DE1196704B

DE1196704B - Mechanisch betaetigbarer kontaktloser Schalter

Info

Publication number: DE1196704B
Application number: DEC26208A
Authority: DE
Inventors: Willy Wengel
Original assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Current assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Priority date: 1961-02-10
Filing date: 1962-02-09
Publication date: 1965-07-15
Also published as: FR1288215A; GB972316A; CH374107A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

P A T₄E N ΤΑΜ τ Lit. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/1«

Nummer: 1196 704

Aktenzeichen: .C 2620S VIIrI a/21 al

Anmeldetag: 9.jFebruar.l9.62

Ausiegefäg:" 15. Juli 1965

Die Erfindung betrifft einen ^pechanjsch betätigbaren kontaktlosen Schalter zum wahlweisen An- und Abschalten einer '.Gleichspannung an einen von einem Verbraucher, mit einem Transformator, dessen magnetischer Widerstand durch Änderung des .Luftspaltes des Magnetkerns geändert wird.

Es ist bereits ein elektronischer Schalter bekannt, bei dem durch Änderung des Luftspalts eines Transformatorkernes dessen magnetischer Widerstand verändert wird. --Die Primärwicklung des Transformators liegt hierbei an Wechselspannung, während.der Strom und die Spannung der Sekundärseite durch Veränderung des Luftspalts gesteuert werden. Die bekannte Anordnung kann dagegen nicht zum Schalten eines Gleichstroms verwendet werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist ein Schalter der genannten Art, welcher eine Gedächtnis- bzw. Speicherwirkung besitzt.

Der Schalter gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß parallel zu dem Verbraucher ein Sperroszillator mit einem Transistor und dem Transformator geschaltet ist, daß der Schwingeinsatz bzw. das Abreißen der Schwingungen durch eine mechanische Änderung des JLuftspaltes gesteuert wird, die eine Änderung des rnagnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises,des Transformators heryprjfuft, wodurch der Verbraucher unter Spannung gesetzt bzw. von Spannung abgeschaltet ,wird, und daß .die Sperrzeiten des Transistors im Schwingzustand.des Sperroszillators wesentlich kleiner als "die ,Intervalle zwischen diesen Sperrzeiten sind.

,Es sei erwähnt, daß bereits Torschaltungen bekannt sind, bei denen ein Transistor.einem.Lastwidersfand parallel geschaltet, ist und wobei der ,Transistor durch Schaltimpulse in den leitenden Zustand gesteuert wird, so daß.der Lastwiderstand ..kurzgeschlossen wird-

Der elektronische Schalter g&mäß der jErfindung zeichnet sich durch'Einfachheit und große Betriebssicherheit .aus.

Der Kontakt wird..a.uLelektrpnischenv Wege.her-, gestellt. Der ■ Schalter ,.kann sich .,nur entweder in seinem .leitenden oder ,in seüiem r^chtleiteÄden Zustand befinden, wobei keinerlei Erscheinungen, wie sie mit den Rücksprungeffekten bei einem mechanischen Kontakt vergleichbar wären, auftreten.

Weitere Vorteile-.und Einzelheiten,· der Erfindung ergeben . siqh. aus der .folgenden-Beschreibung von Äusfühiiingsbeispiejen_: an; Hand..der .Zeiphnung; in dieser zeigt

E i g, 1 jdasPrinzipsphaltbild einestSchaltersgemäß .der Erfindung,

M!echanis,ch betätigbarer kontaktloser Schalter

Anmelder:

Compagnie Elgctro.-Mecanic].iie, .Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt, München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt: ^.

Willy Wengel, Carouge, Genf (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 10. Februar 1961 (852275) --

Fig.2 den gleichen Schalter mit einem Polarisationsstromkreis.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine .Gleichstromquelle 5 über einen Widerstand 1 mit einem Ver-

braucljer 2 verbunden, der beispielsweise eine sogenannte »logische Schaltung« oder irgendeine beliebige andere Verbraucherlast sein kann. ^;"

Parallel zu dem Verbraucher 2 liegt ein Kippßchwingungsoszillator, uisbesöndere ein' Sperrsch'win-

ger, welcher einen Transistor Tr und einen Transformator Tf aufweist. Die beiden Wicklungen' N₁ und N₂ des Transformators Tf haben im'.gezeigten .Beispielsfall gleiche Windüngszählen' und 'sirid-'äuf fiine'm ,Ke₁Tn angeordnet, welcher aus zwei Teilen be-

.steht, vop. denen eines, 3, fest ,und das andere, 4, beweglich ist. Durch Längsverschiebung "dieses' letztgenannten Teiles.4 nach Art eines Druckknopfes, kann daher der Luftspalt e und damit der magnetische Widerstand des magnetischenXreises verändert, werden."

Die beiden Wicklungen ^Z₁ und N₂ Heg^h in !Reihe; ,ihre Verbindungsstelle.ist mit dem Emitter des* Tran sistorsTr verbunden. Das andere Ende der ."Wicklung JV₂ ist mit der Basis des transistors Tr, ,das" der WicklungN₁ mit dem positiven Ppi. der Sjparinungs-

.quelle S. verbunden!.. Die von der Eigenkäpazitat-des

Transistors fr \ einerseits und der Wicklungen 2V₁

jind JV₂ andererseits, herrührende parasitäre Kapazität

,zwis9hen.demvEmitter und der Bas.is*des Transistors

ist durch, den ^Kondensator ] C₁' wiedergegeben/ In

50. bestimmten.Fällen,ka|in an,,dieser.Stelle ein zusätz-. licher Kondensator erforHerHch sein. PäraÜel zu "dem ..Veibraucher2.liegt ein Kondensator'C₂V"'"

509 600/329.

Claims

3 4

Der Schalter arbeitet nach folgender Wirkungs- der Wicklungen N₁ und iV₂ hat zur Folge, daß die

weise: Sperrperioden des Transistors sich immer mehr anein-

Es sei angenommen, daß das Teil 4 des Magnet- ander annähern. Andererseits hat die Verringerung

kerns sich in der in der Zeichnung dargestellten Lage des Kopplungsfaktors sowie der Umstand, daß der

befindet, bei welcher der Luftspalt e einen solchen 5 Kollektorstrom des Transistors sich nicht augenblick-

Wert besitzt, daß der Oszillator nicht schwingfähig lieh einstellt, eine Phasenverschiebung zwischen dem

ist. Der Transistor Tr leitet daher nicht, und der Ver- Kollektorstrom und dem Basisstrom zur Folge,

braucher 2 steht somit unter Spannung, wobei der Sobald der Luftspalt eine bestimmte Größe erlangt,

Widerstand 1 einen Spannungsteiler mit dem Ver- reicht die Rückkopplung nicht mehr aus, und die

braucher 2 bildet. Der Wert des Ohmschen Wider- io Schwingungen reißen ab, womit der Transistor

Standes des Widerstandes 1 ist im allgemeinen klein wiederum in den nichtleitenden Zustand gebracht ist

im Vergleich zur Impedanz des Verbrauchers 2 (der und der Verbraucher erneut unter Spannung steht.

Einfluß der Oszillatorimpedanz im Ruhezustand ist Die Verschiebung zwischen den beiden genannten

vernachlässigbar), so daß die Spannung an den Klem- Stellungen des beweglichen Magnetkernteils, welche

men des Verbrauchers 2 nur wenig kleiner als die 15 dem Schwingeinsatz bzw. dem Abreißen der Schwin-

Spannung der Stromquelle S ist. gungen entsprechen, gewährleistet vollkommene

Eine Einwirkung auf das bewegliche Teil 4 des Betriebssicherheit ohne jegliche Gefahr von »Rtick-

Kerns derart, daß der Luftspalte verringert wird, sprangeffekten«.

bewirkt eine Zunahme der Kopplung zwischen den Es sei bemerkt, daß man eine so große Windungs-

beiden Wicklungen N₁ und N₂ und führt zu plötz- ao zahl auf dem magnetischen Kreis des Transformators

lichem Einsetzen der Schwingungen. Der Kollektor- anordnen kann, daß durch Annäherung der beiden

strom I_c des Transistors Tr nimmt daher zu und Teile des Kerns die Schwingungen zum Einsatz

.erreicht sehr schnell den Wert gebracht werden, während die Entfernung der beiden

γ Teile des Kerns voneinander nicht zum Abreißen der

Ic = -jt , «5 Schwingungen führt. Man verfügt somit dann über

einen elektronischen Schalter mit Gedächtnis- bzw.

worin V die Spannung der Stromquelle und R den Speicherwirkung, ohne Erfordernis eines Kipp-

Ohmschen Widerstandswert des Widerstandes 1 elements.

bedeutet (der Restspannungsabfall an dem Transistor Um eine zuverlässige Funktion des Schalters bei ist vernachlässigbar). 30 tiefen Temperaturen zu gewährleisten, wo der Ruhe-Dieser Strom fließt durch die Wicklung N₁ des strom und die Verstärkung des Transistors sehr Transformators Tr und induziert einen Strom glei- niedrig sind, kann die Zufügung eines Polarisationscher Größe in der Wicklung N₂ unter der Annahme Stromkreises zweckmäßig sein. Beispielsweise sieht vollkommener Kopplung zwischen den beiden Wick- man hierzu einen Widerstand 5 (vgl. F i g. 2) zwilungen. Der Magnetisierungsstrom des Transfer- 35 sehen dem Kollektor und der Basis des Transistors mators, der zu Beginn Null ist, nimmt zu. Diese Zu- und einen zweiten Widerstand 6 zwischen der Basis nähme hat infolge des Vorhandenseins des Tran- und der Wicklung N₂ des Transformators vor. Der sistors, welcher die Spannung an den Klemmen der letztgenannte Widerstand 6 kann vorzugsweise ein Wicklung N₂ im wesentlichen konstant hält, qaasi- Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, linearen Verlauf. Vorzugsweise ist der magnetische 40 gegebenenfalls mit einem festen Shuntwiderstand, Kreis so dimensioniert, daß seine Sättigung ver- sein, die beide in Reihe mit einem zweiten festen mieden wird. Widerstand liegen. Auf diese Weise kann man einer-Sobald der Magnetisierungsstrom des Transfer- seits die nichtlineare Änderung des Ruhestroms des mators Tf so groß geworden ist, daß er den Basis- Transistors und andererseits die lineare Änderung strom des Transistors Tr aufhebt, hört der Transistor 45 der Basis-Emitter-Spannung in Ab&ängigkeit von der auf, leitfähig zu sein. Die in dem Transformator Temperatur kompensieren.

gespeicherte Energie wird dann in die Kapazität C₁ Die beiden Wicklungen N₁ und N₂ des Transfor-

übergeführt, welche sich auflädt und die Basis des mators Tf können auch von einer einzigen Wicklung

Transistors positiv vorspannt. Der Transistor ist damit mit einer Mittelanzapfung nach Art eines Autotrans-

gesperrt. Bei der folgenden Halbschwingungsperiode, 50 formators gebildet werden; die Mittelanzapfung ist in

nachdem die Kapazität sich in den Transformator diesem Fall mit dem Emitter des Transistors ver-

entladen hat, kehrt. sich die Vorspannung an der bunden, während die beiden Enden der Wicklung mit

Basis um, der Transistor wird erneut leitend, und der der Basis des Transistors bzw. mit dem positiven Pol

Kreislauf beginnt von neuem. der Spannungsquelle S verbunden sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß man bei richtiger 55 Nach einer weiteren Abwandlung kann der magne-Wahl der Schaltungselemente leicht ein den Wert 20 tische Kreis auch aus einem Topfkern mit kompleübersteigendes Verhältnis von Leitfähigkeitsperiode mentären Halbschalen aus magnetischem Sinterwerkdes Transistors zu Sperrperiode erreichen kann. Die stoff gebildet werden, von denen die eine fest und die von den Sperrungen des Transistors herrührenden andere beweglich ist, wobei die feste Halbschale die leichten Pulsationen werden von dem Kondensator C₂ 60 Wicklungen aufweist,
aufgenommen, derart, daß im Schwingzustand die an „
den Klemmen des Verbrauchers liegende Spannung Patentansprüche:
als Gleichspannung sehr geringer Größe (beispiels- 1. Mechanisch betätigbarer kontaktloser Schalweise in der Größenordnung von 0,5 Volt), d. h. ter zum wahlweisen An- und Abschalten einer praktisch äquivalent mit einem Kurzschluß angesehen 65 Gleichspannung an einen von einem Verbraucher, werden kann. Entfernt man das bewegliche Teil 4 mit einem Transformator, dessen magnetischer von dem festen Teil 3 des Magnetkerns, so vergrößert Widerstand durch Änderung des Luftspaltes des sich der Luftspalt e. Die Verringerung der Induktanz Magnetkerns geändert wird, dadurch ge-

kennzeichnet, daß parallel zu dem Verbraucher (2) ein Sperroszillator mit einem Transistor (Tr) und dem Transformator (Tf) geschaltet ist, daß der Schwingeinsatz bzw. das Abreißen der Schwingungen durch eine mechanische Änderung des Luftspaltes (e) gesteuert wird, die eine Änderung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises (3, 4) des Transformators hervorruft, wodurch der Verbraucher (2) unter Spannung gesetzt bzw. von Spannung abgeschaltet wird, und daß die Sperrzeiten des Transistors im Schwingungszustand des Sperroszillators wesentlich kleiner als die Intervalle zwischen diesen Sperrzeiten sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (Tf) zwei in Reihe zueinander liegende Wicklungen (N₁, N₂) aufweist, deren Verbindungsstelle mit dem Emitter des Transistors und deren freie Enden mit der Basis des Transistors bzw. mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle (S) für den Verbraucher verbunden sind, deren negativer Pol mit dem Kollektor des Transistors über einen Widerstand (1) verbunden ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (Tf) aus einer einzigen Wicklung mit einer Mittelanzapfung besteht, welche mit dem Emitter verbunden ist, während die freien Enden der Wicklung mit der Basis des Transistors bzw. mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle des Verbrauchers verbunden sind, deren negativer Pol mit dem Kollektor des Transistors über einen Widerstand (1) verbunden ist.

4. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis des Transformators von einem Topfkern mit zwei Halbschalen gebildet wird, von denen die eine fest und die andere beweglich ist, wobei die Verstellung der beweglichen Halbschale nach Art eines Druckknopfes die An- bzw. Abschaltung der Spannung von dem Verbraucher bewirkt.

5. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis des Transformators aus einem Kern mit zwei Teilen besteht, von denen einer fest und der andere beweglich ist, wobei die Verschiebung des beweglichen Teils nach Art eines Druckknopfes die An- bzw. Abschaltung der Spannung von dem Verbraucher bewirkt.

6. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des Transformators eine solche Windungsanzahl besitzen, daß die Annäherung der beiden Halbschalen des Topfkerns bzw. der beiden Teile (3, 4) des Kerns den Einsatz der Schwingungen bewirkt, ihre Entfernung voneinander, das Abreißen der Schwingungen nicht bewirkt, wodurch ein Schalter mit Gedächtnisbzw. Speicherwirkung erzielt wird.

7. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Verbraucher (2) ein Kondensator (C₂) vorgesehen ist, welcher die von der Sperrung des Transistors herrührenden Spannungsspitzen aufnimmt, wenn der Oszillator sich in seinem Schwingzustand befindet.

8. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Polarisations-Stromkreis aus Widerständen zur Gewährleistung der Funktion des Schalters bei tiefen Temperaturen.

S.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1088542,1088531; Men de, »Leitfaden der Transistortechnik«, 1959, 234.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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