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Polarisiertes elektronisches Relais Die Erfindung betrifft ein polarisiertes
elektronisches Relais, insbesondere Telegrafenrelais, das eine Umsetung von Einfachstrom
in Doppelstrom oder von Doppelstrom in Doppelstrom ermöglicht.
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Es send elektromechanische Telegrafenrelais bekannt, die infolge von
Verschleiß des Kontaktmaterials sowie der stets auftretenden Prellungen einer ständigen
Wartung bedürfen. Da der Abnutzungsgrad dieser Relais relativ hoch ist, müssen sie
nach gewissen Zeiträumen ausgewechselt werden.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Telegrafenrelais für
höhere TElegrafiergeschwindigkeiten (>100 Bd) nicht geeignet sind und auch somit
für die Übertragung von Daten aus elektronischen Rechenmaschinen nicht in Betracht
kommen.
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Hier macht sich der Einsatz besonders geeigneter elektronischer Relais
erforderlich.
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Derartige elektronische Relais müssen sowohl kurzschlußsicher sein
als auch eine galvanische Trennung zwischen Beitungsstromkreis und Arbeitsstromkreis
aufweisen.
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Bekannte Anordnungen, die diesen Bedingungen genügen, verwenden im
Steuerteil hierzu Ferritringkerne mit Rechteckhystereseschleife. Zum Abfragen der
Kerne dienen Impulse eines Tran-Sistorgenerators. Als Relaisausgang ist eine bistabile
Kippstufs vorgesehen.
Von Nachteil hierbei ist, daß hierfür zwei
Ringkerne mit einem relativ hohen Aufwand dazugehöriger Schaltmittel erforderlich
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein polarisiertes elektronisches
Relais, insbesondere Telegrafenrelais, zu schaffen, das beide Betriebsarten ermoglicht,
wobei im Vergleich mit üblichen Telegrafenrelais sowohl die mittlere als auch die
einseitige Ruhe lage gewährleistet sein sollen.
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Dabei wird ebenfalls von Ferritringkernen mit Rechteckhystereseschleife
Gebraucht gemacht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß in der
Lesewicklung mindestens eines Ferritringkernes ein aus einem RC-Glied und einem
steuerbaren Halbleiter mit negativem Kennlinienstück bestehender Nadelimpulsgenerator
eingeschaltet ist. Eine Induktivität dient zur Impulsformung und Störspannungsreduzierung.
Der Ferritringkern besitzt in beiznnter Weise zwei Ausgangswicklungen, die an Je
eine Transistorschaltstufe angeschaltet sind. M Mit Hilfe einer Vorspannung wird
im Ruhezustand der Transistor der einen Schaltstufe in den Durchlaßzustand geschaltet.
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Je nachdem, ob der Transistor der einen Schaltstufe im RuXezustand
vorgespannt ist oder nicht, liegt vergleichsweise ein Telegrafenrelais mit einseitiger
oder mittlerer Ruhelage vor.
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Als steuerbare Halbleiter mit negativem Kennlinienstück eignen sich
Vierschichtdioden, steuerbare Dioden, Thyristoren, Doppelbasisdioden bzw. zwei Komplementärtransistoren
mit einer Zenerdiode.
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Bei Verwendung zweier Ferritringkerne ist der Nadelimpulsgenerator
in die beiden Ferritringkernen gemeinsame Lesewicklung geschaltet.
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Sämtliche Bauelemente lassen sich auf dem Platz eines üblichen Telegrafenrelais
unterbringen.
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Durch unterschiedliche Dimensionierung und entsprechenden Wikkelsinn
der Wicklungen der Ferritringkerne kann die Empfindlichkeit des elektronischen Telegrafenrelais
a die gegebenen Bedingungen angepaßt werden.
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Anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung naher erläutert.
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Hierin zeigen: Fig. 1 ein Relais für beide Betriebsarten Fig. 2 ein
Relais für die Umsetzung von Doppelstrom in Doppelstrom Die in Fig. 1 dargestellte
Ausführung besteht aus einem Ferritringkern K mit einer Ansteuerwicklung W1, einer
Lesewicklung W2 und zwei Ausgangswicklungen W3; W4, einem Nadelimpulsgenerator NG
und zwei Transistorschaltstufen S1 und S2. Der Wickelsinn der Wicklungen W1 bis
W4 ist durch Punkte angedeutet.
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Der Nadelimpulsgenerator NG besteht aus einer Vierschichtdiode V,
und einem RC-Glied R7; C3. In Reihe mit der Vierschichtdiode v liegt eine Induktivität
Dr.
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Die beiden Schaltstufen S1; S2 weisen je einen Transistor TI; T2 mit
den dazugehörigen Widerständen R3; R6, je einen Spannungsteiler R1/R2; R4/R5, je
eine Gläschrichterdiode D1; D2 und je einen Glättungskondensator cl; C2 auf.
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Im Ruhezustand ist das elektronische Relais an der Zeichenseite Z
erregt. Über einen hochohmigen Spannungsteiler R4; R5 ist der Transistor T2 der
zweiten Schalt stufe S2 vorgespannt und damit in Durchlaßrichtung geschaltet. Der
Transistor Ti der Schaltstufe Sl ist gesperrt. Dieser Zustand entspricht einem herkömmlichen
Relais mit einseitiger Ruhelage. Der hochohmige Spannungsteiler R4; R5 liegt dabei
zwischen Minus der Telegrafenbatterie -TB und Mitte der Telegrafenbatterie MTB.
Die Telegrafenleitung ist an Anschlüsse 1; 4 angeschaltet.
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Diese Ansteuerung geschieht s.B. mit Doppelstrom-Telegrafieimpulsen,
z.B. + 20 mA.
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Bei entsprechender Dimensionierung der Wicklungen W1 bis W4 des Ferritringkernes
kann sowohl Doppelstrom in Doppelstrom als auch Einfachstrom in Doppelstrom umgesetzt
werden.
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Der Nadelgenerator NG erzeugt Nadelimpulse mit einer Frequenz von
20 bis 30 kHz. Seine Wirkungsweise ist folgende.
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Am RC-Glied R7/C3 liegt eine Gleichspannung U. Der Kondensator C3
wird über den Widerstand R7 aufgeladen, bis der Momentanwert der Spannung am Kondensator
C3 die Schaltspannung der Vierschichtdiode V erreicht. Die Vierschichtdiode V gelangt
spontan in den Durchlaßzustand und der Kondensator C3 entlädt sich in sehr kurzer
Zeit über den relativ niedrigen Gleichstromwiderstand der Drossel Dr und die Lesewicklung
W2 des Ferritringkernes K. Der Wickelsinn der Lesewicklung W2 ist so gerichtet,
daß durch den auf diese Weise erzeugten Nadelimpuis der Ferritringkern K in die
positive Sättigung gesteuert wird. Unterschreitet der dabei fließende Strom
in
der Lesewicklung W2 den Zur Ausdrechterhaltung des Schaltzustandes erforderlichen
Durchlaßstrom der Vierschichtdiode V, so gelangt die Vierschichtdiode V wieder in
den Sperrzustand und der Kondensator C3 wird erneut aufgeladen, worauf sich der
beschriebene Vorgang wiederholt.
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Der Ferritringkern K bleibt durch die im Takt der Frequenz von 20
bis 30 kHz zugeführten Nadelimpulse im Gebiet der positiven Sättigung. Sein Arbeitspunkt
wandert auf der flachen Ast der Hystereseschleife hin und her, Er durch läuft dann
einen Bereich kleiner Permeabilität, wodurch eine sehr kleine Flußänderung erzielt
wird. Diese Flußänderung ist reversibel, d.h., daß die Feldstärke in den Pausen
zwischen zwei Nadelimpulsen auf Null reduziert wird, wodurch der Ferritringkern
K nahezu in seinen Ausgangszustand zurückgelangt, Durch die geringe Flußänderung
wird in den Ausgangswicklungen W3; W4 des Ferritringkernes K jeweils eine Störspan
nung induziert, und es muß dafür gesorgt werden, daß diese Störspannungen aus die
beiden Transistoren T1; T2 der beiden Schaltstufen S1; S2 ohne Wirkung bleiben.
Zur Reduzierung der Störspannungen dient die Induktivität einer Drossel Dr, die
dafür sorgt, daß die Anstiegszeit der erzeugten Nadelimpulse nicht zu kurz wird;
denn je kürzer die Anstiegszeit ist desto größer wird die Störspannung. Ferner dient
die Drossel Dr zur Impulsformung, da die Impulslänge eines Leseimpulses stets größer
als die Schaltzeit des Ferritringkernes K sein muß.
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Wird das elektronische Telegrafenrelais mit Doppelstrom angesteuert,
so
wird durch den positiven Telegrafieimpuls in der Ansteuerwicklung W1 eine magnetische
Erregung erzeugt, die den Ferritringkern K aus dem Gebiet der bis dahin positiven
Sättigung in das Gebiet der negativen Sättigung umschaltet. Tritt jetzt der nächste
Nadelimpuls auf, so ruft dieser in entgegengesetzter Richtung eine so große Erregung
hervor, daß der Ferritringkern K wieder in die positive Remanenzlage gebracht wird.
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Solange der positive Telegrafieimpuls an der Ansteuerwicklung W1 anliege,
wird der Ferritringkern K zwischen seinen beiden Rem@enzlagen hin- und hergeschaltet.
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Beim jedesmaligen Umschalten des Ferritringkernes K werden in den
Ausgangswicklungen W3; W4 entsprechends Spannungen induziert, die mittels der Dioden
D1; D2 gleichgerichtet und von der nachfolgenden Siebgliedern R1/C1; R4/C2 geglättet
werden.
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Die in der einen Ausgangswicklung W3 induzierte Spannung steuert den
Transistor T1 der Schaltstufe S1 in den Durchlaßzustand, und die in der anderen
Ausgangswicklug W4 induzierte Spannung kompensiert die positive Vorspannung, die
über den Widerstand R5 an der Basis des Transistors T2 der Schaltstufe S2 liegt.
Damit gelangt der Transistor T2 in den Sperrzustand. Das elektronische Telegrafenrelais
ist somit trennseitig erregt. Bei einem negativen Telegrafieimpuls sind die in der
Ansteuerwicklung W1 hervorgerufene Spannung und die durch die Nadelimpulse hervorgerufene
Erregung gleich gerichtet. Der Ferritringkern K verbleibt also in der positiven
Remanenzlage.
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In den Ausgangswicklungen W3; W4 werden keine Spannungen induziert.
Der Transistor T1 in der Schaltstufe S1 wird wieder gesperrt,
während
die statische Vorspannung der Basis des Transistors T2 der Schaltstufe 32 diesen
wieder in den Durchlaßzustand schaltet. Das elektronische Telegrafenrelais ist jetzt
wieder zeichenseitig erregt.
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In gleicher Weise ist es möglich, Einfachstrom in Doppelstrom umzusetzen.
Für die Dauer eines anliegenden Telegrafie-Stromimpulses gelangt der Ferritringkern
K in seine negative Remanenziage, und das elektronische Telegrafenrelais wird wieder
trennseitig erregt, während im Zustand "Kein Strom" nur die statische Vorspannung
am Transistor T2 der Schaltstufe S2 wirksam ist, ss einer zeichenseitigen Erregung
entspricht.
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Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung eines elektronischen Telegrafenrelais
zur Umsetzung von Doppelstrom in Doppelstrom.
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Die Ausführung und der Aufbau des Nadelimpulsgenerators NG und der
beiden Schalt stufen S1 und 52 sind die gleichen wie ir Fig. 1, wobei die statische
Vorspannung am Transistor T2 der Schaltstufe S2 entfällt. Im Gegensatz zu Fig. 1
besitzt das elektronische Telegrafenrelais zwei Ferritringkerne K1; K2 mit einer
gemeinsamen Lesewicklung W2. Die Ansteuerwicklungen W11; W12 beider Ferritringkerne
K1; K2 sind mit ihren Enden zusammengeschaltet.
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Die Wirkungsweise des Nadelimpulsgenerators NG und der Schaltstufe
S1 und S2 ist die gleiche, wie sie vorher beschrieben wurde. Im Ruhezustand, d.h.,
wenn keine Telegrafieimpulse am Eingang 1; 4 anliegen, sind die Transistoren T1;
T2 beider Schaltstufen gesperrt. Dies entspricht einem herkömmlichen Telegrafenrelais
mit mittlerer Ruhelage.
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Beide Ferritringkerne Kl; K2 sind in der positiven Remanenzlage, da
der Nadelimpulsgenerator NG in die gemeinsame Lesewicklung W2 eingeschaltet ist.
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Der Wickelsinn der beiden Ansteuerwicklungen Wil; W12 der Ferritringkerne
Kl; K2 bewirkt, daß sowohl ein positiver als auch ein negativer Telegrafieimpuls
in beiden Ferritringkernen K1; K2 jeweils entsprechend gegensinnig gerichtete magnetische
Erregungen hervorruft.
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Für die Dauer eines positiven Telegrafieimpulses wird der eine Ferritringkern
K1 durch die Nadelimpulse ständig von der positiven in die negative Remanenzlage
umgesteuert. Die bei der Umsteuerung von der positiven in die negative Remanenslage
in der Ausgangswicklung W3 induzierte Spannung versetzt den Transistor T1 der Schaltstufe
51 in den Durchlaßzustand. Dies entspricht einer trennseitigen Erregung des elektronischen
Telegrafenrelais. Der Strom fließt daher von Plus der Telegrafenbatterie +Tb, Anschlußpunkt
n, 'ider.itand 13, Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tl, Anschlußpunkt A,
den nicht dargestellten Verbraucherwiderstand zu der geerdeten Mitte der Telegrafenbatterie
MTB. Die Telegrafenbatterie und der Verbraucherwiderstand sind nicht dargestellt.
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Die im Ferritringkern K2 hervorgerufene Erregung ist mit der durch
die Nadelimpulse erzeugten Erregung gleich gerichtet.
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Beide Durchflutungen addieren sich und der Ferritringkern K2 gelangt
somit nicht in die negative Remanenzlage. In der Ausgangswicklung W3 wird lediglich
eine Störspannung induziert, die nicht ausreicht den Transistor T2 der Schalt stufe
S2 in
den Durchlaßzustand zu versetzen.
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Bei einem negativen Telegrafieimpuls am Eingang 1; 4 sind diese Verhältnisse
umgekehrt, d.h., im Ferritringkern Kl addieren sich die hervorgerufenen gleichsinnigen
Durchflutungen, während im Ferritringkern K2 die Durchflutungen gegensinnig-sind.
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Damit wird der Ferritringkern K2 für die Dauer des anliegenden Telegrafieimpulses
hin- und hergeschaltet. Die in der Ausgangswicklung W4 induzierte Spannung steuert
den Transistor T2 der Schaltstufe S2 in den Durchlaßbereich, während der Transistor
T1 der Schalt stufe S1 gesperrt bleibt. Dies entspricht einer zeichenseitigen Erregung
des elektronischen Telegrafenrelais.
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Der Strom fließt jetzt von der Mitte der Telegrafenbatterie MTB über
den Verbraucherwiderstand, Anschlußpunkt A, Widerstand R6, Kollektor-Emitter-Streoke
des Transistors T2, Anschlußpunkt Z nach Minus der Telegrafenbatterie -TB.
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Wird in der Anordnung Fig. 2 den beiden Ferritringkernen Kl; K2 eine
zusätzliche gemeinsame Wicklung zugefügt und wird diese mit Hilfe einer Spannung
so gepolt, daß die in ihr erzeugte Durchflutung mit der von den Nadelimpulsen erzeugten
Durchflutung im Ferritringkern K1 gleichgerichtet und im Ferritringkern K2 gegensinnig
gerichtet ist, so läßt sich auch Einfachstrom in Doppelstrom umsetzen. Liegt kein
Steuerstrom am Eingang 1; 4, so wird das elektronische Telegrafenrelais zeichenseitig
erregt, liegt Steuerstrom an, so wird es trennseitig erregt.
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Die sich dabei abspielenden Vorgänge sind den bisherigen Vorgängen
analog.
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Sowohl In Fig. 1 als auch in Fig. 2 ist zum Schutz des elektronischen
Relais vor Überströmen, z.B Kurzschluß zwischen den Anschaltepunkten T; Z, zwischen
dem Anschaltepunkt A und
dem Zusammenschaltungspunkt der beiden
Transistoren T1; T2 ein Widerstand K mit positivem Temperaturkoeffizienten (Kaltleiter)
eingefügt. Im normalen Betrieb ist dieser Widerstand K niederohmig (Kaltwiderstand).
Im Uberlastungsfall erreicht der Widerstand K bei einer bestimmten Temperatur seinen
hochohmigen Wert, wodurch der Kollektorstrom des jeweiligen Transistors Tl;T2 der
entsprechenden Schaltstufe S1; S2 äuf einen zulässigen Wert begrenzt wird. Die Steuerenergie
am Eingang der Jeweiligen Schaltstufe S1s 52 reicht aus, um den jeweiligen Transistor
T1;T2 voll durchzusteuern.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen NG = Nadelimpulsgenerator
S1; S2 = Schaltstufen K; Kl; K2 = Ferritringkerne W1 bis W4 = Wicklungen der Ferritringkerne
W11; W12 v = Vierschichtdiode C3/R7 = RC-Glied C1/R1; C2/R4 = Siebglieder R2; R3;
R5; R6 = Widerstände T1; T2 = Transistoren T; A; Z = Anschaltepunkte 1; 4 = Anschlüsse
(Eingang) +TB, -TB = Potentiale der Telegrafenbatterie MTB = = geerdete Mitte der
Telegrafenbatterei Dr = Drossel U = Spannungsquelle