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Kontakt loses Relais Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 15 62 i71.3)
Im Hauptpatent........... (Patentanmeldung P 15 62 171.3) ist e kontakt loses relais
beschrieben, welches aus einem elektromagnetischen oteuerkreis und einem oder mehreren
elektronische Schaltkreisen besteht.
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Das kontaktlose Relais gemäß dem Hauptpatent besteht im wesent lichen
darin, dal3 im Bereich des Magnetfeldes einer Relaisspul
des elektromagnetischen
Steuerkreises eine durch das Magnetfeld steuerbare kontaktlose Einrichtung angeordnet
ist, die mit einer oder mehreren steuerbaren Halbleiteranordnungen in Verbindung
steht. Die durch das Magnetfeld steuerbare Einrichtung kann beispielsweise aus einen
magnetfeldabhängigen Widerstand oder aus einem Hallspannungsgenerator bestehen.
Bei Verwendung eines magnetfeldabhängigen Widerstandes, der sich im Luftspalt zwischen
dem Kern, der Relaisspule und dem Joch befindet, wird der große Vorteil erzielt,
daß ohne die Verwendung von Kontakten der Schaltkreis galvanisch vom Steuerkreis
getrennt ist.
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Durch das kontakt lose Relais gemäß dem Hauptpatent werden alle Nachteile
vermieden, die durch die Verwendung mechanischer Kontakte auftreten. Zum anderen
weist das kontakt lose Relais eine wesentlich höhere Schaltfrequenz auf, da keine
mechanischen Teile bewegt werden müssen. Dabei ist der eigentliche teuerkreis wie
bei einem herkömmlichen Relais galvanisch vom Jcnaitkreis getrennt, wobei sich die
erforderliche Spaunsqelle für den Schaltkreis nicht nachteilig auswirkt, da ohnehin
bei einem Relais eine besondere Spannung zur Erzeugung des t4agnetfeldes benötigt
wird.
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Es ist zwar schon ein kontakt loses elektromagnetisches Relais bekanntgeworden,
bei welchem zwischen den Polschuhen des Heicheisenkernes des Relais mindestens ein
magnetisch steuerbarer Halbleiter als Zweipol angeordnet ist. Bei dem vorbekannten
Relais steht jedoch dieser magnetisch steuerbare Halbleiter unmittelbar mit der
Spannungsquelle und dem Verbraucher in Verbindung. Dabei ist es erforderlich, daß
der magnetisch steuerbare Halbleiter so gewXhlt wird, daß in der offenen Stellung
der reststrom äußerst gering ist, während in der gesclllossenen Stellung der Widerstand
auf einen geringstmöglichen Wert absinken muß. Dadurch ergeben sich Schaltbedingungen,
die normalerweise an den magnetfeldabhängigen Widerstand nicht ohne weiteres gestellt
werden können. Aus diesem Grunde wurde auch schon im nicht vorbekannten Hauptpatent
vorgeschlagen, den magnetfeldabhängigen Widerstand mit einer Schalttransistoranordnung
zu verbinden, die den eigentlichen Schaltvorgang kontaktlos auslöst. Dadurch ergeben
sich besonder den normalen Betriebsverhältnissen angepaßte Schaltbedingungen, denn
die Transistoranordnung kann so gewählt werden, daß ein genau festgelegter Schaltpunkt
definiert wird, d.h. ein Zustand, bei dem der Schalttransistor durchschaltet oder
sperrt Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, das im Hauptpatent
beschriebene kontakt lose Relais zu verbessert
und zu erweitern,
insbesondere die Ausführung der Schaltung zu vereinfachen.
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Die Erfindung geht von einem an sich bekannten magnetempfindlichen
Transistor aus, der unter dern Namen "Magnistor" bekannt wurde. Dieser magnetempfindliche
Transistor weist symmetrisch zum Emitter und zur Basis zwei Kollektoren auf, die
im Ruhezustand, also ohne Magnetfeld, den gleichen Strom ziehen. Wirkt jedoch ein
Magnetd auf den Magnistor ein, werden die Strombahnen in Kristall umgelenkt, wodurch
der eine Kollektorstrom zu- und der andere abnimmt.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein
kontakt loses Relais mit einem magnetischen Steuerkreis und einem oder mehreren
elektronischen Schaltkreisen vorgeschlagen, bei welchem im Bereich des Magnetfeldes
des elektromagnetischen Steuerkreises eine durch das Magnetfeld steuerbare kontaktlose
Einrichtung angeordnet ist, die mit einer oder mehreren steuerbaren Halbleiteranordnungen
in Verbindung steht gemäß Patent (Patentanmeldung P 15 62 171.3) und welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß die durch das Nagnetfeld der Relaisspule steuerbare kontakt
lose Einrichtung aus mindestens einem magnetfeldempfindlichen Transistor, einem
sogenannten Magnistor, besteht, dem mindestens ein Schalttransistor
nachgeschaltet
ist.
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Durch das kontakt lose Relais gemäß der vorliegenden Erfindung wird
gegenüber dem Relais gemäß dem Hauptpatent der wesentliche Vorteil erzielt, daß
der magnetfeldabhängige Widerstand in Wegfall geraten kann. Dadurch werden gemäß
der neuen Ausführung' form nur noch zwei Transistoren benötigt, wovon der eine Transistor
unmittelbar und ohne über den Umweg eines magnetfeldabhängigen Widerstandes den
Steuerstrom für den Schalttransistoi liefert. Da der magnetempfindliche Transistor
zwei Kollektoren aufweist, ist es auch mit ihm möglich, kontakt lose Umschaltrelaj
aufzubauen, die ebenfails in ihrer Ausführung einfacher aufgebav sind und weniger
Schaltelemente aufweisen.
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Heitere EinzeLheiten und Merkmale des erfindungsgemäßen Relais ergeben
sich aus den nachfolgenden Zeichnungen, in welchen einige Ausführungsbeispiele im
Prinzip dargestellt sind.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die Schaltung eines magnotempfindlichen
Transistors.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein kontaktloses Relais
gemäß der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung für ein kontaktloses
Relais gemäß der Erfindung.
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Fig. 4 zeigt einen Magnetschalter mit Permanentmagnet.
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Die Fig.5, 6 und 7 zeigen verschiedene Anordnungen für elektromagnetische
Schalter.
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Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist der magnetempfindliche Transistor
T eine Basis B, einen Emitter E sowie zwei Kollektoren m K1 und K2 auf. Diese Kollektoren
sind symmetrisch zum Emitter und zur Basis angeordnet und ziehen im Ruhezustand,
also ohne Magnetfeld, den gleichen Strom. In den beiden Arbeitswiderständen RL 1
und RL 2 fließen gleiche Ströme und an den Kollektoren entsteht kein Potentialunterschied.
wirkt jedoch ein Magnetfeld auf den magnetempfindlichen Transistor T ein, so werden
m die Strombahnen im Kristall umgelenkt, ähnlich wie bei einem Hallgenerator oder
in einer Feldplatte, d.h. einem magnetfeldabhängigen Widerstand, wodurch der eine
Kollektorstrom zu- und der andere abnimmt. Zwischen den beiden Kollektoren entsteht
also ein auswertbarer Potentialunterschied in linearer Abhängigkeit von der magnetischen
Feldstärke. Dieser Potentialunterschied wird durch die Differenz E01-E02 ausgedrückt.
Die Basisspannung beträgt dabei VB und der Emitterstrom IE.
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In rig, 2 ist im Prinzip eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei
welcher der magnetempfindliche Transistor T in den Bereich m des iagnetfeLdes einer
Relaisspuie eingesetzt ist. Der magnetenpfindliche Transistor T :ann dabei im Innern
der Spule m symmetrisch zwischen zwei Jochplättchen oder außerhalb der Spule, oois-ielsweise
im Luftspalt eines gescnlossenen Magnetjoches angeordnet sein.
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Im dargestellten 3eispiel liegt an den beiden Eingangsklemmen der
elaisspule R5 die Steuerspannung Us. Die Basis des magnet empfindlichen Transistors
T liegt in der Mitte eines Spannung m teilers R1 und R2 der an die Versorgungsspannung
angeschlosse ist und der gegebenenfalls auch einstellbar sein kann. Die beiden Kollektoren
des magnetempfindlichen Transistors sind uber zwei Außenwiderstände KA 1 und RA
2 2 an die Versorgungsspannung angesc.ilossen. Der Emitter des Transistors T liegt
m am anderen Pol der åpeisespannung. Der eine Kollektor ist über einen Widerstand
R mit einem Schalttransistor T verbunden.
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n Der Koillektor dieses Schalttransistors ist mit der einen Klemm
für die Schaltung des zu schaltenden Lastwiderstandes RL 1 verbunden, welcher die
andere Klemme zur Speisespannung führt.
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Die Funktion der Schaltung läuftadabei wie folgt ab.
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Im Normalzustand, d.h., wenn die Relaisspule Rs nicht erregt ist,
wirkt kein Magnetfeld auf den magnetempfindlichen Transistor T ein. Der Basisstrom
ist durch die beiden fest eingem stellten Widerstände R1 und R2 konstant. Es tritt
in diesem Falle an den beiden Kollektoren kein Potentialunterschied auf.
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Damit ist auchder Transistor T5 offen. Wird nun eine Steuerspannung
U5 an die Relaisspule R5 gelegt, so wirkt auf den magnetempfindlichen Transistor
T ein Magnetfeld ein, welches m bewirkt, daß der eim Kollektorstrom zu- und der
andere Kollektorstrom abnimmt. Dadurch verändert sich die Basisspannung des Schalttransistors
T5 und der Transistor schaltet durch. Der Lastwiderstand R wird damit eingeschaltet.
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L1 In Fig. 3 ist eine weitere Schaltungsanordnung dargestellt, bei
welcher auch der zweite Kollektor über einen Widerstand R4 mit einem weiteren Schalttransistor
verbunden ist. Die verbunden ist. Die Wirkungsweise der Schaltung ist die gleiche
wie oben bei Fig. 2 beschrieben, lediglich daß mit dem magnetempfindlichen Transistor
T zwei Schaltkreise ausgesteuert werden. Die Schaltung m kann dabei so ausgelegt
werden, daß damit eine Umschaltmöglichkeit gegeben ist.
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In Fig. 4 ist im Prinzip ein magnetempfindlicher Transistor T m dargestellt,
über welchem ein Permanentmagnet M entsprechend
der beiden Doppelpfeile
gegen den Transistor T oder von m ihm wegbewegt werden kann. Damit kann durch die
mechanische Bewegung des Permanentmagneten der magnetempfindliche Transistor als
Steuerelement für einen weiteren Schaltkreis verwendet werden, wobei die gesamte
Anordnung als Magnetschalter wirkt.
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In Fig. 5 ist der magnetempfindliche Transistor T im Luftm spalt eines
U-förmigen Joches J angeordnet, welches sich innerhalb einer Steuerspule S befindet.
Beim Anlegen einer Steuerspannung Us wirkt das Magnetfeld der Spule über das U-förmige
Joch auf den magnetempfindlichen Transistor T m ein, wodurch ein Steuervorgang in
der oben beschriebenen Weise ausgelöst werden kann.
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In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher sich im Innern
einer zylinderförmigen elektromagnetischen Spule S1 ein ferromagnetiscner Kern 11
befindet. Zu beiden Seiten der Spule sind zwei magnetempfindliche Transistoren T
eingesetzt, die bei Auftreten des Magnetfeldes den Schaltm vorgang in der oben beschriebenen
Weise auslösen.
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In Fig. 7 sind zwei magnetempfindliche Transistoren T in die m Luftspalte
eines dreifach geteilten Joches J21 das von
einer weiteren Spule
S2 umgeben ist, eingesetzt.
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Es sind selbstverständlich noch verschiedene andere Ausführung formen
möglich, bei welchen sich der magnetempfindliche Transistor im Bereich des Magnetfeldes
eines Elektro- oder Dauermagneten befindet und dadurch den Schaltvorgang auslöst.