DE1280966B - Bistabil arbeitende Umschaltvorrichtung mit Schutzrohrkontakten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES Α» PATENTAMT Int. Cl.:

HOIh

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21c-45/03

Nummer: 1280 966

Aktenzeichen: P 12 80 966.4-34 (W 32768)

Anmeldetag: 8. August 1962

Auslegetag: 24. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabil arbeitende Umschaltvorrichtung mit elektromagnetisch steuerbaren Schutzrohrkontakten.

In elektrischen Schaltungen sind häufig Umschaltvorgänge erforderlich. Zu diesem Zweck werden Relais mit Umschaltkontakten in großem Umfang verwendet. Die Umschaltkontakte bestehen dabei aus einem Arbeitskontakt und einem Ruhekontakt in Form von zwei festen Kontaktfedern, zwischen denen eine dritte Kontaktfeder bewegt wird. Die Kontaktfedern können so eingestellt werden, daß der Arbeitskontakt schließt, bevor der Ruhekontakt öffnet, oder daß der Ruhekontakt öffnet, bevor der Arbeitskontakt schließt.

Gegenwärtig werden in großem Umfang in Glas eingeschlossene Schutzrohrkontakte verwendet. Diese Kontakte haben sich als sehr zweckmäßig erwiesen. Sie bestehen jedoch nur aus einem einzelnen Arbeitskontakt. Es sind zwar auch schon Anordnungen von einem Arbeitskontakt und einem Ruhekontakt ao in einem einzigen Gehäuse bekannt, aber diese Anordnungen haben sich als relativ teuer in der Herstellung und schwierig in der Steuerung ihrer Eigenschaften erwiesen.

Bei bekannten Versuchen, einzelne Arbeitskontaktrelais zu einer Umschaltvorrichtung zusammenzuschalten, sind spezielle Werte für den Erregungsstrom verwendet worden. Die Grenzwerte für die Erregungsströme waren kritisch, und es bestand eine Abhängigkeit von der Richtung des durch die Kontakte fließenden Stromes. So ist in bekannter Weise ein Permanentmagnet mit einem von zwei Schutzrohrkontakten so gekoppelt worden, daß dieser Kontakt normalerweise geschlossen und der andere Kontakt normalerweise geöffnet ist. Zur Umschaltung wird ein Strom durch die in Reihe geschalteten Wicklungen der beiden Kontakte geführt. Der Strom muß von bestimmter Polarität und Größe sein, damit das Feld des Permanentmagneten aufgehoben wird. Damit ist die Größe des Stromes kritisch, weil einerseits das Feld des Permanentmagneten zwar aufgehoben werden soll, so daß der Schutzrohrkontakt durch seine Federwirkung öffnet, andererseits aber kein zu starkes Feld erzeugt werden darf, weil sonst der Kontakt wieder schließt. Das Problem des Wiederschließens hat sich insbesondere bei Miniatur-Schutzrohrkontakten als störend erwiesen, da die Grenzen zwischen dem Abfallen und dem Schließen des Kontaktes relativ eng sind. Des weiteren können solche Umschaltvorrichtungen bei bestimmten Stromwerten vor dem öffnen schließen und bei anderen Stromwerten vor dem Schließen Bistabil arbeitende Umschaltvorrichtung
mit Schutzrohrkontakten

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Arthur Charles Keller, Bronxville, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. August 1961 (130 321)

öffnen. Das ist bei vielen Anwendungen nicht tragbar.

Bei den bekannten Anordnungen sind die beiden Relais nicht völlig identisch, wie auch in dem oben angeführten Fall, bei dem der eine Schutzrohrkontakt vormagnetisiert ist. Demgemäß haben diese Relais ungleiche Eigenschaften, so daß das öffnen vor dem Schließen ohne Rücksicht auf den Schaltzuzustand nicht gesichert und darüber hinaus die Umschalteigenschaft von der Richtung des Umschaltens abhängig war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von zwei Schutzrohrkontakten eine Umschaltvorrichtung zu schaffen, bei der das Öffnen des jeweils einen Kontaktes vor dem Schließen des jeweils anderen Kontaktes sichergestellt ist und bei der der Erregungsstrom in weiten Grenzen schwanken kann, ohne daß ein Wiederschließen eines Kontaktes auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Umschaltvorrichtung der eingangs genannten Art aus und empfiehlt als ersten Lösungsweg, daß sich jeder Schutzrohrkontakt in einem Eisenring aus permanentmagnetischen Schenkeln und nicht permanentmagnetischem Joch befindet, daß der Eisen-

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weg in jedem der beiden Schutzrohrkontakte mit den Das remanente Material ermöglicht des weiteren

beiden permanentmagnetischen Schenkeln eines eine Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit zusamjeden Eisenringes symmetrische Feldlinienwege bil- men mit der Möglichkeit, auf sehr kurze Impulse det, daß jeder der beiden Eisenringe mit zwei Wick- und bei kleiner Leistung anzusprechen, lungssätzen versehen ist, von denen einer so be- 5 Der Gegenstand nach den Ansprüchen wird Jiachschaffen ist, daß er über den Eisenring ein ring- folgend an Hand der Zeichnung noch im einzelnen förmiges Feld erzeugt, der andere zwei symmetrische, beschrieben. Es zeigt

einander im Eisenring entgegengesetzte und sich über Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel ent-

den Schutzrohrkontakt schließende Felder erzeugt sprechend dem ersten Lösungsweg, und daß die Schutzrohrkontakte so ausgeführt sind, io F i g. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel entdaß ihre Abfallzeiten erheblich kürzer sind als ihre sprechend dem zweiten Lösungsweg. Schließzeiten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist ein

Nach einem zweiten Lösungsweg wird erfindungs- Paar Schutzrohrkontaktrelais B und M vorgesehen, gemäß empfohlen, daß sich jede der beiden Schutz- von denen jedes einen Schutzrohrkontakt 10, 11 entrohrkontakte in einer Hülse aus permanentmagnet!- 15 hält, die innerhalb eines Glasgehäuses 12 dicht einschem Material befindet, daß sich auf der einen geschlossen sind. Jedes Relais weist ein Paar rema-Hülse eine mit einem bipolaren Impulsgeber ver- nentmagnetischer Schenkel 13 mit Jochen 14 auf, bundene Wicklung befindet, die in Reihe liegt mit die einen im wesentlichen rechteckigen Magnetkreis einer Wicklung auf der Hülse, die dem anderen bilden. Die Joche 14 bestehen vorzugsweise aus Schalter zugeordnet ist, deren anderes Ende am 20 nichtremanentem Material, z. B. 45-Permalloy, wäh-Verzweigungspunkt zweier antiparallel geschalteter rend die Stäbe 13 vorteilhafterweise aus warmbe-Gleichrichter liegt, und daß an jedem dieser beiden handeltem Werkstoffstahl mit hohem Kohlenstoffge-Gleichrichter zwei in Reihe liegende Wicklungen halt bestehen, der die gewünschten remanentmagneliegen, von denen je eine in zueinander entgegenge- tischen Eigenschaften besitzt. Die Schutzrohrrelais B setztem Wicklungssinn die dem einen Schutzrohr- 25 und M können Miniaturrelais sein. Die Kontaktkontakt zugeordnete Hülse umgibt, während je- zungen 10 und 11 bestehen aus einer magnetischen weils die andere Wicklung die Hülse des anderen Legierung mit z. B. 51 % Nickel und 49 ο/α Eisen. Schutzrohrkontaktes gleichfalls im zueinander ent- Diese Schutzrohrkontakte sind ohne Anschlußleigegengesetzten Wicklungssinn umgibt und die Enden tungen etwa 1,9 cm lang und haben einen Durchdieser in Reihe liegenden Wicklungspaare am ande- 30 messer von 0,32 cm. Eine der Eigenschaften dieser ren Pol des Impulsgebers liegen. Kontakte besteht darin, daß ihre Abfallzeit kürzer

Bei einer Vorrichtung nach dem ersten Lösungs- als ihre Schließzeit ist. Bei der dargestellten Ausweg werden zur Umschaltung zwei getrennten Strom- führungsform beträgt die Abfallzeit etwa 0,5 ms und kreisen Impulse zugeführt, während bei einer Vor- die Schließzeit etwa 1 ms.

richtung nach dem zweiten Lösungsweg nur ein 35 Die beiden im wesentlichen gleichen Schutzrohr-Stromkreis vorgesehen ist, dem Impulse unterschied- relais B und M werden mit ihren Kontakten und licher Polarität zugeführt werden. Wicklungen so zusammengeschaltet, daß eine Um-

Bei beiden Lösungen werden zwei Schutzrohr- schaltvorrichtung mit sicherem Öffnen vor dem kontakte zusammen mit remanentmagnetischen Tei- Schließen entsteht. Die Kontaktzungen 10 jedes Konlen verwendet, d. h. Teilen mit einer im wesentlichen 40 taktes sind zusammen und an eine gemeinsame Ausrechteckigen Hysteresisschleife. gangsklemme 17 geschaltet, während die Kontakt-Da die Abfallzeiten der Schutzrohrkontakte zungen 11 je mit einer getrennten Eingangsklemme wesentlich kürzer als ihre Schließzeiten sind, ist 18 verbunden sind. Im normalen Betriebszustand sichergestellt, daß der eine Kontakt der Umschalt- ist der Schutzrohrschalter B normalerweise geschlosvorrichtung öffnet, bevor der andere Kontakt 45 sen und stellt den Ruhekontakt dar, während der schließt. Zur Umschaltung genügen wegen der rema- Schutzrohrschalter M offen ist und den Arbeitsnenten Teile kurze Impulse, so daß nach dem Um- kontakt bildet.

schalten kein Strom mehr verbraucht wird. Es sind zwei Erregerstromkreise vorgesehen, von

Bei Verwendung im wesentlichen gleicher Schutz- denen jeder in Reihe über je eine Wicklung auf rohrkontakte sind die Betriebseigenschaften der Um- 50 jedem remanenten Schenkel 13 führt und mit einer schaltvorrichtung unabhängig von der Richtung der Impulsquelle 19, 20 verbunden ist. Der erste Strom-Umschaltung gleich, da die beiden Kontakte im kreis, der den oben angegebenen normalen Zustand wesentlichen gleiche dynamische Eigenschaften be- der Schaltung herstellt, enthält die Wicklungen 21 sitzen. Dazu zählen die Masse der Kontaktzungen bis 24, und der zweite Stromkreis, der den Umschalt- und die physikalische Anordnung der Teile. Da 55 zustand herstellt, enthält die Wicklungen 26 bis 29. keine Vormagnetisierung verwendet wird, können Jede Wicklung erzeugt einen Magnetfluß in ihrem die Stromimpulse eine große Amplitude in einem Schenkel 13 in der Richtung des in der Wicklung weiten Bereich haben, ohne daß ein Wiederschlie- dargestellten Pfeiles.

ßen des geöffneten Kontaktes auftritt. Beim Anlegen eines negativen Impulses 31 von der

Durch das remanentmagnetischeMaterialwirdsomit 60 Impulsquelle 20 an den unteren Stromkreis mit den der weitere Vorteil erreicht, daß ein Überstrom keine Wicklungen 26 bis 29 werden in den Schenkeln 13 falsche Betätigung oder Wiederbetätigung verursacht. des Schalters B gleichgerichtete Flüsse und in den Bei höheren Strompegeln, bei denen bekannte vor- Schenkeln 13 des Schalters M entgegengesetzte magnetisiert« Relais nicht sicher arbeiten, wird das Flüsse erzeugt. Im Schalter M schließen sich dann remanente Material gesättigt und verhindert eine 65 die Felder über den Schutzrohrkontakt 10, 11, wähfalsche Funktion. Demgemäß ist die Umschaltung rend im Schalter B ein ringförmiges Feld entsteht unabhängig von dem den Wicklungen zugeführten und der Schutzrohrkontakt feldfrei ist. Demgemäß Strom.. schließt der SchalterM seinen Kontakt, und der

Kontakt des Schalters B öffnet. Wegen der oben erläuterten Betriebszeiten öffnet der Kontakt des Schalters B, bevor der Kontakt des Schalters M schließt.

Das Umschalten ist offensichtlich nicht abhängig von der Höhe des Stromes, und ein falscher Schaltzustand kann nicht auftreten. Des weiteren findet keine Wiederbetätigung des abgefallenen Kontaktes statt. Das Umschalten ist außerdem unabhängig von der Richtung des durch die Kontakte fließenden Stromes.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform werden Ferreed-Schalter mit remanenten Rohrslükken 36 verwendet, die in der obenerwähnten Arbeit von Feiner und anderen beschrieben sind. Bei dieser Ausführungsform wird eine einzelne bipolare Impulsquelle 35 verwendet, deren positiver Impuls

38 ein Abfallen des Schutzrohrkontaktes des Schalters B' und ein Schließen des Schutzrohrkontaktes des Schalters M' verursacht. Die negativen Impulse

39 führen den Umschalter in seinen normalen Zustand zurück, wobei der Schalter B' geschlossen und der Schalter M' geöffnet ist.

Die Wicklungen 40 und 41 der Schalter B' und M' sind zwei Reihenstromkreisen gemeinsam. Der Reihenstromkreis für den positiven Impuls 38, welcher die Umschaltung aus dem normalen Zustand bewirkt, enthält die Wicklungen 40 und 41, die Diode 42 und die Wicklungen 43 und 44. Der Reihenstromkreis für den negativen Impuls 39, der den Umschalter in seinen normalen Zustand zurückführt, enthält die Wicklungen 40 und 41, die Diode 45 und die Wicklungen 46 und 47. Die neben den Wicklungen 40 und 41 in der Zeichnung dargestellten Pfeile 50 und 51 stellen die Richtung des Magnetflusses für den positiven Impuls 38 dar. Wie ersichtlich, zeigt der Pfeil 50 in die entgegengesetzte Richtung wie der Pfeil 52, der die Richtung des Magnetflusses für den Impuls 38 durch die Wicklung 44 angibt. Das bedeutet, daß der Schutzrohrkontakt des Schalters B' auf Grund des positiven Impulses öffnet. Beim Schalter M' zeigt dagegen der Pfeil 51 in dieselbe Richtung wie der Pfeil 53, der den Magnetfluß der Wicklung 43 beim Durchgang des Impulses 38 darstellt. Der Schutzrohrkontakt des Schalters M' schließt also. Für den negativen Impuls 39 sind die Richtung des Magnetflusses der Wicklungen 40 und 41 und somit die Richtung der Pfeile 50 und 51 umgekehrt. Die Pfeilpaare, die jetzt den Zustand der Schalter B' und M' angeben, sind: 50 (umgekehrt), 54, 51 (umgekehrt) und 55.

Obwohl oben angegeben ist, daß vorteilhafterweise Miniatur-Schutzrohrschalter verwendet werden, können auch andere abgedichtete Schutzrohrschalter einschließlich quecksilberbenetzter Schalter eingesetzt werden.

Patentschutz wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich seiner Rückbeziehung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Bistabil arbeitende Umschaltvorrichtung mit elektromagnetisch steuerbaren Schutzrohrkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Schutzrohrkontakt in einem Eisenring aus permanentmagnetischen Schenkeln (13) und nichtpermanentmagnetischem Joch (14) befindet, daß der Eisenweg in jedem der beiden Schutzrohrkontakte mit den beiden permanentmagnetischen Schenkeln eines jeden Eisenringes symmetrische Feldlinienwege bildet, daß jeder der beiden Eisenringe (13-14-13-14) mit zwei Wicklungssätzen (21,22; 26,27) versehen ist, von denen einer so beschaffen ist, daß er über den Eisenring ein ringförmiges Feld (26, 27) erzeugt, der andere (21, 22) zwei symmetrische, einander im Eisenring entgegengesetzte und sich über den Schutzrohrkontakt (11) schließende Felder erzeugt, und daß die Schutzrohrkontakte so ausgeführt sind, daß ihre Abfallzeiten erheblich kürzer sind als ihre Schließzeiten.

2. Bistabil arbeitende Umschaltvorrichtung mit elektromagnetisch steuerbaren Schutzrohrkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder der beiden Schutzrohrkontakte (B', M') in einer Hülse (36) aus permanentmagnetischem Material befindet, daß sich auf der einen Hülse eine mit einem bipolaren Impulsgeber (35) verbundene Wicklung (40) befindet, die in Reihe liegt mit einer Wicklung (41) auf der Hülse (36), die dem anderen Schalter (M') zugeordnet ist, deren anderes Ende am Verzweigungspunkt zweier antiparallel geschalteter Gleichrichter (42, 45) liegt, und daß an jedem dieser beiden Gleichrichter (42, 45) zwei in Reihe liegende Wicklungen (43, 44; 46,47) liegen, von denen je eine (43, 46) in zueinander entgegengesetztem Wicklungssinn die dem einen Schutzrohrkontakt (M') zugeordnete Hülse (36) umgibt, während jeweils die andere Wicklung (44, 47) die Hülse (36) des anderen Schutzrohrkontaktes (B') gleichfalls im zueinander entgegengesetzten Wicklungssinn umgibt und die Enden dieser in Reihe liegenden Wicklungspaare am anderen Pol des Impulsgebers (35) liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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