DE1942103A1

DE1942103A1 - Statisches Relais

Info

Publication number: DE1942103A1
Application number: DE19691942103
Authority: DE
Inventors: Stewart Jun Victor E
Original assignee: McGraw Edison Co
Current assignee: McGraw Edison Co
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1969-08-19
Publication date: 1971-03-04
Also published as: DE1942103B2; CH511537A; US3523187A; BE737738A; GB1280489A

Description

D.PL.-INQ. H. STEHMANN * DIPL.-PHYS. DR. K. SCHWEINZER tel: kanziei »11/203727 privat:77««

TELEGRAMM-ADRESSE: STEHPATENT PATENTANWALT E TELEX Oi 25135

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ICl/ O -inn DEUTSCHEBANKAG-NORNBERGNR₁MIm

On Δ IUo POSTSCHECKKONTO: NÜRNBERG 47081

■ Nürnberg, den 18.8.69 18/47

McQraw-Edison Company, 333 West River Road, Elgin,Illinois

(USA)

"Statisehes Relais"

Die Erfindung betrifft ein statisches Relais, das auf Brregungshöhe- und/oder Zeit eines vorgegebenen elektrischen Signals anspricht, bestehend und ersten und zweiten alt Anechlußkleeeen verbundenen Sohaltmltteln, wobei die ersten Schaltalttel Impedanzen alt einer Vielzahl von Widerstandswerten aufweisen und wobei die «weiten Sohaltmittel auf die BrregungsbShe anspireohendc Mittel aufweisen« dl· alt den ersten Sohaltaitteln in Wirkverbindung stehen, ua deren Widerstandswert· In Abhängigkeit von einer vorbestimmten Brregung hin su Indern.

Or bestimmte AnwendungsfXlle 1st es wünschenswert, ein statisch·· RsIaIs zur Verfügung zu haben, das auf dl· Frequenz oder dl· BrregungshBh· In AbhKngigfcslt von der Zeit anspricht. Beispielsweise kann es in ein·« automatischen F· ώ-NefgerMte {ZählerMbleeearitea unter Verwendung einer Telefomnlage wünschenswert sein, ein Relais tür Kopplung eines Antworfcsenders, d.h. eines Sender-lepfangere, dar nach Sapfang des zugehörigen Abfragebefehle automatisch identlfisleirbar· Signale aussendet, an Ttlefoßleitungen auf den Impfang einer vorbestlaaten Brregung hin, zur Verfügung su haben, wob·! *** Relais Jedoch nicht auf Klingel« und

ιη9βΐο/1β72 "^a-

KIi d·· AulH«ai»«fh»l!nU gilt die G»bUhf»nordnung der oJitWtM ÄlJnifn*»llUi*iM·»*· G»fl*imend für laliiun« untt Zahlung: NUmhtrf G»»pr»dw em rwniprather h«b«n kein· r«dilivarb|ndlldi« Wirkung.

und Wählsignale, die von verhältnisroäSlg höherer Spannung aber kürzerer Zeitdauer sind, ansprechen soll. Hierbei kann es weiterhin wünschenswert sein» statische Relais vorzusehen» die auf vorgegebene Frequenzbereiche oder die übertragung geringer Energiemengen ansprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« ein statisches Relais zu schaffen» das auf Größe und/oder Zeit einer Erregung anspricht, welches Speichereigenschaften aufweist, das einen verhältnismäßig hohen Wechsel- und Gleichspannungswiderstand im ausgeschalteten und relativ niedrigen Wechsel- und Gleiohepannungewiderstand im eingeschaltetem Zustand aufweist und das zweiseitig gerichtet ist, und ferner einen statischen Schaltkreis anzugeben« der frequenssabhinglg ist sowie einen frequensabhXngigeii statischen Schaltkreis, der durch Übertragung verhältnismäßig geringer Energie aktiviert wird. . .

Diese Aufgab« wird bei einem statischen Relais der eingangs erläuterte» Ärfe erfinäungsgenäSim wesentlichen dadurch gelöst, dft* Xmpddftnzelement· mit einer Vielzahl von Wider»* tttanaawe?t«n WtA auf Erregussgshghen ansprechende Schaltmitt«l_? wobei letztere die Wlderetandswert« der ereteren in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Erregung verändern· und f#i*nt™ ^»rgi«8p@loh«r#l«m«iit· $un Mmpfmg-ümr S?re- und sue* Betätigt d©« ümrmt- aiaaprsoherkdtn Soteit·

Werfe

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Beschreibung von Aueführungsbeispielen nach der Zeichnung nachstehend erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in scheBatischer !Darstellung eine Fern-Zähier-Ableseanlage mit einem statischen Heiais gemäß der Erfindung«

Fig. 2 einen auf Band-Frequenzen ansprechenden Schaltkreis, und Fig. 3 einen auf hohe Frequenzen ansprechenden Schaltkreis.

Ih Flg. 1 ist schematison eine automatische Fern-Me£geräte~ (Zähler)-Ableseanlage dargestellt« in der ein statisches Relais 10 gemäßder Erfindung verwendbar ist und die einen Kodierer 11 aufweist, der einerseits nechanisoh mit dem abzulesenden Zählgerät 12 und andererseits mit Telefonleitungen 13 eines Benutzers oder Verbrauchers über das statische Relais 10 gekoppelt ist. Zusätzlich ist ein Abfragesender in einer Telefonzentrale 16 alt der Telefonleitung 13 Über einen Leitungswähler 17 und einen Fernauslöser (remote

.18 transmitter exciter ysowie verschiedenen nicht dargestellten, an sich bekannten TelefonausrUstungegegenständen verbunden.

Die Einzelheiten des Kodierers 11, des Zählers 12, des Abfragesenders 15* des Leitungswähler 17 und des Fernauslösesenders 18 bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung und «eind demzufolge nicht im einzelnen beschrieben und dar-

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gestellt. Es reicht zum Verständnis der Erfindung aus fest? zustellen, dag dann, wenn der Zähler 12 abgelesen werden soll, der Abfragesender 15 betätigt wird und seinerseits den !leitungswähler 17 und den Fernauslöseeender 18 betätigt, Der FernauslSsesender 18 sendet dann ein Signal durch die Telefonleitung 1% welches das statische Heiais 10 betätigt» wodurch der Kodierer 11 betätigt und an die Telefonleitung 15 gekoppelt wird. Der Kodierer 11 liefert kodierte Information bezüglich der Registrierung des Zählgerätes 12 zum Abfragesender 15. Beispielsweise kann der Kodierer einen (nicht dargestellten) Oszillator aufweisen, dessen Parameter, in Abhängigkeit vom Zählstand des Zählers geändert werden, wodurch in Übereinstimmung mit der Ablesung des Zählgerätes 12 unterschiedliche Tonsignale auf die Telefonleitung Ij5 gegeben werden.

Das statische Relais 10 weist eine Fotozelle FC und eine Glimmlampe N auf, die zwischen Anschlußklemmen 20 und 21 einer der Telefonleitungen IjJ und des Kodierer 11 in Reihe geschaltet sind. Das statische Relais 10 weist weiterhin einen Widerstand Rl und einen Kondensator C auf, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls zwischen die Anschlußklemmen 20 und 21 geschaltet ist. Ein zweiter Widerstand R2 verbindet die Verbindungspunkte zwischen dem Widerstand Rl und der Kapazität C einerseits und zwischen der Fotozelle PC und der Glimmlampe N anderer-.'

Die Fotozelle PC kann beispielsweise aus Selen oder Kadmium-

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sulfid bestehen, dasuibeleuchtet einen verhältnismäßig hohen Widerstand aufweist und einen verhältnismäBig niedrigen

Widerstand, nenn es beleuchtet wird.

Die normale, an den Telefonleitungen 13 anliegende Telefon-Zentralarats-Batteriespannung, die in der Größenordnung/48"Vbtt Gleichspannung liegt, reicht nicht aus, die Glimmlampe N zu zünden, so daß das statische Relais 10 nicht in Betrieb bzw. ausgeschaltet; ist, wobei die Anschlußklemmen 20 und 21 einen geöffneten Schalter bilden.

Hohe Telefon- Wähl- und/oder Klingel-Impulespannungen, die im Bereich von 400 Volt liegen können, sind nicht von genügend langer Dauer, um den Kondensator 10 auf die für die Inbetriebsetzung des Relais 10 erforderliche Höhe aufzuladen.

Wenn der Ferrtauslösesender 18 betätigt wird, liegt eine Spannung von ungefähr 200 Volt an den Leitungen 13. Dadurch wird die Kapazität. 10 in ausreichendem Maße aufgeladen, um die Glimmlampe N zu zünden, woduroh letztere di· Fotozelle PC . anleuchtet. Dies führt wiederum dazu, daß die Fotozelle PC von dem Zustand hohen Widerstands auf einen Zustand niedrigen Widerstands tibergeht, wodurch die Anschlußklemmen 20 und 21 miteir ander verbunden werden. Solange das Eingang«- Spaimungssigral größer als die Lösohspannung der Glimmlampe N ist, leuchtet dleae, so daß das Relais 10 in seinem leitenden bzw. eingeschalteten Zustand verriegelt bleibt.

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Es muß hinzugefügt werden» daß dann« wenn das HeIaIs 10 ursprünglich ausgeschaltet ist» der hohe Widerstand der Fotozelle PC das Verhältnis der dem Kondensator C zufließenden Energie begrenzt. Wenn die Erregung genügend hoch angestiegen ist, so daß die Kondensatorspannung die Zündspannung der Glimmlampe N erreicht, liefert der Entladungsstrom des Kondensators C die Energie» mit der die Lampe anfänglich die Fotozelle PC anleuchtet. Dies senkt wiederum den Widerstand der Fotozelle PC₉ so daß der Erregerstrom ausreicht, die Fotozellen-Lampen-Sahaltung in ihrem leitenden bzw. eingeschalteten Zustand zu halten.

Wenn die Quellen-Erregerspannung unterbrochen wird, reicht die Spannung nicht aus, die Glimmlampe N in gezündetem Zustand zu halten, so daß sie aufhört zu leiten, wodurch die auf die Fotozelle PC gerichtete Strahlung unterbrochen wird. Dies ■ wiederum bringt die Fotozelle PC von ihrem Zustand niedrigen Widerstands in ihren Zustand hohen Widerstands, wodurch die Anschlußklemmen 20 und 21 in den Zustand eines offenen Schalters versetzt werden.

Da der Widerstand Rl keinen Laststrom führt, kann er verhältnismäßiggroß ausgebildet sein, so daß der Kondensator C verhältnismäßig klein und damit kostengünstig sein kann.Der Kondensator C muß lediglich groß genug sein, eine Ladung ausreichend um die Lampe N in leitendem Zustand zu halten und zwisoheci. deren ZUnd-und Lasohspannung genügend lang speichern zu können, um die Fotozelle PC von ibrem Zustand hohen Widerstands In ihren Zustand niedrigen Widerstands

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umzuschalten» Sobald dies erfolgt ist, bait der Ruhestrom zwischen den Anschlußklemmen 20 und 21 die Neonlampe N leitend. .·<

Es muß hinzugefügt werden, daß das Heiais 10 nicht nur mit Gleichspannung, wie bisher beschrieben wurde» sondern ebensogut auch mit Wechselspannung betrieben werden kann. Es muß ferner hinzugefügt werden, daß das Relais 10 bistabil ist, da es einen hohen Wechselstrom- und Gleichstromwiderstand aufweist, wenn es in ausgeschaltetem Zustand ist und einen niedrigeren Wechselstrom- und Gleichstromwideretand, wenn es in eingeschaltetem Zustand ist*

Darüber hinaus spricht das Heiais 10 auf GrSSe und Zeitdauer der Erregerspaoxmng an, so daß weder hohe kurzzeitige Spannungen* noch geringe aber andauernde Erregung das Relais 10 einschalten» Die Zeituntersoheidunge-Charakteristik des Heiais 10 ISSt es zu, daß die Zündspannung der Glimmlampe N niedriger sein kann, als die Spitzen von Wechselspannungseinschwing- oder Gleichstrom-Impulsen, die zwischen den Anschlußklemmen 20 und 21 auftreten können, ohne daß d Heiais 10 eingeschaltet wird. Ea muß ferner noch hinzugefügt werden, daß das erfindungsgemMße Relais zweiseitig gerichtet ist, so daß zwischen den Anschlußklemmen 20 und 21 Signale in Jeder Richtung übertragen werden können.

Das Relais 10 weist auch Insofern Speichereigenschaften auf, als es nach einem Ausschalten in kürzerer Zeit als seine ursprüngliche Einschaltzeit wieder eingeschaltet wird,

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wegen der im Kondensator C gespeicherten Ladimg und der begrenzten Leitfähigkeits-Abfallzeit der Fotozelle PC.

Wenn das Relais XO von einer Wechselstromquelle mit Energie versorgt wird, ist es auch frequenzabhängig. Weil der Widerstand des Kondensators C umgekehrt proportional zur Frequenz des Signals &n den Anschlüssen 20 und 21 1st, ändert sich sein prozentualer Anteil an der gesamten Eingangsspannung reziprok mit der Frequenz. Aus diesem Grunde spricht das Relais 10 auf Frequenzen unterhalb einer bestimmten Höhe an.

In Flg. 2 1st ein abgeändertes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt« das auf Frequenzen oberhalb einer vorbestimmten Höhe anspricht. Hierbei sind ein Widerstand RJ, eine Induktivität Ll und eine Kapazität 02 in Reihe zwischen die Eingangs-Anschlußklemmen 20 und 21 geschaltet. Zusätzlich sind ein zweiter Kondensator 03 und ein Widerstand R4 in Reihe zwischen den Verbindungspunkt 3I des Kondensators 02 und der Induktivität Ll einerseits und dem Verbindungspunkt 32 der Glimmlampe N und der Fotozelle .FO andererseits geschaltet. Ein Entladungswiderstand R5 1st parallel zum Kondensator 03 geschaltet, und ein vierter Widerstand R6 und eine Diode Dl sind zwischen dem Verbindungspunkt 33 des Widerstandes R3 und der Induktivität Ll und dem Verbindungspunkt 34 zwischen dem Kondensator 03 und des Widerstandes R4 geschaltet. Es muß hinzugefügt werden, daS die Spitzenepannung an der Induktivität Ll direkt von der Frequenz abhängt^ und diese Spannung liegt auch an Sem Kondensator 03 an. Wenn die Eingangssignal frequenz; hoch genug ist,

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reicht die in den Kondensatoren C2 und CJ gespeicherte Energie aus, die Lampe N zu zünden und in ihrem leitenden Zustand zu erhalten, wodurch die Fotozelle FC geschaltet

In Flg. 3 ist ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das auf Frequenzen Innerhalb eines vorbestimmten Bandes anspricht, Diese Schaltung ist ähnlich der in Fig.2 dargestellten, mit der Ausnahme, daß die Induktivität Ll und der Widerstand RJ gemäß Fig. 2 in Fig. 3 durch einen Transformator T und einen aus einer Induktivität L2 und einer Kapazität 4 bestehenden Schwingkreis ersetzt sind. Die Primärwicklung P des Transformators T ist in Reihe mit dem Kondensator C2 geschaltet, und der Serien-Schwingkreis L2 und C4 ist mit der Sekundärwicklung S verbunden. Wenn die Frequenz des Eingangseignales innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegt, ist die an dem Schwingkreis L2 und C4 anliegende Spannung, die auch an dem Kondensator C^ anliegt, wenn sie zu der des Kondensators C2 hinzuaddiert wird, genügend hoch, um die Lampe N zu zünden.

Es wurde festgestellt, daß mit der Schaltung gemäß Fig.3 die Lampe N und die Fotozelle PC mit der geringen Energiemenge von 1 Milliwatt pro Sekunde geeohaltet werden können, vorausgesetzt, daß die Kondensatoren C2 und C3 anfange nur in einem solchen Maß aufgeladen sind, daß sie die Schaltung nloht ausloten können. Dies 1st deshalb wichtig, weil in vielen Anwendungsfällen, wie z.B. in Telefonanlagen, die zulässige Energieübertragung auf solche Werte begrenzt 1st.

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Die Erfindung ist nicht auf di© dargestellten und beschriebenen AusfiJhrungsbeispieie beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und insbesondere alle Teil- und Uhterkombinatlcnen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und MaSnahmen.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

J. J Statisches Heiais* bestehend aus ersten und zweiten mit Anschlußkleusaen verbundenen 3chaltmitteln, wobei die ersten Sohaltmittel üapedanzelemente sit einer Vielzahl von Widerstandswerten aufweisen und wobei die zweiten Schaltmittel auf die ErregungshShe ansprechende Mittel aufweisen, die mit den ersten Sehaltmitteln in Wirkverbiadung stehen, um deren Widerstandswerte in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Er— regung Mn zu ändern, dadurch gekennzeichnet, dafi dritte, Energiespeichereiemente und Widerstandselemente enthaltende Schaltaifctel vorgesehen sind, die bei Auftreten eines vorbestimmten elektrischen Signals an den Anschlußklemmen mit den zweiten Schaiteitteln und den Anschlußklemmen zur Betätigung der zweiten Schaltmittel verbunden sind»

2. Statisches Relais naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet die dritten Schaltoittel Mittel zur Verzögerung der Tätigkeit der zweiten Schaltmlttei enthalten.

3. Statisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. die dritten Schaltoittel Blindwiderstandselemente zur Betätigung der zweiten Sohaltmittel bei» Auftreten eines innerhalb eines vorbestimmten Orufienberelohes liegenden elektrischen Signals an den Anschlußklemmen aufweisen.

4. Statisches Relais nach Anspruch 1, dadurch !gekennzeichnet. daß die ersten Sohaltnittel einen Zustand hohen Widerstands ein ι Zustand niedrigen Widerstands einnehmen können und

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daß die zweiten Sehaltraittel in Abhängigkeit von der Erregung mit vorbestimmbare Höhe ansprechend betätigbar sind, um die ersten Schaltmittel von ihrem Zustand hohen Widerstands in ihren Zustand niedrigen Widerstands zu überführen.

5. Statisches Heiais naeh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daB die zweiten Schaltmittel den ersten Schaltmitteln benachbart angeordnet sind.

6. Statisches Heiais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die zweiten Schaltmittel als Strahler und die ersten Schal tmittel als auf Strahlung ansprechende Wideretandseleraente ausgebildet sind.

7. Statisches Relais nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daB es sich bei den zweiten Schaltmitteln um' eine ^ liohtaussendende auf Spannung ansprechende Entladungseinrichtung und bei den ersten Schal tmitteln um eine fotoelektrisch Ein-, richtung handelt» deren Widerstand eine Funktion der einfallenden sFahlungdarstellt.

8. Statisches Relais nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnete daB die ersten und zweiten Schaltmittel in Reihe geschaltet sind und daB die Bnergiespeieherelemente parallel lediglich zu d«n zweiten Schaltmitteln geschaltet sind. ,

9. Statisches Relais nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet» dafl die ersten Schaltaittel fotoelektrische MIttel salt hohem Widerstand in nicht angeleuchtetem Zustand und niedrigem

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Widerstand in angeleuchtetem Zustand enthalten und dad die zweiten Schaltmittel eine Entladungslampe aufweisen.

10. Statisches Beiais nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dag die fotoelektrischen Mittel und die Entladungslampe in Reihe geschaltet sind und daß die Energiespeicherelemente lediglich zu der Entladungslampe parallel geschaltet sind.

11. Statisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die dritten Schaltmittel Kapazitäten und Widerstände enthalten» wobei die Widerstände zwischen die Kapazitäten und eine Anschlußklemme und ebenfalls zwisohen die Kapazitäten und die zweiten Schaltmittel geschaltet sind.

12. Statisches Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Sohaltmittel fotoelektrisch· Mittel mit hohem Widerstand in nicht angeleuchtetem Zustand und niedrigem Widerstand in angeleuchtetem Zustand aufweisen und daß die zweiten Sohaltmittel eine Entladungslampe enthalten.

15. Statisches Relais nach Anspruch 3.dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstandselement· Kapazitäten aufweisen« zur Betätigung der zweiten Schaltmlttel, wenn der Prequenzbereloh unterhalb einer vorbestimmten Frequenz liegt.

14. Statlaohes Relais nach Anspruch 3.dadurch aelcennzelohntt, daß es mit einer Telefonleltung und «ine» Antwortender zur Erzeugung kodierter Informationen verbunden ist» wobei das statische Relais swieohen dl· Telefonleitung und den

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Antwort sender ges©h&lt©t ist, wodurch die kodierte Information zur Telefonleitimg gelangt« wenn die zweiten Schaltmittel betätigt werden und wobei die Blindwiderstandseiemente Induktivitäten zur Betätigung der zweiten Schaltmittel aufweisen», wenn der Frequenzbereich oberhalb einer vorgegebenen Frequenz liegt.

15. Statisches Relais naett Anspruch 3# dadurch gekennzeichnet _ff dag es mit einer Telefonleitung und einem Antwortsender zur Erzeugung kodierter Informationen verbunden ist, wobei das statische Itelais zwischen die Telefonleitung und den Antwort sender geschaltet ist« wodurch die kodierte Information zur Telefonleitung gelangt, wenn dl© zweiten Sohaltaiittel betätigt werden und wobei die dritten Schaltmittei Kapazitäten und Induktivitäten sur Betätigung der zweiten Sohaltmittel aufweisen, wenn der Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes ist.

16. Statisches Heiais n&ch Anspruoü 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dai die zweiten Soltaltaittel Strahlung aussenden und die ersten Schal trait t«X auf Strahlung ansprechende Widerstandselemente sind.

17. Statisches Beiais nach Anspruch 12, dadurch,

ialohnet. dafl die ersten und zweiten Sohaltmtttel in Heih®

und di« Kapazitäten parallel zu dea ersten Sehaltaitteln fiesehaltet sind,

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