DE1236074B - Elektromagnetische Schutzrohrkontaktvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTWWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-4/01

Nummer: 1236 074

Aktenzeichen: W 31625 VIII c/21:

1 236 074 Anmeldetag: 6.Februar 1962

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Schutzrohrkontaktvorrichtung mit einem in einem Schutzgefäß angeordneten, aus einem bewegbaren Anker und zwei feststehenden Kontaktgliedern bestehenden Kontaktsystem, bei der außerhalb des Schutzgefäßes die Kontaktglieder jeweils mit einem Permanentmagneten verbunden und zur Steuerung der Ankerbewegung Erregerwicklungen auf den Schenkeln eines zweiteiligen Kerns vorgesehen sind.

Ein wichtiges und wesentliches Element in Fernsprechvermittlungssystemen und anderen Nachrichtenübertragungssystemen ist bisher das Relais gewesen. Dieses hat sich als wirtschaftliches und zuverlässiges Mittel zum Verbinden von Stromkreisen erwiesen. Es benutzt metallische Kontakte zum Schließen der Übertragswege.

In dem Aufsatz »An Experimental Switching System Using New Electronic Techniques« von A. E. Joel jr. in »Bell System Technical Journal«, Bd. 37, September 1958, S. 1091, ist ein elektronisches Fernsprechvermittlungssystem beschrieben, bei dem die Schaltgeschwindigkeit um ein Vielfaches größer als diejenige üblicher kommerzieller Systeme ist. Die heute allgemein in Gebrauch befindlichen Arten elektromagnetischer Relais erfüllen hinsichtlich der Ansprechzeit die Minimalforderungen elektronischer Vermittlungssysteme nicht, wenn sie auch eine sehr erwünschte Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit aufweisen.

Bei einem bekannten Relais der üblichen niedrigen Ansprechgeschwindigkeit sind zwei je eine Spule tragende Kerne vorgesehen, die an beiden Enden miteinander durch Jochstücke überbrückt sind. Den beiden Jochstücken liegt ein gemeinsamer Anker gegenüber. Wird hierbei nur eine der Spulen erregt, so verläuft der resultierende Magnetfluß innerhalb des durch die Kerne und Jochstücke gebildeten Kreises. Werden dagegen beide Spulen gleichsinnig erregt, so werden die beiden Jochstücke zum Nord- bzw. Südpol, so daß nunmehr Feldlinien austreten und das Anziehen des Ankers verursachen können. Das bekannte Relais zieht daher nur an, wenn und solange beide Spulen gleichsinnig erregt werden.

Bei anderen Schalteinrichtungen mit dem Ziel, einen verhältnismäßig langsam ansprechenden mechanischen Schalter an die hohe Geschwindigkeit elektronischer Steuersignale anzupassen, wird die Anpassung dadurch erreicht, daß ein bistabiles remanentmagnetisches Element mit einem magnetisch ansprechenden mechanischen Schalter vereinigt wird.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Schaltvorrichtung hoher Ansprechgeschwindigkeit der eingangs Elektromagnetische
Schutzrohrkontaktvorrichtung

Anmelder:

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

Vertreter:

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

Als Erfinder benannt:

Edward Charles Hellstrom, North Bergen, N. J.;
Charles Eugene Pollard jun.,
Hohokus, N. J. (V.StA.)

'

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. März 1961 (99 924)

beschriebenen Art zu schaffen, die zwei stabile Schaltlagen einnehmen kann, zum Umschalten von der einen in die andere Schaltlage nur einen Impuls benötigt und bei der ein Umschalten nur erfolgt, wenn beide Spulen koinzident erregt werden. Insbesondere soll hierbei Vorsorge dafür getroffen werden, daß bei Verwendung eines und desselben konstruktiven Aufbaues die für ein Ansprechen erforderliche Impulslänge, die im Einzelfall auch im Mikrosekundenbereich liegen kann, bei der Herstellung auf einfachste Weise auf den gewünschten Wert gebracht werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung für eine elektrische Schaltvorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Kern ein Paar aneinander angrenzender U-förmiger, nicht remanentmagnetischer Teile aufweist, deren Enden zur Erzeugung einer zwischen den beiden Kernteilen auftretenden Kopplung niedriger Reluktanz magnetisch miteinander verbunden sind, und daß eine Platte magnetischen Materials an einem Ende mit den Kernteilen verbunden ist und sich mit dem anderen Ende in das Gebiet der Kontaktglieder erstreckt, um die in den Kernteilen auftretende Impulsmagnetisiereffekte auf die Kontaktglieder zu übertragen.

Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird eine abgeschmolzene Schaltereinheit

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benutzt, die einen mit Quecksilber bedeckten und zugleich als beweglicher Kontakt dienenden Anker aufweist, der zwischen zwei gegenüberliegenden feststehenden Kontakten bewegt werden kann. Die Anschlüsse der feststehenden Kontakte führen durch das die Schaltereinheit einschließende Gefäß und tragen außerhalb des Gefäßes je einen Permanentmagneten derart, daß entgegengesetzte magnetische Polaritäten an den feststehenden Kontakten erzeugt werden. Der zugehörige magnetische Kreis weist zwei U-förmige aneinanderstoßende Kerne auf, die an ihrer Stoßfuge verkittet sind, ferner eine Erregungswicklung für jeden Kern und als Platte eine rechteckige Platte aus remanentmagnetischem Material, die über eine Stoßfuge des Kernes angebracht und sich in den Raum vor und zwischen den Anschlüssen der Schalterpole erstreckt. Eine gleichzeitige und gleichsinnige Erregung bewirkt, daß ein Fluß durch die remanentmagnetische Platte geht, wodurch eine Vormagnetisierung bewirkt wird, und damit der Anker von demjenigen Kontakt, an dem er anliegt, abgehoben und zum gegenüberliegenden Kontakt bewegt wird.

Bei dieser Ausführungsform bestehen die Kernteile aus nichtremanentem Material, z. B. aus Mangan-Zink-Ferrit, während die rechteckige Platte aus hartem Ferrit besteht, z. B. aus Kobalt-Ferrit, einem remanentmagnetischen Material. Diese Anordnung, bei der das remanentmagnetische Teil, nämlich die Platte, magnetisch mit dem zweiteiligen, nichtremanenten Kern gekoppelt ist und sich in das Gebiet der gegenüberliegenden Kontaktteile erstreckt, erlaubt eine Betätigung mit kurzen Impulsen im Mikrosekundenbereich, wobei eine fehlerhafte Betätigung durch Erregen nur eines Kernteiles nicht möglich ist.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes gleicht der allgemeine Aufbau der Schalteinrichtungen im wesentlichen der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß an Stelle der remanentmagnetischen Platte ein Element mit niedrigem magnetischem Widerstand benutzt wird. Diese Ausführungsform ist für eine Betätigung mit wesentlich längeren Stromimpulsen als die erste bestimmt.

Sonach wird entsprechend der Erfindung ein aus zwei Teilen bestehender Kern als Steuerelement für eine Schaltereinheit verwendet, wobei auf jedem Kernteil eine Wicklung aufgebracht ist und ein weiteres magnetisches Teil mit den beiden Kernteilen an einem Ende verbunden ist und sich bis zur Schaltereinheit erstreckt. Das magnetische Teil bietet dem magnetischen Fiuß einen höheren Widerstand als jeder Kernteil, wenn nur eine der Wicklungen erregt wird. Es wird daher der Fluß zur Betätigung der Schaltereinheit nur dann durch das magnetische Teil geführt, wenn beide Kernteile parallel erregt werden. Das magnetische Teil kann hierbei remanentmagnetisch oder nichtremanentmagnetisch sein, so daß hinsichtlich der Wahl der Länge des erforderlichen Ansprechimpulses große Freizügigkeit besteht. Hierbei muß lediglich Vorsorge dafür getroffen werden, daß der zweiteilige Kern aus einem Material hergestellt wird, dessen magnetischer Widerstand im Vergleich zu dem des magnetischen Teiles verhältnismäßig niedrig ist, also aus einem Material, mit dem Stoßverbindungen niedrigen magnetischen Widerstandes leicht erreichbar sind, das eine hohe Permeabilität aufweist und einen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand zeigt, so daß Wirbelstromverluste vermieden werden können.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 der Zeichnung ist eine perspektivische Ansicht eines speziellen Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes;

F i g. 2 ist eine Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1;

F i g. 3 ist eine teilweise aufgeschnittene Rückansicht der Einrichtung der Fig. 1;

F i g. 4 ist eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes;

Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Einrichtung nach der F i g. 4.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine elektromagnetische Anordnung dargestellt, die aus zwei U-förmigen magnetischen Kernen 11 und 12 mit den Spulen 13 und 14 besteht, wobei die beiden Kerne zusammenstoßen und an ihrer Verbindung verkittet sind. Die Kerne 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus Mangan-Zink-Ferrit, da dieses Material eine hohe Permeabilität und einen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand aufweist und da bei seiner Verwendung Stoßverbindungen mit niedrigem magnetischem Widerstand leicht erreichbar sind. Die elektromagnetische Anordnung wird in unmittelbarer Nähe des Quersilberkontaktschalters 17 durch eine geeignete Platte 18 gehalten, die vorzugsweise aus isolierendem Material besteht.

Die Kontaktzuführungen 21 und 22 sind durch die obere Wand des Glasgefäßes der Schalteranordnung 17 geführt und erstrecken sich, wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht, in das Gefäß, um dort die sich gegenüberliegenden feststehenden Kontakte zu bilden. An den Zuführungen 21 und 22 sind zum Zwecke der Vormagnetisierung die permanenten Magneten 23 und 24, z. B. durch Schweißen, befestigt. Sie sind so ausgerichtet, daß die Pole 21 und 22 mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert werden. Der Anker 27 (F i g. 3), der sich zwischen den sich gegenüberliegenden feststehenden Kontakten bewegt, ist vorteilhafterweise mit kapillaren Rillen versehen, so daß während der Bewegung des Ankers Quecksilber aus dem Vorrat 28 abgesaugt und zu dem Kontaktgebiet übertragen wird.

An der oberen Stoßfuge der miteinander verbundenen Kerne 11 und 12 ist eine Platte 41 aus remanentmagnetischem Material befestigt, die — wie aus F i g. 2 hervorgeht — mit ihrem freien Ende in den Raum vor und zwischen den Kontaktzuführungen 21 und 22 hineinragt. Die Platte 41 soll aus sogenanntem hartem Ferritmaterial bestehen, z. B. aus Kobalt-Ferrit, und soll in der Lage sein, eine Vielzahl von stabilen remanenten Magnetisierungszuständen anzunehmen. Die Arbeitsweise der dargestellten Einrichtung ist die folgende:

Der Anker 27 wird infolge der Vormagnetisierung normalerweise mit demjenigen Kontakt in Berührung stehen, mit dem er zuletzt in Eingriff gekommen ist. Doch kommt er in Eingriff mit dem gegenüberliegenden Kontakt, wenn eine kleine Änderung der relativen Stärke des in den Zuführungen 21 und 22 induzierten magnetischen Feldes entsteht. Wenn zunächst angenommen wird, daß die Wicklungen 13 und 14 parallel erregt werden, so entstehen in den Kernen 11 und 12 entgegengesetzte magnetische Flüsse. Diese können beispielsweise im Kern 11 im Uhrzeigersinn verlaufen, während die Flußlinien im Kern 12 entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert sind. Diese ent-

Claims (3)

gegengesetzten Flüsse, die sich an der oberen Verbindung der Kerne 11 und 12 treffen, bewirken, daß der Fluß durch die Ferritplatte 41 zu den Zuführungen 21 und 22 verläuft, und daß dort eine Vormagnetisierung entsteht, welche bewirkt, daß der Anker 27 sich von dem feststehenden Kontakt, mit dem er im Eingriff war, zu dem gegenüberliegenden Kontakt bewegt. Selbstverständlich braucht die Erregung der Spulen 13 und 14 nur eine kurze Zeit zu dauern. Ferner kann wegen der remanenten magnetischen Eigenschaft des Teils 41 die tatsächliche Betätigung des Ankers 27 entsprechend der normalen Ansprechzeit der Einrichtung verzögert werden. Es sei nun angenommen, daß nur eine Wicklung, z. B. die Wicklung 13, erregt wurde. Dann fließt praktisch kein Fluß, der im Kern 11 entsteht, in die harte Ferritplatte 41, da ein Weg mit viel geringerem magnetischem Widerstand durch den Kern 12 offen ist. Der magnetische Zustand der Platte 41 bleibt daher ungeändert, und der Anker 27 wird nicht von demjenigen Kontakt fortbewegt, mit dem er im Eingriff ist. Offenbar kann daher bei der vorstehend beschriebenen Anordnung eine Betätigung des Schalters nicht stattfinden, wenn nur eine Spule erregt wird. Dies gilt ohne Rücksicht auf die Polarität oder die Größe des erregenden Impulses. Der Schalter ist daher besonders für Kreuzpunkte geeignet, bei denen eine Betätigung stattfinden soll, wenn zwei Kreise erregt werden, bei denen jedoch eine fehlerhafte Betätigung durch Erregen nur eines Kreises verhindert werden muß. Nach der ersten Betätigung der Einrichtung in der oben beschriebenen Weise kann der Anker durch Erregen beider Wicklungen 13 und 14 in der entgegengesetzten Richtung wieder zum gegenüberliegenden Kontakt hin bewegt werden. Durch diese Erregung wird die Magnetisierung des Ferritteils 41 umgekehrt und eine Vormagnetisierung erzeugt, welche den Anker 27 von demjenigen Kontakt, mit dem er im Eingriff ist, zu dem gegenüberliegenden Kontakt umschaltet. In den F i g. 4 und 5 ist eine zweite spezielle Ausführung des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Diese Ausführung eignet sich für eine Betätigung mit Impulsen, die wesentlich länger sind als bei der zuerst beschriebenen Ausführung. Es sei angenommen, daß der Schalteraufbau 42 dieser Ausführung der gleiche ist wie der Schalteraufbau 17 der vorher beschriebenen Ausführung. Die elektromagnetische Anordnung besteht aus den Kernen 43 und 44 aus hochpermeablem Material mit den entsprechenden Wicklungen 47 und 48. Die Kerne sind an ihren unteren Enden durch die Klammer 41 verbunden und an ihren oberen Enden, z. B. durch Schweißen, an dem rechteckigen Block 52 befestigt. Die Verbindungsstücke 51 und 52 bestehen vorzugsweise aus hochpermeablem Material. Die elektromagnetische Anordnung ist an dem Gefäß des Schalters 42 durch geeignete Klebemittel oder andere Mittel befestigt. An den Kontaktzuführungen 57 und 58 sind wiederum die permanenten Magneten 53 und 54 befestigt. Sie dienen demselben Zweck, wie die oben an Hand der ersten Ausführung beschriebenen Magneten. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist das obere verbindende Endstück 52 verlängert, um den Fluß in das Gebiet zwischen den Zuführungen 57 und 58 zu leiten. Die Arbeitsweise der Einrichtung der F i g. 4 und 5 gleicht derjenigen der zuerst beschriebenen Einrichtung. Da jedoch die Ansprechzeit in diesem Fall der Länge der vorgesehenen Steuerimpulse angepaßt ist, ist es nicht notwendig, ein magnetisch remanentes Endstück vorzusehen. Wenn beide Spulen 47 und 48 parallel erregt werden, entstehen in den Kernen 43 und 44 entgegengesetzte Flußwege, so daß ein ausreichender Fluß im Endstück 52 mit niedrigem magnetischem Widerstand und damit in dem Gebiet zwischen den Zuführungen 57 und 58 induziert wird, um eine Bewegung des Ankers von demjenigen Kontakt, mit dem er im Eingriff ist, zu dem gegenüberliegenden Kontakt zu bewirken. Wenn jedoch nur eine der Wicklungen erregt wird, dann reicht der im Endstück induzierte Fluß nicht aus, um den Schalter zu betätigen, und zwar sowohl infolge der Ausdehnung des Teils 52 als auch infolge des Rückweges mit niedrigem magnetischem Widerstand durch den anderen Kern, da das für die Kernteile 43 und 44 benutzte Material einen geringeren magnetischen Widerstand als dasjenige des Endteils 52 aufweist. Die Einrichtung ist daher, wie die zuerst beschriebene Ausführung, insbesondere für Kreuzpunkte geeignet, da eine Betätigung nur bei Erregung beider Spulen erreicht werden kann und eine fehlerhafte Betätigung bei Erregung nur einer Spule verhindert wird. Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Schutzrohrkontaktvorrichtung mit einem in einem Schutzgefäß angeordneten, aus einem bewegbaren Anker und zwei feststehenden Kontaktgliedern bestehenden Kontaktsystem, bei der außerhalb des Schutzgefäßes Kontaktglieder jeweils mit einem Permanentmagneten verbunden und zur Steuerung der Ankerbewegung Erregerwicklungen auf den Schenkeln eines zweiteiligen Kerns vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein Paar aneinandergrenzender U-förmiger, nichtremanentmagnetischer Teile aufweist, deren Enden zur Erzeugung einer zwischen den beiden Kernteilen auftretenden Kopplung niedriger Reluktanz magnetisch miteinander verbunden sind, und daß eine Platte magnetischen Materials an einem Ende mit den Kernteilen verbunden ist und sich mit dem anderen Ende in das Gebiet der Kontaktglieder erstreckt, um die in den Kernteilen auftretenden Impulsmagnetisiereffekte auf die Kontaktglieder zu übertragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus remanentmagnetischem Material besteht, so daß die Vorrichtung auf Impulse des Mikrosekundenbereiches anspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus nichtremanentmagnetischem Material besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 818 981;
französische Patentschrift Nr. 858 746;
»The Bell Syst. Technical Journal«, 1960, Januar, S. 1 bis 30.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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