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Schutzrohrankerkontaktrelais Im Zuge der Einführung des Schutzrohrankerkontaktes
als Durchschalteglied in die Vermittlungstechnik sind mehrere Vorschläge bekanntgeworden,
den Ankerkontakt durch Stromstöße zu steuern und - durch zweckmäßige Anordnung
eines Dauermagnetfeldes - auf einen kontinuierlich fließenden Haltestrorn
zu verzichten.
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Ein Lösungsvorschlag sieht einen zweckmäßig angeordneten Dauerinagneten
für die Erzeugung des Halteflusses vor, während der zum Ansprechen notwendige Fluß
durch Überlagerung des dauernd vorhandenen Haltefluß mit einem kurzzeitig auftretenden,
elektromagnetisch erzeugten Steuerfluß gewonnen wird. Derartige Anordnungen, wie
sie auch aus der konventionellen Relaistechnik bekannt sind, benötigen eine verhältnismäßig
große Schaltzeit, und ihre Ansprechbedingungen sind in der Fertigung schwer auf
die verlangten engen Toleranzen festzulegen (deutsche Auslegeschrift 1085 258).
Alle derartigen auf dem Prinzip des Haftrelais beruhenden Anordnungen unterliegen
in bezug auf die Abfallerregung einer Beschränkung. Ist nämlich die Abfallerregung
zu groß, dann tritt Ummagnetisierung ein, und die Ankerkontaktfedern ziehen wieder
an. Ähnliches gilt auch für eine Anordnung, bei der durch einen elektrischen Stromfluß
in den Ankerkontaktfedern eine Verdrängung des magnetischen Halteflusses herbeigeführt
wird, um damit den Kontakt zu steu-.rn (deutsche-Auslegeschrift 1061903).
Es ist bei derartigen Anordnungen auch schon bekannt, den magnetischen Kreis in
Dauermagnete und weichmagnetische Flußführungsbügel aufzuteilen (deutsche Auslegeschrift
1090 322 und deutsches Gebrauchsmuster 1813 596).
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Eindeutige Schaltverhältnisse und erheblich kürzere Schaltzeiten erbringt
dagegen eine Steueranordnung für Schutzrohrankerkontakte, bei der die Steuerung
durch Ummagnetisierung der beiden auf jeder Seite der Ankerkontaktfedem angeordneten
Dauermagnete und die hierdurch eintretende Flußverlagerung zu bzw. von den Ankerkontaktfedern
erfolgt. Diese in der angelsächsischen Literatur auch als »Parallel, Ferreed« bezeichnete
Steueranordnung benötigt eine Ansprecherregung von etwa 150 Amperewindungen
(Bell Syst. Techn. Journ., Januar 1960, S. 1 ff.; Bell Lab. Rec.,
38, April 1960, S. 15).
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Beim »ParalleI-Ferreed« ordnet man z. B. einen in der Mitte durchgesägten
Ferrit-Ringkern, wie er aus der Speichertechnik bekannt ist, je zur Hälfte
auf beiden Seiten eines Schutzrohrankerkontaktes an. Die Fig. 1 zeigt eine
solche aus der ETZ A, 1960, Heft 25,
S. 884, Fig.
9, bekannte Anordnung. Jede Ringkernhälfte trägt eine Wicklung. Ist nur eine
der Wicklungen erregt oder sind beide Wicklungen gleichsinnig erregt, so werden
beide Ferritkernhälften in der gleichen Richtung magnetisiert. Der Magnetfluß schließt
sich über die beiden Ringkernhälften (in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet).
Ein Fluß über den zwischen beiden Ringkernhälften liegenden Arbeitsluftspalt des
Ankerkontaktfederpaares kommt nicht zustande. Wird dagegen durch einen entsprechenden
Steuerstrom in einer oder beiden Wicklungen erreicht, daß die Ringkernhälften an
ihren sich gegenüberliegenden Enden die in der Fig. 1 gezeichnete gleiche,
Polarität aufweisen, so verlagert sich der Fluß zu dem Ankerkontaktfederpaar und
schließt sich über den Arbeitsluftspalt mit der Wirkung, daß der Schutzrohrankerkontakt
geschlossen wird.
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Die Erfindung, stellt sich nun die Aufgabe, für eine, nach diesem
Prinzip arbeitende Anordnung eine konstruktive Lösung anzugeben, welche von den
bisher bekannten Ausführungsformen in wesentlichen Punkten abweicht und deshalb
zu erheblichen Einsparungen sowohl in bezug auf die zum Ansprechen notwendige Amperewindungszahl
als auch auf den Raumbedarf bzw. Aufwand an ferromagnetischern Material führt.
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Ein mit der Konstruktion einer vorbeschriebenen Anordnung beauftragter
Fachmann wird bemüht sein, zur Vermeidung von Streueinflüssen den magnetischen Widerstand,
abgesehen vom Arbeitsluftspalt, möglichst gering zu halten, d. h. alle anderen
Luftspalte möglichst zu vermeiden. Aus diesem Streben ergibt sich zwangläufig die
bisher bekannte Ausführungsfonn eines solchen Kontaktes, bei dem der magnetische
Kreis sich außerhalb des Schutzkörpers schließt, die Ferritkernhälften oder auch
zwei langgestreckte keine
also außerhalb des Schutzkörpers in magnetischer
Verbindung mit dem Ankerkontaktfederpaar stehen, wobei, abgesehen von einer Isolierzwischenlage,
kein zusätzlicher Luftspalt auftritt. Eine solche Ausführungsforin hat zwar keinen
nennenswerten Luftspalt außer dem Axbeitsluftspalt im magnetischen Kreis, erfordert
dafür aber relativ lange Flußwege durch hartmagnetisches Material.
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Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß man bei der vorliegenden
Ausführungsform eines solchen Kontaktes - obwohl sie wegen der anderen Führung
des Flusses mindestens einen Luftspalt mehr aufweist -, mit einer wesentlich
geringeren Erregerwindungszahl zur Ummagnetisierung auskommt, wenn man die Lehre
der Erfindung anwendet.
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Die Erfindung bezieht sich also auf ein Schutzrohranke-rkontaktrelais
mitmindestenszwei an sichgegenüberhegenden Stellen des Schutzrohres paarweise angeordneten
Dauermagneten, denen in an sich von konventionellen Schutzankerkontaktrelais her
be-
kannter Weise weichmagnetische Flußführungsbügel zugeordnet sind, bei
dem jedoch die Steuerung der Kontaktfedern durch Ununagnetisierung von wenigstens
einem der Dauermagnete und die dadurch bedingte Flußverlagerung erfolgL Die Lehre
der Erfindung besteht nun darin, daß die Dauermagnete nicht bis zur Sättigung magnetisiert
sind und im Verhältnis zu den Flußführungsbügeln kleine Abmessungen aufweisen und
daß die Dauermagnete und die Flußführungsbügel derart ausgebildet sind, daß der
Flußübergang zu wenigstens einer der Ankerkontaktfedern mit einer möglichst großen
Fläche über das Schutzrohr stattfindet.
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Diese Ausführungsform nimmt also zur größtmöglichen Verkürzung der
Flußwege einen oder bevorzugt zwei zusätzliche Luftspalte in Kauf, erreicht aber
durch die Aufteilung des magnetischen Kreises in relativ kleine Dauermagnetplättchen
und weichmagnetische Flußrückführungsbügel sowie durch die Tatsache, daß die Dauennagnete
nicht bis zur Sättigung magnetisiert sind, trotzdem eine kleinere Ansprechdurchflutung
als die aufwendigeren Ausführungsformen mit Flußrückführung außerhalb des Schutzkörpers.
Dies zunächst nicht zu erwartende Ergebnis kommt dadurch zustande, daß die Streuung
in einem hochmagnetisierten Dauermagnetwerkstoff, dessen Permeabilität wegen der
bis zur Sättigung getriebenen Magnetisierung schon ziemlich klein ist, bei langem
Rußweg größer ist und daher mehr magnetische Verluste bringt als eine Ausführungsform
mit Flußrückführung über den Schutzkörper und dafür erheblich kürzeren Gesamtflußweg.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich nach einer Weiterbildung des
Erfindungsgegenstandes erwiesen, die zur Ummagnetisierung notwendigen Wicklungen
allein auf den Dauerinagneten anzuordnen.
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Aus den obenerwähnten Gründen soll nach einer Weiterbildung der Erfindung
die Magnetisierungsfeldstärke der Dauermagnete das 2,5fache der Koerzitivkraft nicht
überschreiten, weil man dann mit einem kleineren Verhältnis der Magnetisierungsdurchflutung
zur remanenten Durchfiutung auskommt; dadurch wird eine größere Sicherheit beim
Halten des Kontaktes auch gegen Beschleunigungen erreicht.
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Mit einer besonders kleinen Durchflutung kommt man aus, wenn man als
Schutzrohrkontakteinen der an sich bekannten Flachschutzrohrkontakte verwendet,
bei dem die beiden Ankerkontaktfedem in einer Ebene liegend angeordnet sind. Bei
einem solchen Flachschutzrohrkontakt können die den magnetischen Kreis zum Ankerkontaktfederpaar
schließenden Luftspalte besonders klein ausgeführt werden.
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Werden die Schutzrohrkontakte der Bauforinen verwendet, bei denen
das Ankerkontaktfederpaar übereinander angeordnet ist, der Schutzkörper also einen
runden Querschnitt hat, so läßt sich ein Flußübergang über eine große Fläche durch
entsprechend angepaßte Formgebung der an dem Schutzkörper anliegenden Teile der
Dauermagnete und/oder Flußrückführungsbügel erreichen.
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Darüber hinaus läßt sich ein kleinerer Luftspalt zwischen den Ankerkontaktfedem
und den außerhalb des Schutzkörpers liegenden Teilen des magnetischen Kreises auch
durch eine entsprechende gekrümmte Formgebung der Querschnitte der Ankerkontaktfedern
erzielen.
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Während die fortschrittliche Wirkung der Erfindung am ehesten bei
kürzesten Flußwegen eintritt, d. h. also bei einem Flußübergang zum Ankerkontaktfederpaar
möglichst nahe neben dem Arbeitsluftspalt mit zwei durch den Schutzkörper bedingten
Luftspalten, sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen durch entsprechende
asymmetrische Ausführung des Schutzrohrkontaktes der Flußübergang zum Kontaktankerpaar
einmal über den Schutzkörper und einmal außerhalb des Schutzkörpers -erfolgt.
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Für die Anordnung der Steuerwicklungen ergeben sich verschiedene Ausführungsformen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der beschriebenen Anordnung sieht
die Ummagnetisierung nur eines der beiden Dauermagnete vor, während der andere seinen
Magnetisierungszustand beibehält. Es ist dann also nur eine Wicklung notwendig.
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Für eine Anwendung in einer Schaltmatrix wird man vorteilhaft eine
Wicklung auf jedem Dauermagnet anordnen.
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Außerdem kann es für manche Anwendungsfälle von Vorteil sein, gemäß
weiterer Ausbildung der Erfindung durch eine Zusatzwicklung jede magnetische
Zustandsänderung anzuzeigen.
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Eine solche Steueranordnung eines Schutzrohrkontaktes kann für Arbeitskontakte,
für Ruhekontakte und für Umschaltekontakte Anwendung finden.
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Da nur noch während der Betätigungsphase Ströme fließen, sind die
Erwärmungsprobleme der Steuerwicklungen von untergeordneter Bedeutung. Es empfiehlt
sich daher, die Steueranordnung samt dem Schutzrohrkontakt in eines der bekannten
Gießharze einzugießen.
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Die beschriebene Anordnung erlaubt es, mit einer geringen Amperewindungszahl
auszukommen, sie benötigt ein verhältnismäßig kleines Volumen an hartmagnetischem
Werkstoff und nimmt in ihrem gesamten Aufbau einen relativ kleinen Raum ein. Da
die Kosten einer halbelektronischen Vermittlung mit Schutzrohrkontakten im wesentlichen
von den Kosten des Schutzrohrkontaktes und seiner Steuerung bestimmt werden, hat
eine Verbesserung in den angegebenen Richtungen wegen der großen erforderlichen
Stückzahl bereits erhebliche wirtschaftliche Bedeutung.
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Im folgenden wird an Hand zweier schematischer Darstellungen die Anordnung
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die bereits besprochene prinzipielle Wirkungsweise
eines »Ferreed«-Kontaktes, während Fig. 2 ein bevorzugtes und erprobtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung zum Gegenstand hat.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
der Fig. 2 ist zu erkennen, daß der in den beiden Dauermagneten 2 erzeugte Magnetfluß
über den Schutzkörper 1 auf die Ankerkontaktfeder 6 übergeht, wenn
beide Dauermagnete an ihren gegenüberliegenden Enden gleiche Polarität aufweisen.
Ebenso wird auf der vom Schutzkörper abgewandten Seite der beiden Dauermagnete der
Fluß über die aus weichmagnetischem Material bestehenden Flußrückführungsbügel
3 über einen zweiten durch den Schutzkörper bedingten Luftspalt dem anderen
der beiden Ankerkontaktfedern 7 zugeführt. Insgesamt hat also der Fluß drei
Luftspalte zu durchsetzen, nämlich den Arbeitsluftspalt 5 und die beiden
durch den Schutzkörper bedingten Luftspalte zwischen den beiden Dauermagneten und
der Ankerkontaktfeder 6 sowie zwischen den beiden Flußrückführungsbügeln
3 und der Ankerkontaktfeder 7. Da aber durch die kleinen Flußwege,
durch eine sich nicht bis in das Sättigungsgebiet erstreckende Magnetisierung und
die Unterteilung in einen kleinen hartmagnetischen Teil und den Flußrückführungsbügel
die magnetischen Verluste klein gehalten werden können, läßt sich die Anordnung
mit einer vergleichsweise sehr kleinen Amperewindungszahl erregen.
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Die Steuerwicklungen, die die zur Ummagnetisierang notwendige Durchflutung
liefern, sind nur um den Dauermagnet konzentriert. Wicklungstechnisch bereitet die
Aufbringung der benötigten Amperewindungszahlen keine Schwierigkeiten, da die Wicklungen
nur kurzzeitig von der Erre-gerleistung durchflossen werden. Wird durch Zuführung
eines Stromimpulses umgekehrter Polarität der eine Dauermagnet ummagnetisiert, so
schließt sich der magnetische Kreis über den anderen Flußrückführungsbügel und Dauermagnet,
und die Kontaktanker fallen ab.
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Bei einem Ausführungsbeispiel mit einem Flach-Schutzrohrkontakt mit
in einer Ebene angeordneten Ankerkontaktfedem konnte die zu einer sicheren Betätigung
des Ankerkontaktfederpaares ausreichende Anzugserregung bereits mit 90 Amperewindungen
erzielt werden-, wenn nur einer der Dauermagnete umgepolt wurde. Als Dauerinagnete
genügten zwei Plättchen mit den Ausmaßen 4,5 X 4,5 X 1 mm aus einem hartmagnetischen
Werkstoff von etwa 1000 örsted.
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Als Flußrückführungsbügel wurden handelsübliche Dynamoblechstreifen
mit den Abmessungen 30 X 5 X 0,25 mm verwendet.
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Selbstverständlich sind außer dieser Ausführungsform auch andere denkbar.
So kann man z. B. unter Beibehaltung des Magnetvolumens die Dauermagnete in jeweils
zwei am Schutzkörper anliegende, entsprechend dämiere Magnetplättehen aufteilen,
die wenigstens auf der einen Seite mit der Hälfte der Erregerwindungen versehen
und durch den parallel zur Längsachse des Schutzkörpers verlaufenden Flußrückführungsbügel
miteinander verbunden sind.