Schrittschalter - Stepping switch
In elektrischer Steuerungs- und Regelungstechnik, ein Stufenschalter oder Schritt Relais , auch als bekannt uniselector , ist eine elektromechanische Vorrichtung , die eine Eingangssignalpfad , um einen von mehreren möglichen Ausgangsweg schaltet, durch eine Folge von elektrischen Impulsen gerichtet.
Die Hauptverwendung von Schrittschaltern war die frühe automatische Telefonvermittlung zum Weiterleiten von Telefonanrufen . Später wurden sie häufig in industriellen Steuerungssystemen eingesetzt. Während des Zweiten Weltkriegs enthielten japanische Chiffriermaschinen, die in den USA als CORAL , JADE und PURPLE bekannt waren, diese. Code - Knacker in Bletchley Park eingesetzt durch einen kontinuierlich rotierenden Motor angetrieben uniselectors eher als eine Reihe von Impulsen in dem Colossus zu Kryptoanalysieren der deutschen Lorenz Chiffren.
Bei einem Uniselector tritt der Schrittschalter nur entlang oder um eine Achse, obwohl häufig mehrere Kontaktsätze gleichzeitig betätigt werden. Bei anderen Typen, wie dem Strowger-Schalter , der 1888 von Almon Brown Strowger erfunden wurde , erfolgt das mechanische Schalten in zwei Richtungen über ein Kontaktgitter.
Einachsige Schrittschalter
Schrittschalter wurden häufig in Telefonie- und Industriesteuerungssystemen eingesetzt, als die elektromechanische Technologie im Vordergrund stand.
Ein grundlegender Schrittschalter ist ein elektrisch betätigter Drehschalter mit einem einzelnen (typischerweise Eingangs-) Anschluss und mehreren (typischerweise Ausgangs-) Anschlüssen. Wie bei anderen typischen Drehschaltern wird die einzelne Klemme mit einer der mehreren Klemmen verbunden, indem ein Kontaktarm, der manchmal als Wischer bezeichnet wird, in die gewünschte Position gedreht wird. Das Bewegen von einer Position zur nächsten wird als Schritt bezeichnet, daher der Name des Mechanismus. Bei Verwendung der traditionellen Terminologie handelt es sich um einen einpoligen Schalter mit mehreren Positionen.
Während einige Schrittschalter nur einen Pol (Kontaktschicht) haben, hat ein typischer Schalter mehr; Im letzteren Fall sind alle Scheibenwischer ausgerichtet und bewegen sich zusammen. Daher könnte ein Eingang mit mehreren Drähten mit einem von mehreren Ausgängen verbunden werden, basierend auf dem Empfang eines einzelnen Satzes von Impulsen. In dieser Konfiguration ähnelten die rotierenden Kontakte den Kopfstützarmen in einem modernen Festplattenlaufwerk. Multipol-Schalter waren üblich; Einige hatten vielleicht bis zu ein Dutzend Pole, aber diese waren weniger verbreitet.
Die meisten Schalter haben eine Reihe von stationären Kontakten, die sich über einen halben Zylinder erstrecken, während einige nur ein Drittel eines Zylinders haben. Der typische "Halbzylinder" -Schalter hat zwei gegenüberliegende Sätze von Wischerkontakten, während der Typ "Drittel eines Zylinders" drei Sätze mit gleichem Abstand aufweist. Für eine bestimmte Ebene sind beide oder alle drei Scheibenwischer angeschlossen, sodass es keinen Unterschied macht, welche der beiden (oder drei) angeschlossen sind. Wenn Zugang zu mehr Auslässen erforderlich war, hatte der Rotor zwei gegenüberliegende Scheibenwischer, die jedoch vertikal versetzt waren: Bei der ersten halben Umdrehung wurde auf einen Auslasssatz zugegriffen; Auf den zweiten Satz von Auslässen wurde in der zweiten halben Umdrehung zugegriffen.
Ein Elektromagnet bringt die Scheibenwischer in die nächste Position, wenn er mit einem Gleichstromimpuls gespeist wird. Der (federbelastete) Anker des Magneten betätigt eine Sperrklinke, die eine Ratsche vorschiebt. Wenn die Sperrklinke ihren vollen Hub erreicht hat, blockiert sie die Ratsche, damit sie und die Scheibenwischer nicht überschießen. Wenn die Stromversorgung der Spule unterbrochen wird, zieht die Feder die Sperrklinke zurück. Eine andere Sperrklinke, die manchmal als Rastfeder bezeichnet wird und am Rahmen schwenkt, sorgt dafür, dass sich die Scheibenwischer nicht nach hinten bewegen. Kontaktreibung hält sie an Ort und Stelle. Einige Uniselector-Designs treten beim Anlegen des Betriebsimpulses auf; andere treten auf seine Entfernung.
In den meisten Anwendungen, wie z. B. in der Telefonie, ist es wünschenswert, die Scheibenwischer wieder in die Ausgangsposition bringen zu können. Dies ist zu Beginn der Drehung an einem Ende der Anordnung fester Kontakte. Bei einigen Schaltern ist ein Nocken an der Wischerwelle angebracht. Diese Nocke betätigt eine Reihe von Kontakten, wenn sich der Wischer in der Ausgangsposition befindet, die sich zu Beginn der Drehspanne befindet. Andere Schaltungskonstruktionen verwendeten eine Ebene (Pol) der Kontakte, um die Scheibenwischer zu beherbergen, so dass die separaten Referenzkontakte nicht benötigt wurden.
Typische Schrittschalter haben Kontakte, die direkt vom Anker des Schrittmagneten betätigt werden. Diese Kontakte können dazu dienen, den Magnetzyklus ("Selbstschritt") zu starten und die Scheibenwischer vorzuschieben, solange Strom angelegt wird. Die externen Steuerkreise unterbrechen die Stromversorgung, wenn die Scheibenwischer die gewünschte Position erreichen. das könnte die Ausgangsposition sein.
Die meisten Schrittschalter drehen die Scheibenwischer nur in eine Richtung, einige sind jedoch bidirektional. Letztere haben einen zweiten Magneten, um die Scheibenwischer in die andere Richtung zu drehen. Eine dritte Sorte "windet" eine Feder, während der Scheibenwischer schrittweise läuft, und eine Ratsche hält die Scheibenwischer davon ab, in ihre Ausgangsposition zurückzukehren. Wenn die Schaltung nicht mehr benötigt wird, gibt ein anderer Elektromagnet die Halteklinke frei. Die Feder bringt die Scheibenwischer dann in ihre Ausgangsposition zurück.
Schrittschalter waren im Betrieb ziemlich laut (insbesondere beim Selbstschritt), da ihre Mechanismen schnell beschleunigten und stoppten, um die Betriebszeit zu minimieren. Man könnte ihren Sound mit dem einiger Snap-Action-Mechanismen vergleichen. Trotzdem wurden sie für eine lange Lebensdauer entwickelt, da sie regelmäßig gewartet wurden. Sie waren ziemlich zuverlässig.
Einachsige Schrittschalter werden manchmal als Uniselektoren bezeichnet.
Mehrere Ansichten eines Schrittrelais vom Typ 206A
Bei der Verdrahtung der Klemmen handelt es sich bei der Einheit um einen sechsschichtigen Schalter mit 22 Positionen
Interne Kontakte
Magnet und Wischerarm
Draufsicht, Sperrrad, Sperrklinke und Rastfeder links
Zweiachsiger Schrittschalter
Etwas komplizierter war der zweiachsige Schrittschalter ( in Großbritannien auch Strowger-Schalter oder Zwei-Bewegungs-Wahlschalter genannt ). Normalerweise kann eine einzelne kompakte Gruppe von Scheibenwischern in zehn Ebenen an einen von 100 (oder 200) verschiedenen festen Kontakten angeschlossen werden. Wenn der Schalter im Leerlauf war, wurden die Scheibenwischer von den festen Kontakten gelöst. Die Scheibenwischer bewegten sich auf einer vertikalen Welle auf und ab und drehten sich in die Kontaktbank, um eine Verbindung herzustellen. Eine Feder innerhalb der vertikalen Welle brachte die Scheibenwischer wieder in ihre Ausgangsposition unten.
Dieser Typ hatte zwei Trägerspulen mit Sperrklinken und Ratschen, eine zum Anheben der Scheibenwischer zu den gewünschten Kontaktbänken und eine zum Drehen der Scheibenwischer in die Bänke. Diese wurden üblicherweise bei der Telefonvermittlung mit zehn Banken mit zehn Kontakten verwendet. Die Spulen wurden typischerweise durch die elektrischen Impulse angetrieben, die von einem Telefonwahlrad abgeleitet wurden . Bei einem Selektor mit zwei Bewegungen stiegen die Scheibenwischer beim Wählen einer Ziffer die Bänke hoch und drehten sich dann automatisch (Selbstschritt) in die ausgewählte Bank, bis sie einen "unbenutzten" Ausgang zur nächsten Schaltstufe fanden. Die letzten beiden gewählten Ziffern würden den Anschlussschalter betätigen ( letzter Wahlschalter in Großbritannien). Die vorletzte Ziffer würde dazu führen, dass sich die Scheibenwischer nach oben bewegen, und die letzte Ziffer würde dazu führen, dass sie sich in die Bank zum Leitungsausgang des angerufenen Kunden drehen. Wenn die Leitung frei war dann klingelt Spannung würde die angerufene Leitung angewendet werden und Klingeltons wurde der anrufenden Leitung gesendet.
Eine andere Variante des zweiachsigen Schalters war der Stromberg-Carlson XY-Schalter, der in den Telefonvermittlungsstellen im Westen der USA weit verbreitet war. Es war ein flacher Mechanismus, und die beweglichen Kontakte bewegten sich sowohl seitlich als auch hin und her. Es war ziemlich zuverlässig und konnte von Leuten mit minimaler Ausbildung gewartet werden.
Anwendungen
Schrittschalter werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, außer in Telefonsystemen. Indem mehrere in Reihe geschaltet werden, wobei die höchste Leistung von einer zum Stufenkontakt der nächsten geht, könnte ein Zähler konstruiert werden. Oder indem der Schrittkontakt über ein Relais mit einer endlosen Impulsfolge gespeist wird und das Relais über den eigenen Ausgang des Schalters gesteuert wird, kann automatisch nach der ersten nicht mit Strom versorgten Leitung gesucht werden (oder mit Strom versorgt werden, je nachdem, ob das Relais normalerweise offen ist oder nicht) normalerweise geschlossen ). Sie könnten auch als Demultiplexer verwendet werden , so dass zwei Eingangsleitungen eine Anzahl von Ausgabegeräten steuern könnten. Eine Eingangsleitung betätigt den Schalter, bis das richtige Gerät ausgewählt ist, und die andere versorgt das Gerät dann mit Strom. Viele andere Anwendungen sind möglich.
Solche Schalter wurden während des Zweiten Weltkriegs in einer Reihe japanischer Chiffriermaschinen verwendet : CORAL , JADE , PURPLE (die Namen waren amerikanisch). Die britische Code-Breaking-Maschine namens Colossus verwendete Drehschalter, mit denen die deutsche Lorenz-Chiffre gebrochen wurde.