabes austritt. Das Öffnen der Schalterkontakte wird also dadurch verbessert.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Hohlzylinder aus Ferrit vorgesehen, der über magnetisch permeable Glieder mit den Enden eines magnetischen Zungenschalters verbunden ist. Eine Betätigungswicklung ist um den Ferritzylinder gewickelt, während eine Freigabeleitung durch den Zylinder führt, um die Steuerung mittels elektronischer Stromimpulse zu ermöglichen.

Der Ferritzylinder aus einem Material mit mehreren stabilen remanenten Magnetisierungszuständen kann durch kurzzeitige Impulse durch die Betätigungswicklung in beliebiger Richtung in einen dieser Zustände eingestellt werden. Die so eingestellten remanenten Magnetisierungszustände rufen ungleichnamige magnetische Pole an den beiden Enden des Zylinders hervor, die wiederum einen magnetischen Fluß über den Zungenschalter bewirken, so daß die Schalterkontakte innerhalb der normalen Ansprechzeit des Schalters geschlossen werden.

Wird durch die Löschleitung, die axial durch den Zylinder geführt ist, ein Strom beliebiger Richtung geschickt, so ruft dieser einen Magnetisierungszustand in dem Ferrit hervor, bei dem der Fluß kreisförmig in dem Zylinder quer zu seiner Achse verläuft und nicht durch den Schalter. In diesem Zustand des Ferritzylinders ist der Schalter offen.

Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können so angeordnet werden, daß sie mittels koinzidierender Signale gesteuert werden, indem bifilare Wicklungen bekannter Art benutzt werden und jede Hälfte einer gewählten Schaltanordnung mit Signalen halber Amplitude betrieben wird. Diese Anordnungen können in Schaltmatrizen benutzt werden, wobei die Auswahl eines vorgegebenen Relais mittels koinzidierender Koordinatensteuerung bewirkt wird.

Die Erfindung soll an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert werden; in der Zeichnung zeigen

Fig. IA und IB verschiedene Flußzustände in Teilen der Ausführungsformen nach Fig. 2, 3 und 4,

Fig. 2, 3, 4 und 5 verschiedene spezielle Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 6 A und 6 B schematisch verschiedene Flußzustände in den Ausführungsformen nach Fig. 5 und 7, Fig. 7 und 8 zwei weitere spezielle Ausführungsformen der Erfindung und

Fig. 9 A und 9 B schematisch verschiedene Flußzustände der Ausführungsform nach Fig. 8.
In Fig. 1A und 1B ist eine mit einer Öffnung versehene Platte 1 aus einem remanent magnetisierbaren Material dargestellt. Die Pfeile 2 auf den beiden Seiten der länglichen Öffnung stellen die Richtung des magnetischen Flusses innerhalb der Platte 1

ίο dar. In Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Pfeile 2 einander entgegengerichtet sind, so daß ein geschlossener Flußweg innerhalb der Platte 1 vorliegt. Bei diesem Zustand sind keine äußeren magnetischen Pole an den Enden der Platte 1 vorhanden.

In Fig. IB sind die Pfeile 2, die die einzelnen Magnetisierungszustände der Zweige auf den beiden Seiten der länglichen Öffnung veranschaulichen, beide gleichgerichtet. Dieser Flußzustand ruft ungleichnamige magnetische Pole an den Enden der Platte 1 hervor.

Fig. 2 stellt eine Platte 1 dar, die eine längliche mittlere Öffnung aufweist. An beiden Enden der Platte 1 sind zwei magnetisch permeable Glieder 3 angebracht, die einen Zungenschalter 4 mit Klemmen 5 halten und teilweise umschließen. Ein erstes Leiterpaar 6 und 7 ist zwischen dem Schalter 4 und der Platte 1 hindurchgezogen und um die Platte 1 geschlungen. Ein zweites Leiterpaar 8 und 9 läuft durch die Öffnung der Platte 1 auf verschiedenen Seiten des Schalters 4.

Der Zungenschalter 4 spricht auf die magnetischen Zustände der Platte 1 an. Seine Kontakte schließen, wenn Fluß von ungleichnamigen magnetischen Polen an den Enden der Platte 1 durch die magnetisch permeablen Glieder 3 und die Kontaktzungen sowie deren Zuleitungen 5 getrieben wird. Die Kontakte öffnen, wenn kein magnetischer Fluß durch die Glieder 3, die Zuleitungen 5 und die Kontaktzungen gerichtet wird, wenn nämlich die ungleichnamigen magnetischen Pole an den Enden der Platte 1 weggenommen sind. Die Kontakte des Schalters 4 sind also geöffnet, wenn die magnetische Flußverteilung nach Fig. IA eingestellt ist, und sie sind geschlossen, wenn die Verteilung nach Fig. 1B vorliegt.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 wird durch koinzidierende Ströme gesteuert. Das hier benutzte Ferritmaterial zeigt eine praktisch rechteckige Hysteresisschleife bekannter Art. Magnetisierungskräfte, die kleiner als die Koerzitivkraft des Ferrits sind, bewirken keine Umkehr der remanenten Magnetisierung. Koinzidierende Schaltimpulse an den verschiedenen Steuerwicklungen können jedoch eine kombinierte Magnetisierungskraft hervorrufen, die die Koerzitivkraft übersteigt, so daß die remanente Magnetisierung des Materials umgeschaltet wird. In dieser Ausführungsform werden Stromimpulse vorgegebener Amplitude an die Leiter 6 und 7 oder 8 und 9 gegeben. Eine Schließung der Kontakte des Schalters 4 wird nur bewirkt, wenn Steuerimpulse gleicher Polarität gleichzeitig an die Leiter 6 und 7 gegeben werden, wodurch die Flußverteilung nach Fig. IB eingestellt wird. Ähnlich wird die Flußverteilung nach Fig. IA eingestellt, wenn Steuerimpulse gleicher Polarität gleichzeitig an die Leiter 8 und 9 angelegt werden, um somit die Kontakte des Schalters 4 zu öffnen. Das Anlegen eines Impulses an nur einen der betreffenden Leiter 6 und 7 oder 8 und 9 oder das Anlegen von Impulsen entgegengesetzter

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Polarität an diese Leiter beeinflußt den vorhandenen ist, das ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die

remanenten Magnetisierungszustand der Zweige auf einzelnen Wicklungen, beispielsweise 16 und 17,

den beiden Seiten der Platte 1 nicht. können in geeigneter Weise in Serie geschaltet wer-

Wenn einmal eine bestimmte Flußverteilung ein- den, so daß im Endeffekt eine einzelne Wicklung auf

gestellt ist, können die Steuerimpulse aufhören. An- 5 dem Stab 10 vorhanden ist, die den remanenten

schließend nimmt innerhalb seiner normalen An- Magnetisierungszustand des Stabes 10 steuern kann.

Sprechzeit der Schalter 4 einen Kontaktzustand an, Weiter können gewünschtenfalls entgegengesetzte

der der Flußverteilung in der Platte 1 entspricht. Steuerwicklungen in Reihe geschaltet werden, um

Damit steht also eine Baueinheit zur Verfügung, die koinzidierende Stromsteuerung von beiden Stäben 10

die Betätigung eines elektromechanischen Schalters io und 11 zu erreichen, wenn nur zwei Steuerimpulse

mit Steuertechniken des elektronischen Schaltens er- angelegt werden. Die Wicklung 14 kann also in Reihe

möglicht. mit Wicklung 16 geschaltet werden und Wicklung 15

Fig. 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungs- in Reihe mit Wicklung 17.

form der Erfindung, bei der zwei Stäbe 10 und 11 Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsaus remanent magnetisierbarem Material durch zwei 15 form der Erfindung, bei der zwei Zungenschalter in magnetisch permeable Verbindungsteile 12 mitein- einer einzelnen Einrichtung gesteuert werden. Es sind ander befestigt sind. Zwischen den Stäben 10 und 11 zwei Ferritstäbe 20 und 21 dargestellt, die zwischen ist an den Teilen 12 ein Zungenschalter 4 mit seinen zwei Scheiben 22 und 23 angeordnet sind. Ferner beZuleitungen 5 befestigt. Im Gehäuse des Schalters 4 finden sich zwischen den Scheiben 22 und 23 zwei sind die eingeschlossenen Blattfedern 13 dargestellt, 20 Zungenschalter 24 mit getrennten Klemmen 25, die die an den Zuleitungen 5 befestigt sind und einander durch die Scheiben 22 und 23 hervorragen. Eine überlappen, um so ein Kontaktpaar zu bilden. Die Wicklung 26 umfaßt beide Stäbe 20 und 21 gemein-Leiter 14 und 15 sind als Schichtwicklung auf den sam. Eine Wicklung 27 ist nur um den Stab 21 allein Stab 11 aufgewickelt, während die Leiter 16 und 17 gewickelt.

in gleicher Weise auf den Stab 10 aufgewickelt sind. 25 Diese spezielle Ausführungsform ist so angeordnet, Die remanenten Magnetisierungszustände, ähnlich daß die Schalter 24 koinzidierend eingeschaltet werden in Fig. 1A und 1B für die Zweige der Platte 1 den, jedoch durch Strom in nur einer Wicklung ausnach Fig. 2 veranschaulichten, können einzeln in den geschaltet werden. Zur Vorbereitung der Einrichtung Stäben 10 und 11 der speziellen Ausführungsform wird zunächst ein großer Normalisierungsstrom durch nach Fig. 3 eingestellt werden. Die Umschaltung der 30 die Wicklung 26 geschickt. Dadurch werden die remanenten Magnetisierungszustände eines der Stäbe beiden Ferritstäbe 20 und 21 weit in die magnetische 10 oder 11 erfordert, daß gleichzeitig Stromimpulse Sättigung getrieben und Flußrichtungen eingestellt, bestimmter Amplitude an beide auf diesen Schenkel die dem in Fig. 1B dargestellten Zustand entsprechen, angebrachte Wicklungen gegeben werden. Diese An- wodurch also die Schalter 4 betätigt werden. Nach Ordnung kann mit koinzidierenden Strömen gesteuert 35 dieser Vorbereitung bleibt der remanente Magnetisiewerden wie auch die Einrichtung nach Fig. 2. rungszustand des Stabes 20 durch weitere Opera-Werden die Magnetisierungszustände in den Stäben tionen unbeeinflußt.

10 und 11 der Einrichtung nach Fig. 3 so eingestellt, Im normalen Betrieb werden die Schalter 25 der daß die Flußverteilung der in Fig. 1A veranschau- Ausführungsform nach Fig. 4 dadurch geöffnet, daß lichten entspricht, indem Impulse gleicher Polarität 40 Ströme mit solcher Richtung und Größe durch die an die Leiter 14, 15, 16 und 17 gegeben werden, Wicklung 27 geschickt werden, daß die remanente dann liegt der abgefallene Zustand des Relais vor, Magnetisierung des Stabes 21 umgekehrt wird. Dada in diesem Falle keine ungleichnamigen magne- durch wird eine Flußverteilung ähnlich der nach tischen Pole an den Brücken 12 hervorgerufen wer- Fig. IA erzielt, bei der der Fluß in den beiden Städen, um einen Fluß durch den Schalter 4 zu treiben. 45 ben 20 und 21 entgegengesetzte Richtung hat und Wird der remanente Magnetisierungszustand eines durch die Scheiben 22 und 23 zwischen den beiden der Stäbe 10 oder 11, wie oben beschrieben, umge- Stäben verläuft, wodurch die Schalter 25 umgangen kehrt, um einen Flußzustand ähnlich dem in Fig. IB werden.

veranschaulichten zu erzeugen,, dann entstehen un- Die Schließung der Schalter wird durch koinzidiegleichnamige magnetische Pole an den Enden der 50 rende Treibströme bewirkt, die gleichzeitig an die Einrichtung, die einen magnetischen Fluß durch den Wicklungen 26 und 27 angelegt werden. Die Größe Schalter 4 treiben, so daß die Kontakte der Zungen 13 jedes dieser Ströme reicht nicht dazu aus, die Maschließen. Diese Kontakte können wieder geöffnet gnetisierung des Stabes 21 umzukehren, die Magnetiwerden, indem die remanente Magnetisierung in einem sierungskraft der beiden koinzidierenden Ströme der beiden Stäbe umgekehrt wird, so daß sich wieder 55 kehrt jedoch gemeinsam diesen Magnetisierungseine magnetische Flußverteilung nach Fig. 1A einstellt, zustand um, wodurch eine Flußverteilung ähnlich Wenn zunächst einmal der remanente Magnetisie- der nach Fig. IB hergestellt wird und die Schalter 25 rungszustand der Stäbe 10 und 11 eingestellt worden betätigt werden. Da der Strom in den Wicklungen 26 ist, kann eine vollständige Steuerung der Einrichtung beide Stäbe 20 und 21 umschließt und deshalb in dadurch verwirklicht werden, daß Impulse an nur 60 beiden eine Magnetisierungskraft hervorruft, die die einen der Stäbe angelegt werden. So kann beispiels- gleiche Richtung wie der bereits bestehende remaweise der remanente Magnetisierungszustand des nente Magnetisierungszustand im Stab 20 hat, ist der Stabes 10 ungeändert bleiben, während der Magne- einzige Effekt auf den Stab 20, daß dieser noch weiter tisierungszustand des Stabes 11 hin- und hergeschal- in die Sättigung getrieben wird,
tet wird, um den Schalter 4 zu schließen und zu 65 Diese Ausführungsform ist besonders für Koinziöffnen. denz-Koordinaten-Betrieb geeignet. Eine Anzahl Es wurde zwar gesagt, daß die Ausführungsform solcher Einrichtungen kann in einer Matrix angeordnach Fig. 3 mit koinzidierenden Strömen zu schalten net werden, um ein Schaltnetzwerk herzustellen. Die

Wicklungen 26 solcher Relais in einer bestimmten Spalte können in Reihe geschaltet werden, so daß eine Vertikal-Steuerleitung gebildet wird. Die Wicklungen 27 dieser Relais in der gleichen Reihe können in Reihe geschaltet und als eine Horizontal-Steuerleitung benutzt werden. Zur Ausnutzung der Vorteile dieses speziellen Merkmals dieser Ausführungsform kann die Betätigung eines ausgewählten Relais in der Matrix dadurch bewirkt werden, daß Treibströme an die betreffende Horizontal-und Vertikal-Steuerleitung gelegt werden, die dem ausgewählten Relais zugeordnet sind. Dadurch wird nur dieses Relais erregt, und der Zustand der übrigen Relais in der Matrix bleibt unbeeinflußt.

In Fig. 5, in der eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, ist ein Stab 31 aus einem Material mit zwei stabilen remanenten Magnetisierungszuständen, zweckmäßigerweise einem Ferrit, gezeigt, auf dem an verschiedenen Längsteilen getrennte Wicklungen 32 und 33 angeordnet sind. Zwei Zungenschalter 34 sind längs des Stabes 31 auf entgegengesetzten Seiten angeordnet und werden von Tragegliedern 35 in Jochform gehalten, die die Schalterzuleitungen 36 mit den entsprechenden Enden des Stabes 31 verbinden. Es sind passende Isolatoren, beispielsweise kleine Büchsen, vorgesehen, um die Zuleitungen 36 elektrisch voneinander zu isolieren. Die Jochglieder 35 bestehen aus magnetisch permeablem Material, so daß sie einen geringen Widerstand für magnetischen Fluß aufweisen.

Die Kontaktzungenschalter 34 schließen, wenn magnetischer Fluß aus ungleichnamigen magnetischen Polen durch sie geschickt wird, die an den Enden des Ferritstabes bei einem bestimmten Magnetisierungszustand des Stabes erzeugt werden. Bei Fehlen solcher Magnetpole wird kein Fluß durch die Schalter 34 geleitet, und die Kontakte sind geöffnet.

Die Länge des Stabes 31 ist im Verhältnis zu den Querabmessungen so bemessen, daß durch die Erregung nur einer der Wicklungen 32 oder 33 die remanente Magnetisierung in dem Teil des Stabes 31, der von der anderen Wicklung umschlossen ist, nicht beeinflußt wird. Dieser Effekt wird durch die Joche 35 verstärkt, die um die Seiten des Körpers herumgebogen sind, so daß ein Weg mit geringem Widerstand für den Streufluß zur Verfügung steht, der in der Mitte des Stabes ein- oder austritt. Der Stab besteht also praktisch aus zwei getrennten Magneten, die mit ihren Enden aneinanderliegen und die einzeln durch die Wicklungen 32 und 33 gesteuert werden. Dieser Effekt wird noch weiter durch eine Abänderung dieser Anordnung verbessert, die in Fig. 7 dargestellt ist, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und die die Anordnung nach Fig. 5 in Aufsicht darstellt. Der Unterschied zwischen den Anordnungen der beiden Figuren liegt in der Form des Stabes 31. In Fig. 7 ist er mit seitlichen Ansätzen 39 in der Mitte dargestellt. Diese Gestalt setzt den magnetischen Widerstand für den Streufluß im Ausschaltzustand der Einrichtung herab, wodurch die Umkehr des remanenten Magnetisierungszustandes eines Teiles des Stabes durch Erregung einer einzigen Wicklung erleichtert wird.

Fig. 6 A veranschaulicht einen magnetischen Zustand des Stabes 31, in dem die remanenten Magnetisierungszustände in den beiden Abschnitten des Stabes, durch die Pfeile 37 dargestellt, in der gleichen Richtung liegen. Die beiden Abschnitte des Stabes 31 verstärken dadurch ihre magnetische Wirkung und rufen äußere Magnetpole an den Enden des Stabes hervor. Bei den Magnetisierungszuständen in der dargestellten Richtung verläuft der Fluß von den äußeren Magnetpolen des Stabes 31 durch die magnetisch permeablen Joche und die Schalter 34, so daß die Schalterkontakte geschlossen werden. Da die beiden Schalter 34 in parallelen magnetischen Kreisen am Stab 31 liegen, werden sie gemeinsam betätigt.

In Fig. 6 B ist der Stab mit einander entgegengerichteten Magnetisierungszuständen in den beiden Abschnitten dargestellt, wie aus den Pfeilen 37 hervorgeht. In diesem Falle sind die Magnetpole an den Enden des Stabes 31 gleichnamig. Dementsprechend bewirkt die hier dargestellte Magnetisierungsverteilung, daß die Kontakte des Schalters 34 öffnen, da die Zungen magnetisch gleichnamig sind und sich deshalb abstoßen.

Damit steht also ein Mehrkontaktrelais zur Verfügung, das auf elektronische Impulse anspricht. Die beiden Schalter 34 in Fig. 5 sind in der Ebene des Stabes 31 angeordnet. Weitere Schalter können in anderen Ebenen durch den Stab 31 hinzugefügt werden, so daß die Anzahl der gesteuerten Kontakte erhöht wird.

Das Relais kann auch mittels koinzidierender Ströme gesteuert werden. In diesem Falle werden die Wicklungen 32 und 33 jeweils durch zwei Wicklungen ersetzt, und die Größe der Schaltimpulse auf diesen Wicklungen wird so eingestellt, daß die Magnetisierungskraft einer Wicklung nicht ausreicht, die permanente Magnetisierung des betreffenden Teiles des Stabes 31 umzukehren; die kombinierten Magnetisierungskräfte der beiden Wicklungen reichen jedoch aus, den Remanenzzustand des betreffenden Teiles umzuschalten. Auf diese Weise kann Koinzidenz-Antriebsauswahl eines bestimmten Relais in einer Matrix erreicht werden.

In jedem Falle kann das Relais durch Änderung des permanenten Magnetisierungszustandes von nur einem Teil des Ferritstabes 31 gesteuert werden, wenn zuvor die remanente Magnetisierung des anderen Teiles eingestellt worden ist. Es können dann die zugehörigen Schalter geöffnet und geschlossen werden, indem der remanente Magnetisierungszustand in einem Teil so eingestellt wird, daß er in gleicher oder entgegengesetzter Richtung des im anderen Teil vorhandenen Magnetisierungszustandes verläuft, da der letztere durch Umkehrungen des Zustandes im ersteren nicht beeinflußt wird.

In Fig. 8 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die aus einem Hohlzylinder 41 aus einem Material mit einer Anzahl stabiler remanent-magnetischer Zustände besteht, auf dem ein Leiter 46 aufgewickelt ist. Dieses Material kann z. B. ein Ferrit sein, wie er für magnetische Speicherkerne benutzt wird. Ein zweiter Leiter 47 verläuft axial durch den Zylinder 41. Ein magnetischer Zungenschalter 42 ist mit seinen beiden Zuleitungen 43 und 44 mit den beiden Enden des Zylinders 41 über zwei magnetisch permeable Glieder 45 verbunden und wird so gehalten. Dadurch ist zwischen den Enden des Zylinders 41 ein äußerer magnetisch leitfähiger Weg für den magnetischen Fluß vom Zylinder 41 über den Schalter 42 geschaffen. Dieser Schalter schließt, wenn an den beiden Enden des Zylinders 41 ungleichnamige Magnetpole erzeugt werden. Entsprechend öffnen die Kontakte des Schalters 42, wenn

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die Magnetpole an den Enden des Zylinders 41 weggenommen werden.

Beim Beirieb wird der Schaltzustand der Kontakte des Schalters 42 durch den Magnetisierungszustand des Zylinders 41 beherrscht. Dieser wird wieder durch Treibströme in den Leitern 46 bzw. 47 gesteuert. Magnetpole an den Enden des Zylinders 41 können z. B. durch einen Treibstrom durch den Leiter 46 erzeugt werden. Der Zylinder 41 bleibt in dem Magnetisierangszustand, in den er durch einen Stromimpuls durch die Wicklung 46 gebracht worden ist. Dieser Magnetisierungszustand ist schematisch in Fig. 9 A durch die Pfeile 40 dargestellt, die den magnetischen Fluß veranschaulichen, der in Längsrichtung durch den Zylinder 41 verläuft. Bei der dargestellten Flußrichtung ist ein magnetischer Nordpol am oberen Ende des Zylinders 41 und ein magnetischer Südpol am unteren Ende vorhanden. Bei dem Aufbau nach Fig. 8 schließt der Rückkehrweg des Flusses den Schalter 42 ein, so daß die Kontakte geschlossen werden. Der Wicklungssinn des Leiters 46 und die Polarität des Stromimpulses darin spielen bei dieser Ausführungsform keine Rolle, da die Kontakte des Schalters 42 auf magnetischen Fluß beliebiger Richtung ansprechen.

Ein Stromimpuls im Leiter 47, der auch beliebige Polarität haben kann, ruft eine kreisförmige Magnetisierung im Zylinder 41 hervor. Ein solcher Magnetisierangszustand ist in Fig. 9 B durch die Pfeile 40 dargestellt, die eine bestimmte Flußrichtung um den Zylinder 41 herum andeuten. Wie ersichtlich, wird bei diesem Magnetisierangszustand kein äußerer Magnetpol an den Enden des Zylinders hervorgerufen, da der gesamte magnetische Fluß innerhalb des Zylinders selbst geschlossen ist. Im Ergebnis ist also kein magnetischer Fluß in dem äußeren Weg vorhanden, der den Schalter 42 enthält, so daß die Kontakte des Schalters 42 durch die federnden Kontaktzungen innerhalb des Schutzrohres in die Ausschaltstellung zurückgeführt werden. Wie bereits ausgeführt, kann der Strom im Leiter 47 beliebige Richtung haben, um die Ausschaltung der Kontakte des Schalters 42 zu bewirken, da die Richtung des Kreisflusses nach Fig. 9 B keine Rolle spielt.

Das in Fig. 8 dargestellte Relais spricht auf Steuerimpulse beliebiger Polarität in den Wicklungen 46 bzw. 47 an. Der Schaltzustand des Schalters 42 ändert sich jedoch nicht, wenn auf den Wicklungen 46 bzw. 47 wiederholt Impulse auftreten, auch wenn deren Polarität einander entgegengerichtet ist, die jede Flußumkehr durch den Schalter 42 so schnell vor sich geht, daß der Schaltzustand nicht beeinträchtigt wird. Ein Wechsel im Schaltzustand kann nur entsprechend einem Impuls geschehen, der an diejenige der Wicklungen 46 oder 47 gegeben wird, die durch den vorhergehenden Impuls erregt wurde. Dadurch wird eine größere Freiheit in der Steuerung ermöglicht.

Wie bei den anderen Ausführungsformen bereits beschrieben, kann auch das Relais nach Fig. 8 so abgeändert werden, daß es durch Koinzidenz-Koordinaten-Steuerung betätigt werden kann, indem die Leiter 46 und 47 durch bifilare Leiter ersetzt werden und Steuerimpulse angelegt werden, die nur halb so groß sind, wie zur Umschaltung des Magnetisierangszustandes des Zylinders 41 erforderlich ist. Eine solche Anordnung erlaubt es, eine große Anzahl solcher Einrichtungen in Koordinatenanordnungen zu benutzen, wobei die Auswahl auf Koordinatenbasis erfolgt.

Die Erfindung macht also ein elektromechanisches Relais verfügbar, das die gewünschten Eigenschaften eines mechanischen Kontaktes aufweist und gleichzeitig durch Impulse von solch kurzer Dauer gesteuert werden kann, wie sie bisher nur zur Steuerung von rein elektronischen Einrichtungen benutzt werden konnten. Da ferner die Ansprechzeit mechanischer Schalter so wesentlich größer ist als die Ansprechzeit der magnetisch remanenten Elemente, ist es möglich, die Magnetisierungszustände dieser Elemente oftmals umzukehren, ehe der Schaltzustand beeinflußt wird. Diese Eigenschaft kann in Fernsprech-Schaltnetzwerken und in Informations-Speicherschaltungen ausgenutzt werden, wo die Erfindung vorteilhafterweise benutzt werden kann.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektromagnetisch gesteuertes Schaltgerät mit einem bistabilen, remanenten Magnetglied und einer mit diesem gekoppelten, magnetisch betätigbaren Kontakteinrichtung, dadurch ge kennzeichnet, daß das Magnetglied so ausgebildet ist, daß wahlweise ein erster geschlossener Flußweg über das Magnetglied oder ein zweiter geschlossener Flußweg über das Magnetglied und die Kontakteinrichtung verläuft, daß zur Erzeugung der Steuerflüsse zwei Wicklungen wahlweise erregt werden und daß bei Erregung der einen Wicklung ein remanenter Magnetisierangszustand in dem zweiten Flußweg hervorgerufen wird, der das Kontaktpaar schließt, und bei Erregung der anderen Wicklung ein remanenter Magnetzustand in dem ersten Flußweg hervorgerufen wird, der die Öffnung des Kreises zur Folge hat.

2. Schalteinrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß magnetisch permeable Glieder (3; 12; 22, 23; 35; 45) das Magnetglied (1; 10, 11; 20, 21; 31, 41) mit der Kontakteinrichtung (4; 24; 34; 42) koppeln.

3. Schalteinrichtung nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch permeablen Glieder (3; 12; 20, 23; 35; 45) aus einem isolierenden Material bestehen, in dem magnetisch permeable Partikeln verteilt sind.

4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen aus wenigstens einem Paar von Drähten oder Spulen (6-9; 14-17; 26-27; 32-33; 46-47) zur Erzeugung koinzidierender Magnetfelder besteht.

5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetglied aus einer Platte mit einer Öffnung besteht.

6. Schalteinrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (6, 7) zwischen der Platte (1) und der Kontakteinrichtung (4) liegt und daß die zweite Wicklung (8, 9) in der Öffnung der Platte angeordnet ist (vgl. Fig. 2).

7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetglied aus zwei Stäben (20, 21) besteht, deren Enden durch magnetisch permeable Glieder (22, 23) verbunden sind.

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (26) mit beiden Stäben (20, 21) und die zweite Wicklung (27) mit einem Stab (21) induktiv gekoppelt ist.

9. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetglied ein einzelner Stab (31) ist, der in verschiedenen Längsteilen getrennt magnetisierbar ist.

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung (32, 33) getrennt um die verschiedenen Längsteile des Stabes (31) gewickelt sind.

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite elektrische Kontakteinrichtungen (34) mittels eines magnetisch permeablen Gliedes (35) an den Stab gekoppelt sind.

12. Schalteinrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma-

gnetglied eine seitliche Verbreiterung (39) in der Mitte des Stabes (31) aufweist.

13. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetglied aus einem Hohlzylinder (41) besteht.

14. Schalteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung

(46) induktiv mit dem Zylinder (41) gekoppelt ist und einen Magnetfluß längs des Zylinders (41) erzeugt.

15. Schalteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung

(47) durch den Hohlzylinder (41) führt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1785 286,
669;

schweizerische Patentschrift Nr. 236 118;
britische Patentschrift Nr. 688 336.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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