-
Koordinatenschalter mit ferromagnetischen Spalten- und Zeilenflußbügeln
für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen Koodinatenschalter sind
nach dem System der rechtwinkeligen Koordinaten aufgebaut, wobei die Schaltpunkte
auf den Kreuzungspunkten zweier sich rechtwinkelig schneidender Schalteinrichtungen
liegen. Die räumliche Ausdehnung der elektromechanischen Konstruktionen erlaubt
es nicht, alle Schalteinrichtungen in einer Ebene anzubringen; man baut sie daher
in zwei zueinander parallelen Ebenen auf, die nahe beieinander liegen. Zur Koppelung
an einem der Kreuzungspunkte wird eine elektromechanische Schalteinrichtung betätigt,
die die zusammengehörenden Punkte auf den beiden Achsen miteinander verbindet.
-
Bekannt sind Koordinatenschalter mit Koppelpunktelektromagneten. Sie
weisen für jeden Koppelpunkt einen Elektromagnet auf, der die Koppeleinrichtung
und die damit verbundenen Schalter betätigt. Nachteilig ist die große Zahl der notwendigen
Koppelpunktelektromagnete, die den Koordinatenschalter technisch und wirtschaftlich
außerordentlich aufwendig werden lassen. Werden aber kleine, billige Elektromagnete
mit geringer magnetischer Leistung verwendet, so können nur wenige Schaltkontakte
betätigt werden. Der Koordinatenschalter ist dann nur beschränkt verwendungsfähig.
-
Bekannt sind weiter Koordinatenschalter mit Schaltstangenkopplung,
bei denen die Schaltstangen elektromagnetisch betätigt werden. Für jede Koppelrichtung
ist eine Schaltstange notwendig. Am Koppelpunkt verklinken sich in Arbeitsstellung
die Stangen in mechanischer Weise und betätigen gleichzeitig die an den Koppelpunkten
vorhandenen Schalter. Diese Koordinatenschalter haben bei jedem Schaltvorgang die
Schaltstangen zu beschleunigen und wieder stillzusetzen und können wegen deren relativ
großer Masse keine kurzen Schaltzeiten° ermöglichen. Außerdem lassen sich die bewegten
Teile, die Schaltstangen und Verklinkungseinrichtungen bei Schäden nur schwerlich
nachjustieren. Meist ist es dann notwendig, den Koordinatenschalter auszuwechseln.
-
Weiterhin sind Koordinatenschalter mit Kreuzspulen bekannt, bei denen
die Kreuzspulen als Flachspulen so weit auseinandergezogen sind, daß sie in ihrer
Koordinatenrichtung alle Koppelglieder um- , fassen. Kreuzspulen dieser Art sind
durchweg als Luftspulen ausgeführt und dienen vor allem der direkten Betätigung
von Schutzrohrankerkontakten. Die mit dieser Art von Kreuzspulen mögliche magnetische
Feldstärke ist bei normaler Auslegung der ; Kreuzspulen oft unter Umständen nicht
groß genug, um umfangreichere Kontaktfedersätze, insbesondere Kontaktfederpakete,
zu betätigen. Außerdem bereitet die Bemessung der Haltewicklungen besondere Schwierigkeiten,
so daß umfangreiche Zusätze notwendig sind, um unerwünschte Kopplungen zu vermeiden.
-
Koordinatenschalter haben grundsätzlich zwei Aufgaben zu lösen, einerseits
am Kreuzungspunkt einen Schaltvorgang auszuführen und zum anderen diesen Schaltvorgang
bis zum Abschaltekriterium aufrechtzuerhalten. Die bekannten Konstruktionen ermöglichen
zwar in relativ einfacher Weise den Beginn des Schaltvorganges am Kreuzungspunkt
einzuleiten, benötigen aber sehr aufwendige und empfindliche (mechanische) Vorrichtungen,
um den ausgelösten Schaltvorgang am Kreuzungspunkt bis zum Abschaltekriterium fortbestehen
zu lassen. Als bekannte Maßnahmen hierfür werden verwendet: Einschalten eines Haltestromes
in den Erregerspulen bzw. in dafür besonders vorgesehenen Haltespulen oder Anordnen
von mechanischen Vorrichtungen, die in irgendeiner Form verklinkt werden, wobei
diese Verklinkungen durch besondere Entriegelungsvorrichtungen wie auch durch Abschalten
eines Haltestromes entriegelt werden müssen.
-
Die Erfindung hat nun einen Koordinatenschalter für Fernmelde- insbesondere
Fernsprechvermittlungsanlagen zum Gegenstand, bei dem aus ferromagnetischem Material
bestehende, in zwei parallelen Ebenen koordinatenmäßig angeordnete und je eine Zeilen-bzw.
Spaltenspule tragende Zeilen- und Spaltenftußbügel
durch einen
gemeinsamen,- rahmenartigen und ferromagnetischen Rückflußbügel magnetisch leitend
verbunden sind und bei dem an jedem Kreuzungspunkt zwischen Zeilen- und -Spaltenflußbügel
auf dem Zeilenflußbügel je ein Schaltanker vierschwenkbar angebracht ist, der bei
koinzidenter Erregung der beiden zugehörigen Flußbügel Durchschaltkontakte zwischen
sich koordinatenmäßig kreuzenden Leitungen, beispielsweise über einen Betätigungssteg
mechanisch gekoppelte Kontaktfedern betätigt. Der Haltevorgang wird an den Koppelpunkten
durch individuell zugeordnete kleine Dauermagnete aufrechterhalten. Dadurch kommt
der Koordinatenschalter in seiner Gesamtheit ohne komplizierten Mechanismus aus.
Durch die besondere Anordnung von je zwei Dauermagneten an jedem Koppelpunkt wird
eine einfache und betriebssichere Arbeitsweise sichergestellt.
-
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß zum Halten am freien
Ende jedes Schaltankers je ein Haltedauennagnet befestigt ist, der im Betätigungszustand
seines Schaltankers an einer gegenüber auf dem kreuzenden Spaltenflußbügel befestigten
ferromagnetischen Flußhülse haftenbleibt, die in Richtung zum Schaltanker gegenüber
einem von ihr umfaßten, dem Haltedäuermagnet entgegengepolten Ruhestellungsdauermagnetgeringfügig
verlängert und an dessen abgekehrtem Pol als Polschuh angesetzt ist, so daß der
Haltedauermagnet nur den Polschuh bzw. die Flußhülse des Ruhestehungsdauermagneten
berührt und in dieser einen resultierenden Haltemagnetfluß erzeugt, der den vom
Ruhestellungsdauermagnet in der Flußhülse herrührenden entgegengerichteten Ruhestellungsmägnetfluß
zum Halten ausreichend überwiegt und daß zur Rückführung des Schaltankers in seine
Ruhestellung durch kurzzeitige Gegenerregung der betreffenden beiden Spalten-und
Zeilenspulen der in der Flußhülse von dem haftenden Haltedauermagnet erzeugte Magnetfluß
so weit aufgehoben wird, daß die einander entgegengerichteten Magnetfelder des Haltedauermagneten
und der Flußhülse des Ruhestellungsdauermagneten im Arbeitsluftspalt wirksam werden.
-
Die magnetische Erregung für die Koppelpunkte kann zweckmäßigerweise
dadurch gleich gehalten werden, daß der Ruheluftspalt zwischen dem Dauermagnet und
der Flußhülse mittels einer Stellschraube veränderbar ist.
-
Der Koordinatenschalter nach der Erfindung hat gegenüber den bekannten
Ausführungen viele erhebliche Vorteile. Während des: Haltezustandes wird kein elektrischer
Haltestrom benötigt, weder in den Koordinaten- oder in besonderen Haltespulen noch
in einer elektromagnetischen Verklinkungseinrichtung. Der Haltezustand wird auch
bei Ausfall der Stromversorgung für den Koordinatenschalter nicht unterbrochen,
so daß unter Umständen der Einsatz dieses Koordinatenschalters dadurch besondere
Bedeutung (z. B. für Wählsternschalter) erhält. Für die mechanische Ausführung des
Koordinatenschalters sind keine Federn und keine Klemmvorrichtungen für den Haltezustand
nötig, diese anerkannt empfindlichen Bauteile entfallen also. Für Aufhebung des
Haltezustandes ist lediglich ein kurzer Stromstoß notwendig; so daß auf besondere
Mechanik und zusätzliche Bauelemente verzichtet ist. Während der Haltezeit im Koppelpunkt
befinden sich die Zeilen- und Spaltenspulen im Ruhezustand, so daß sowohl die Zeilen-
wie Spaltenspulen für Mehrfachausnutzung zur Verfügung stehen. Bei den bekannten
Koordinatenschaltern dagegen sind während der Haltezeit mindestens die Betätigungsorgane
einer Betätigungs-> richtung durch die Halteaufgabe belegt und dadurch blockiert,
so däß die Mehrfachausnutzung in der betreffenden Reihe oder Spalte unmöglich ist.
Da die Haltekraft im Halte- = Kreuzungspunkt selbst erzeugt wird; ergibt sich eine
besondere Stabilität der Halteerregung gegenüber den bekannten Ausführungen, bei
denen die Halteenergie in irgendeiner Form von außen getrennt zugeführt werden muß.
-
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
-
Abb. 1 und 2 zeigen einen bekannten Koordinatenschalter in Vorder-
und Seitenansicht. Die Spaltenflußbügel für die Erregung in der senkrechten Richtung
sind mit Fx 1, Fx 2 usw., die Zeilenflußbügel für die Erregung in der waagerechten
Richtung mit Fy 1, Fy 2 usw. bezeichnet. Sie sind in zwei zueinander parallelen
Ebenen angeordnet und haben an ihren Kreuzungspunkten gegeneinander einen Abstand
z. Jeder Flußbügel ist an einem Ende mit einem gemeinsamen rahmenartigen Rückflußbügel
R fest verbunden. Fluß- und Rückflußbügel bestehen aus ferromagnetischem Material.
Jeder Flußbügel trägt an seinem Ende am Rückflußbügel R eine Erregerspule Ex 1,
Ex 2 usw. und Ey 1, Ey 2 usw. Bei koinzidenter Erregung je einer Zeilen-
und Spaltenspule, z. B. Ex 1 und Ey 3, durch Gleichstrom überlagern und addieren
sich die erzeugten Magnetfelder in dem betreffenden Kreuzungs- oder Koppelpunkt
und werden dort in bekannter Weise zum Betätigen eines Schaltankers SchA ausgenutzt.
Die Streuflüsse über die anderen Flußbügel erzeugen an den übrigen Koppelpunkten
nur ein geringes Magnetfeld, da sich bei den Streuflüssen die Teilstreuflüsse der
x- und y-Richtung subtrahieren.
-
Abb. 3 und 4 zeigen in Vorderansicht bzw. Draufsicht die pro Kreuzungspunkt
vorgesehene magnetische Anordnung, die elektromechanische in Abb. 6 dargestellte
Schaltkontakte betätigt. Mit Fxn sowie Fyn sind die Flußbügel der senkrechten bzw.
waagerechten Richtung und mit SchA sind auf dem Flußbügel Fyn schwenkbar gelagerte
Schaltanker bezeichnet, an deren freien Enden gemäß der Erfindung jeweils ein Haltedauermagnet
MA befestigt ist. Gegenüber diesem wie in Abb. 3 und 4 angegeben gepolten
Haltedauermagnet MA befindet sich auf dem Flußbügel Fxn eine Flußhülse
FH, die durch einen darin befindlichen Ruhestellungsdauermagnet MF in der
eingezeichneten Weise magnetisiert wird. An dem aus ferromagnetischem Material bestehenden
Schaltanker SchA ist ein Betätigungssteg St aus nichtmagnetischem Material befestigt.
Im Ruhezustand wird der SchaltankerSchA von den einander entgegengerichteten magnetischen
Kraftlinien der Dauermagnete MA und MF abgestoßen, bis er einen mittels einer
Stellschraube D einstellbaren Ruheluftspalt d erreicht hat. Die Stellschraube D
führt durch eine genügend große Öffnung im Schaltanker SchA und ist durch eine Klemmvorrichtung
gesichert. Die FlußhülseFH besteht aus ferromagnetischem Material. Bei der Erregung
des Koppelpunktes erzeugen die Erregerspulen Exn und Eyn einen Erregerfluß, der
sich im Luftspalt dem Ruhefluß der Dauermagnete MA und MF überlagert. Der
Schaltanker SchA wird
dadurch zum Flußbügel Fxn gezogen, bis sein
Haltedauermagnet MA die Flußhülse FH berührt. Dadurch erzeugt der
Haltedauermagnet MA in der Flußhülse FH einen resultierenden.Haltemagnetfluß,
der den vom Ruhestellungsdauermagnet MF in der Flußhülse FH herrührenden
entgegengerichteten Ruhestellungsmagnetfluß zum Halten ausreichend überwiegt, so
daß sich der Schaltanker SchA durch Haftwirkung des Haltedauermagneten
MA in seiner betätigten Stellung hält, auch wenn die Erregung der Spalten-
und Zeilenspulen Exn und Eyn wieder abgeschaltet wird. Wesentlich für die richtige
Steuerung des Magnetflusses in der Flußhülse FH ist deren Konstruktion. Wie
Abb. 5 zeigt, ist die Flußhülse FH
geringfügig länger als der von ihr umfaßte
Ruhestellungsdauermagnet MF, so daß bei betätigtem Schaltanker SchA der Haltemagnet
MA nur die Flußhülse FH berührt. Der Mantel der Flußhülse
FH
weist zur Steuerung der Magnetflüsse zweckmäßigerweise eine Nut auf.
-
Zur Rückführung eines betätigten Schaltankers in seine Ruhestellung
erzeugen die betreffenden Spalten-und Zeilenspulen Exn und Eyn einen Gegenerregungsmagnetfluß
in der entgegengesetzten Richtung. In bekannter Weise kann dafür der Erregerstrom
umgepolt oder es können die jeweiligen Spulenanschlüsse vertauscht werden, bzw.
es werden besondere Gegenerregungsspulen verwendet.
-
Die Gegenerregung erfordert ebenso wie die Ansprecherregung nur einen
kurzen Stromstoß in den zugehörigen Spulen. Der Gegenerregungsmagnetfluß hebt den
in der Flußhülse von dem haftenden Haltedauermagnet MA erzeugten Fluß so
weit auf, daß die einander entgegengerichteten Magnetfelder des Haltedauermagneten
MA und der Flußhülse FH des Ruhestellungsdauermagneten MF im Arbeitsluftspalt
wirksam werden. Der Schaltanker SchA wird also vom Spaltenflußbügel Fxn abgestoßen,
bis er seine Ruhestellung erreicht. Die Dauermagnete MA und MF müssen aus
einem Material mit verhältnismäßig großer Koerzitivkraft bestehen, damit sie ihren
permanenten Magnetismus auch bei großer Schalthäufigkeit trotz der durch die Erregerspulen
aufgebrachten Erregungen behalten.
-
Abb. 6 zeigt eine mögliche Ausbildung der elektrischen Durchschaltkontakte.
Auf einem Isolierblock 1 sind die Kontakte voneinander isoliert befestigt. Als Beispiel
ist ein Arbeitskontakt gewählt, der aus zwei Kontaktfedern K 1 und K 2 besteht.
Sie stützen sich mit ihren Stützlappen auf ein Lager L. Der Betätigungssteg St endet
in einer isolierten Brücke B, die an der Kontaktfeder K 1 liegt. Beim Anzug des
Schaltankers SchA wird der Betätigungssteg St nach rechts bewegt und mit der Brücke
B die Kontaktfeder K 1 gegen die Kontaktfeder K 2 gedrückt. Über die Brücke B können
selbstverständlich wie bei einem Relais die verschiedensten Kontaktkombinationen
betätigt werden. Zur Erzielung sehr kurzer Schaltzeiten kann der Schaltanker SchA
selbst als Kontakt ausgebildet werden. Ebenso ist es selbstverständlich ohne weiteres
möglich, an Stelle der Kontaktfedern z. B. Quecksilberschalter zu verwenden, wenn
höhere Ströme geschaltet werden sollen. Weiterhin ist es möglich, über den Betätigungssteg
St einen kleinen Dauermagnet zu bewegen, der z. B. Schutzrohrkontakte betätigt.
-
In Abb. 7 ist der Verlauf der Kräfte P am Schaltanker SchA abhängig
vom jeweiligen Luftspalt d im Diagramm dargestellt. Mit +P ist die Anziehungskraft
und mit -P die Abstoßungskraft bezeichnet. Die Achse O' . . . O' gilt für den Zustand
ohne äußere Zusatzerregung. k ist der kritische Punkt, in dem die Anziehungskraft
Null wird, während bei weiterer Vergrößerung des Luftspaltes d der Schaltanker abgestoßen
wird. Die Achse O" . . . O" ist als Nullachse für die Erregung des Koppelpunktes,
die Achse O" . . . O"' für dessen Gegenerregung zu nehmen. Ist der Schaltanker
SchA durch die Kontakfedern mechanisch vorbelastet, so sind die Nullachsen um einen
Betrag PK in Richtung +P zu verschieben. Falls die mechanische Vorbelastung des
Schaltankers SchA in Richtung --P groß genug ist, kann die Flußhülse FH mit
dem Dauermagnet MF entfallen. In Abb. 8 ist das Diagramm für diesen Fall aufgezeichnet.
-
Für das Gegenerregen eines Koppelpunktes gelten die in Abb. 7 und
8 eingezeichneten Achsen O`
... O"'. Die Gegenerregung muß so groß
sein, daß die Kraft + P des Haltedauermagneten überwunden wird, darf aber nicht
zu groß sein, weil sonst der Schaltanker SchA durch die Gegenerregung wieder angezogen
werden würde.
-
Da sich magnetische Felder nicht isolieren lassen, ergeben sich bei
jeder Erregung und Gegenerregung von Koppelpunkten an den benachbarten Koppelpunkten
in Richtung zum Rückflußbügel R Streuerregungen. Wird z. B. der Koppelpunkt x 1,
y 3 markiert, so sind Streuerregungen an den Koppelpunkten x 1, y 2 und
x l, y 1 zu verzeichnen; da sich aber dort die Streukopplungen subtrahieren,
können Fehlschaltungen nicht auftreten. An den übrigen Koppelpunkten sind die Streukoppelfelder
so schwach, daß sie unbeachtet bleiben können.
-
Die Zahl der Koppelpunkte in x- und y-Richtung ist praktisch nur begrenzt
durch die bei einem bestimmten Querschnitt der Flußbügel beherrschbaren Streuflüsse.
Rein konstruktiv besteht keine Bindung an eine bestimmte Zahl von Koppelpunkten.
Man kann also Koordinatenschalter nach der Erfindung sowohl mit hoher wie mit niedriger
Koppelpunktzahl bauen. Die Größe der durchzuschaltenden Leistung ist praktisch nur
abhängig von der konstruktiven Ausführung der elektrischen Durchschaltkontakte.
Die Schaltgeschwindigkeit ist groß, weil nur die kleinen Schaltanker mit geringer
Masse und die Durchschaltkontakte selbst bewegt werden. Diese lassen sich leicht
den benötigten Schaltgeschwindigkeiten entsprechend bemessen.
-
Da bei entsprechender Ausführung des Koordinatenschalters alle Anschlüsse
für die elektrischen Schaltkontakte in einer Ebene liegen, kann man ohne große Schwierigkeiten
diese Kontakte in bekannter Weise mit »gedruckten« Schaltungen verdrahten. Zur Aufrechterhaltung
des Durchschaltzustandes wird keine elektrische Energie verbraucht. Die Zeilen-
und Spaltenspulen können daher für hohe Kupferverluste ausgelegt sein, da sie nur
kurzzeitig eingeschaltet sind. Die gesamte Konstruktion des Koordinatenschalters
ist einfach, übersichtlich und billig. Er läßt sich selbstverständlich auch mit
Vorteil als Schaltspeicher verwenden.