DD139492A1

DD139492A1 - MAGNETSCHALTER

Info

Publication number: DD139492A1
Application number: DD20868378A
Authority: DD
Inventors: Herbert Hoeft; Andreas Hartmann
Original assignee: Herbert Hoeft; Andreas Hartmann
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1980-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetschalter, der in der Elektrotechnik/Elektronik Anwendung findet. Sie hat das Ziel, einen Magnetschalter herzustellen, der einfach im Aufbau ist und geringe Herstellungskosten aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen technisch zuverlässigen Magnetschalter ohne mechanische Federwirkungen zu realisieren, der hohe Kontaktkraft und große Schaltgeschwindigkeit ermöglicht und gleichzeitig prellarm bzw. prellfrei schaltet. Erfindungsgemäß werden ein oder zwei Permanentmagnete und zwei oder drei harte oder weiche ferromagnetische elektrische Leiter so angeordnet, daß sie eine kraftschlüssige, elektrische isolierte MIM- oder MIMIMStruktur ergeben. Dabei werden jeweils zwei metallische Leiter mittels einer beweglichen, elektrisch leitenden ferromagnetischen Wippe elektrisch und magnetisch kurzgeschlossen. Bei Verwendung von zwei oder drei ferromagnetischen Leitern wird eine bistabile Schaltung aufgebaut, bei Verwendung von zwei ferromagnetischen Leitern und einem nichtmagnetischen eine monostabile Schaltung. Die bistabile Schaltung kann auch so aufgebaut sein, daß eine Umschaltung zwischen ···· »ie# «.»..„den äußeren Kontakten erfolgt.The invention relates to a magnetic switch used in electrical engineering / electronics Application finds. It has the goal of a magnetic switch manufacture, which is simple in construction and low production costs having. The invention is based on the object, a technically reliable magnetic switch without mechanical spring effects to realize the high contact force and high switching speed allows and at the same time switches bounce-poor or bounce-free. According to the invention be one or two permanent magnets and two or three hard or soft ferromagnetic electrical conductors arranged so that they have a frictional, electrically isolated MIM or MIMIM structure result. In each case, two metallic conductors by means of a movable, electrically conductive ferromagnetic Rocker electrically and magnetically short-circuited. When using Two or three ferromagnetic conductors become a bistable circuit constructed using two ferromagnetic conductors and a non-magnetic a monostable circuit. The bistable Circuit can also be constructed so that a switch between ···· »ie #«. ».." external contacts.

Description

2 0 86 832 0 86 83

Magnetschalter .Magnetic switch.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Magnetschalter, der in der Elektrotechnik/Elektronik Anwendung fijndet.The invention relates to a magnetic switch, the fijndet in electrical engineering / electronics application.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die bekannten Schalter sind vorwiegend so ausgeführt, daß die Kontaktkraft und die Rückstellkraft durch Federwege oder durch Magnetkräfte in Verbindung mit mechanischen Federn oder Permanentmagnete auf den beweglichen Kontakten realisiert werden.The known switches are mainly designed so that the contact force and the restoring force can be realized by spring travel or by magnetic forces in conjunction with mechanical springs or permanent magnets on the movable contacts.

Es sind Schalter bekannt, die Magnetfelder für die Erzeugung von Kontaktkräften nutzen und deren konstruktiver Aufbau mit hohen magnetischen Streuflüssen verbunden ist. Dies bewirkt eine verminderte Ausnutzung der möglichen magnetischen Kräfte (DT- OS 2.322.949). Dabei wird in der Regel der Permanentmagnet bewegt.There are known switches that use magnetic fields for the generation of contact forces and their structural design is associated with high magnetic stray flux. This causes a reduced utilization of the possible magnetic forces (DT-OS 2.322.949). As a rule, the permanent magnet is moved.

Es gibt auch Lösungen, bei denen die Federn oder Zungen durch Magnetkräfte ausgelenkt werden. Da Kontaktkraft und Rückstellkraft in der Regel direkt antiparallel liegen, ist die effektiv wirkende Kontaktkraft kleiner als die aufgebrachte Kontaktkraft. In Verbindung mit der Rückstellkraft und der kinetischen Einsehaltenergie kommt es oft zu nicht vertretbaren und unzureichenden statischen Kontaktkräften. Eine sichere Kontaktstelle benötigt eine ausreichend hohe Kontaktkraft.There are also solutions in which the springs or tongues are deflected by magnetic forces. Since contact force and restoring force are usually directly antiparallel, the effectively acting contact force is smaller than the applied contact force. In conjunction with the restoring force and the kinetic Einsehaltenergie it often comes to unreasonable and insufficient static contact forces. A secure contact point requires a sufficiently high contact force.

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Um Prellungen zu vermeiden, wird eine Kraftcharakteristik angestrebt, die etwa umgekehrt proportional zum Kontaktabstand ist. Damit kann auch eine hohe Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit erreicht werden.To avoid bruises, a force characteristic is sought, which is approximately inversely proportional to the contact distance. Thus, a high on and off speed can be achieved.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, einen Magnetschalter herzustellen, der einfach im Aufbau ist und geringe Herstellungskosten aufweist.The invention has the object to produce a magnetic switch which is simple in construction and has low production costs.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen technisch zuverlässigen Magnetschalter ohne mechanische Federwirkungen zu realisieren, der hohe Kontaktkraft und große Schaltgeschwindigkeit ermöglicht und gleichzeitig prellarm bzw. prellfrei schaltet.The invention has for its object to realize a technically reliable magnetic switch without mechanical spring effects, the high contact force and high switching speed allows and simultaneously switches bounce or bounce.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein oder zv/ei Permanentmagnete und zwei oder drei harte oder v/eiche ferromagnetische elektrische Leiter so angeordnet sind, daß sie eine kraftschlüssige, elektrisch isolierte MIM- oder MIMIM-Struktür ergeben. Die Anordnung erfolgt so, daß jeweils zwei metallische Leiter mittels einer beweglichen, elektrisch leitenden ferromagnetischen Wippe oder eines Zwischenstückes elektrisch oder magnetisch kurzgeschlossen werden. Das bewirkt, daß die gesamte Magnetenergie für die Anziehungskraft ausgenutzt wird, wodurch bei' minimalstem magnetischem Streufluß eine maximale Kon-. taktkraft auftritt, die höchste Zuverlässigkeit und niedrigen Durchgangswiderstand garantiert.According to the invention, this object is achieved in that one or zv / ei permanent magnets and two or three hard or v / eiche ferromagnetic electrical conductors are arranged so that they give a frictional, electrically insulated MIM or MIMIM structure door. The arrangement is such that two metallic conductors are electrically or magnetically short-circuited by means of a movable, electrically conductive ferromagnetic rocker or an intermediate piece. This causes the entire magnetic energy is utilized for the attraction, whereby at 'minimum magnetic leakage flux maximum Kon-. Stroke occurs, the highest reliability and low volume resistance guaranteed.

Die Permanentmangete bestehen aus hochohraigen Ferriten, wodurch in der Regel keine weitere elektrische Isolierung benötigt wird.The Permanentmangete consist of hochohraigen ferrites, which usually no further electrical insulation is needed.

Bei unzureichendem Isolationswiderstand der Permanentmagnete werden dünne elektrisch isolierende Schichten zwischenWith insufficient insulation resistance of the permanent magnets thin electrically insulating layers between

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oder auf den Leitern und/oder den Permanentmagneten aufgebracht.or applied to the conductors and / or the permanent magnet.

Für Schalter mit niedrigen Zuverlässigkeitsansprüchen können ferromagnetische Leiter direkt als Kontaktwerkstoff verwendet werden.For switches with low reliability requirements, ferromagnetic conductors can be used directly as a contact material.

Pur Schalter mit höheren Zuverlässigkeitsansprüchen werden die Kontaktstellen mit Edelmetallschichten versehen. Mchtmagnetische Edelmetallschichten bewirken eine geringfügige Scherung des Magnetflusses. Es ist deshalb in bestimmten 10. Fällen günstig, die Kontaktstellen mit ferromagnetischen Schichten, z.B. PtGo, zu versehen.Pur switches with higher reliability requirements, the contact points are provided with precious metal layers. Magnetic noble metal layers cause a slight shearing of the magnetic flux. It is therefore convenient in certain cases to use the contact points with ferromagnetic layers, e.g. PtGo, to provide.

Bei Verwendung von zwei oder drei ferromagnetischen leitern in der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine bistabile Schaltung als Um-, Ein- oder Ausschalter aufgebaut.When using two or three ferromagnetic conductors in the arrangement according to the invention, a bistable circuit is constructed as a reversing, on or off switch.

Bei Verwendung von zwei ferromagnetischen Leitern und einem nichtmagnetischen Leiter wird eine monostabile Schaltung als Taste, Mikrotaste oder Mikroschalter aufgebaut .When using two ferromagnetic conductors and a non-magnetic conductor, a monostable circuit is established as a button, microkey or microswitch.

Diese beiden Schaltungen können jeweils in Reihe oder auch flächenhaft angeordnet werden.These two circuits can each be arranged in series or even in a planar manner.

Die ferromagnetischen elektrischen Leiter können durch das Magnetfeld des Permanentmagneten an diesem gehalten werden, oder sie sind mit oder ohne Isolierzwischenschicht auf dem Permanentmagnet befestigt,The ferromagnetic electrical conductors may be held thereto by the magnetic field of the permanent magnet, or they may be fixed on the permanent magnet with or without an insulating interlayer,

Als Betätigungsorgan der Wippe dient ein geeignet geformtes Isolierstück. Ein Zapfen in einer öffnung der Wippe bestimmt die Horizontallage des Mittenkontaktes.As an actuating member of the rocker is a suitably shaped insulating piece. A pin in an opening of the rocker determines the horizontal position of the center contact.

Zwei erfindungsgemäße Schalter mit einer bistabilen Schaltung können auch so angeordnet sein, daß eine Umschaltung zwischen den äußeren Kontakten durch einen Flachhebel erfolgt. Dabei können die Mittenkontakte weggelassen und eine Schwenklagerung verwendet werden.Two switches according to the invention with a bistable circuit can also be arranged so that a switchover between the external contacts is effected by a flat lever. The center contacts can be omitted and a pivot bearing can be used.

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Anstelle der mechanischen Einwirkung kann die Betätigung des Schalters durch zwei elektromagnetische Spulen erfolgen. Der erfindungsgemäße Schalter kann auch als elektromagnetische Sicherung bzw. Schutz ausgeführt werden, so daß die Einschaltung mechanisch und die Ausschaltung bei einem Überstrom elektromagnetisch erfolgt.Instead of the mechanical action, the operation of the switch can be done by two electromagnetic coils. The switch according to the invention can also be designed as an electromagnetic fuse or protection, so that the switching is done mechanically and the elimination of an overcurrent electromagnetically.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutertThe invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Magnetschalter als Umschalter mit links geschlossenen und rechts offenen Kontakten, 1 shows a cross section through a magnetic switch according to the invention as a change-over switch with contacts closed on the left and contacts open on the right,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Magnetschalters mit einem Permanentmagneten,2 shows the side view of a magnetic switch with a permanent magnet,

Fig. 3 die Vorderansicht zu Fig. 2,3 is the front view of FIG. 2,

Fig. 4 die Seitenansicht mehrerer Schalter nach Fig. 1 oder Fig. 2,4 shows the side view of several switches according to FIG. 1 or FIG. 2, FIG.

Fig. 5 die Draufsicht auf eine flächenhafte Anordnung nach Fig. 1 oder Fig. 2,5 is a plan view of a planar arrangement according to FIG. 1 or FIG. 2, FIG.

Fig. 6 eine doppelte Anordnung nach Fig. 1 mit einer . Wippe undFig. 6 is a double arrangement of FIG. 1 with a. Rocker and

Fig. 7 eine elektrisch steuerbare Anordnung im Sinne eines polarisierten Relais oder einer Überstromsicherung.Fig. 7 shows an electrically controllable arrangement in the sense of a polarized relay or overcurrent protection.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wird durch den kompakten Aufbau der gesamte Magnetfluß für die Kontaktkraft ausgenutzt, indem die Permanentmagneten 1 auf ihren Nord-Süd-Flächen mit ferromagnetischen Kontaktstücken 2, 3t -4 belegt und diese magnetisch durch die Wippe 5 kurzgeschlossen werden. Als Permanentmagnete 1 eignen sich hochohmige Ferrite oder metallische Magnete mit entsprechender elektrischer Isolierung.1, 2 and 3 is exploited by the compact structure of the entire magnetic flux for the contact force by the permanent magnets 1 occupied on their north-south surfaces with ferromagnetic contact pieces 2, 3t -4 and these are magnetically shorted by the rocker 5 , Suitable permanent magnets 1 are high-resistance ferrites or metallic magnets with appropriate electrical insulation.

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Bei ausreichendem Volumen der ferromagnetischen Kontaktstücke 2,3,4 und der Wippe 5 wird die gesamte Magnetenergie an den Kontaktstellen 6 ausgenutzt. Eine Betätigung der Wippe 5 schließt den Stromkreis über 3, 4 oder 4, 4 und öffnet ihn über 2, 3 oder 2, 2.With sufficient volume of the ferromagnetic contact pieces 2,3,4 and the rocker 5, the entire magnetic energy at the contact points 6 is utilized. Actuation of the rocker 5 closes the circuit via 3, 4 or 4, 4 and opens it via 2, 3 or 2, 2.

Sind die Kontaktstucke 2, 3, 4 ferromagnetisch, so ist der Aufbau bistabil und als Um-, Ein- und Ausschalter einsetzbar. Besteht eines der Kontaktstücke 2 oder 4 aus einem nichtmagnetischen elektrischen Leiter, so ist der Aufbau monostabil und als Taste geeignet. In diesem Fall kann ein Permanentmagnet 1 in Pig. 1 durch ein isoliertes Zwischenstück ersetzt werden.Are the contact pieces 2, 3, 4 ferromagnetic, the structure is bistable and can be used as a toggle, on and off. If one of the contact pieces 2 or 4 consists of a non-magnetic electrical conductor, then the structure is monostable and suitable as a key. In this case, a permanent magnet 1 in Pig. 1 replaced by an insulated spacer.

Die elektrischen Anschlüsse 7 an den ferromagnetischen Kontaktstücken 2, 3» 4 werden auf üblichem Wege befestigt, z.B. mit Schrauben.The electrical connections 7 to the ferromagnetic contact pieces 2, 3 »4 are fixed in the usual way, e.g. with screws.

Die Kontaktstellen 6 können bei energiereichen Magneten, wie z.B. AlMCo 800 und bei nicht zu hohen Zuverlässigkeitsforderungen direkt aus dem ferromagnetischen Material bestehen oder bei höheren Zuverlässigkeitsforderungen veredelt werden. Wenn nötwendig, kann auf die Edelmetallschichten eine magnetische Schicht, z.B. aus PtCo oder Ui, aufgebracht werden.The pads 6 may be used in high-energy magnets, such as e.g. AlMCo 800 and not too high reliability requirements are made directly from the ferromagnetic material or refined at higher reliability requirements. If necessary, a magnetic layer, e.g. made of PtCo or Ui.

. Pur die Betätigung der Wippe 5 sind als Berührungsschutz elektrisch isolierende Griffelemente notwendig. Dazu eignen sich übliche Wippenhebel 8 oder Anordnungen als Schiebeschalter, Kipphebel oder Drehhebel. Ein Berührungsschutz wird durch ein Isoliergehäuse 9 realisiert., Pur the operation of the rocker 5 are necessary as a shock protection electrically insulating handle elements. For this purpose, conventional rocker lever 8 or arrangements are suitable as a slide switch, rocker arm or rotary lever. A contact protection is realized by an insulating housing 9.

Um die Wippe 5 mechanisch rutscharm auszuführen, können ein Zapfen am Mittenkontakt 3> eine Öffnung oder Rollen mit entsprechender Lagerung des Mittenkontaktes 3 vorgesehen werden. Um Reibungsoxydation an dieser Stelle zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Lagerstelle zu versilbern. "To perform the rocker 5 mechanically slip, a pin on the center contact 3> an opening or rollers with appropriate storage of the center contact 3 can be provided. To avoid friction oxidation at this point, it is recommended to silver the bearing. "

Es können entsprechend Pig. 4 einzelne Schalter aufgereiht oder mehrere Kontaktstücke 2, 3, 4 auf langen Magneten angeordnet werden.It can according to Pig. 4 individual switches lined up or multiple contact pieces 2, 3, 4 are arranged on long magnets.

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Eine flächenhafte Anordnung, wie sie Pig. 5 als Schalteroder Tastenfeld zeigt, läßt sich ebenfalls durch Einzeloder Reihenschalter leicht aufbauen. Magnetische Kontaktstücke halten im allgemeinen selbst durch die Magnetkraft. liehtmagnetische Kontaktstücke v/erden geklebt, geklemmt, geschraubt oder nach anderen üblichen Methoden positioniert. Dies ist auch für ferromagnetische Kontaktstücke zusätzlich möglich.An areal arrangement like Pig. 5 shows as a switch or keypad, can also be easily build by single or series switch. Magnetic contacts generally hold themselves by the magnetic force. Magnetic contact pieces are glued, clamped, screwed or positioned according to other customary methods. This is also possible for ferromagnetic contact pieces.

Entsprechend Fig. 6 lassen sich zwei Schalter nach Pig, 1 bo anordnen, daß sie als Umschalter wirken. Die Wippe 5 wird hier zweckmäßig als Flachhebel mit einem geeigneten Griffelement 10 ausgeführt. Dabei können die Mittenkon-. takte 3 durch eine Schwenk- oder Drehlagerung ersetzt werden. ,According to Fig. 6, two switches to Pig, 1 bo order that they act as a switch. The rocker 5 is expediently designed as a flat lever with a suitable handle element 10. The Mittenkon-. 3 are replaced by a pivot or pivot bearing. .

Die Betätigung kann auch durch zwei Spulen 11 entsprechend Fig. 7 mit geeignetem Anzugsmoment ausgelöst werden. Für die Umschaltung genügt ein Stromimpuls. Läßt man eine der Spulen 11 weg, so ist der gleiche Aufbau als Überstrom·» schutzschalter oder elektromagnetische Sicherung mit mechanischer Ein- und elektrischer Ausschaltung verwendbar. Das Einschalten eines zweiten Stromkreises bei Überstrom ist auch möglich.The actuation can also be triggered by two coils 11 corresponding to FIG. 7 with a suitable tightening torque. For switching a current pulse is sufficient. If one of the coils 11 is left out, then the same structure can be used as an overcurrent protection switch or electromagnetic fuse with mechanical input and electrical disconnection. The switching on of a second circuit in case of overcurrent is also possible.

Claims

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invention claim

1. Magnetic switch without additional elastic spring forces, characterized in that one or two permanent magnets (T) and two or three hard or soft ferromagnetic electrical contacts (2, 3 ₅ 4) are arranged in a frictionally electrically insulated MIM or MIMIM structure, of which two contacts (2, 3, 4) are electrically and magnetically short-circuited by means of a movable, electrically conductive ferromagnetic rocker (5) or an intermediate piece.

2. Magnetic switch according to item 1, characterized in that the permanent magnets (1) consist of high-impedance Perriten.

3. A magnetic switch according to item 1, characterized in that thin electrically insulating layers between or on the contacts (2, 3 »4) and / or the permanent magnet (1) are applied.

4. A magnetic switch according to item 1, characterized in that ferromagnetic electrical contacts (2, 3 _f 4) are used directly as a contact material or the contact points (6) are provided with noble metal layers and ferromagnetic layers.

5. A magnetic switch according to item 1 to 4, characterized in that three ferromagnetic contacts (2, 3 »'4) and two permanent magnets (1) are arranged as a bistable circuit.

6. A magnetic switch according to item 1 to 4, characterized in that two or four ferromagnetic electrical contacts (3, 4)) and a permanent magnet (1) are arranged as a bistable circuit.

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7. A magnetic switch according to item 1 to 4, characterized in that two ferromagnetic electrical contacts (2, 3 or 3, 4) and a non-magnetic contact (2 or 4) are arranged as a monostable circuit.

8. A magnetic switch according to item 1 to 7, characterized in that the structures are arranged in series or in a planar manner.

9. A magnetic switch according to item 1 to 8, characterized in that the contacts (2, 3, 4) by the magnetic field on the permanent magnet (1) held v / ground or are fixed with or without Isolierzwischenschicht on the permanent magnet.

10. A magnetic switch according to item 1 to 6, 8 and 9>, characterized in that two switches are arranged so that a switch between the outer conductors (2, 4) by means of a handle element (10), in particular a flat lever takes place.

11. A magnetic switch according to item 1 to 6 and 8 to 10, characterized in that the center contacts (3) omitted and a rotary or pivot bearing is used.

12. A magnetic switch according to item 1 to 11, characterized in that the actuation by two electromagnetic coils (11) takes place in the sense of a polarized relay. ·

13. A magnetic switch according to item 1 to 11, characterized in that a mechanical switch-on and an electromechanical switch-off takes place at an overcurrent in the sense of electromagnetic fuses or contactors.

For this purpose, page Drawings