DE1069191B - Kontaktlose Schalteinrichtung mit eiber saettigbaren Eisenkerndrossel - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, robusten und vielseitig anwendbaren Schalter auf der Grundlage sättigbarer Drosseln zu schaffen, dessen Teile keiner mechanischen Abnutzung bzw. Lichtbogenbildung unterworfen sind. Hierzu wird gemäß der Erfindung an einer sättigbaren Eisendrossel ein Permanentmagnet angeordnet, der den Drosselkern sättigt, so daß sie dem Stromfluß praktisch keinen Widerstand entgegensetzt. Beim Schaltvorgang wird ein Schlußstück aus magnetischem Material in eine Lage gebracht, in der es im wesentlichen den Fluß des Permanentmagneten aufnimmt und damit den Drosselkern entsättigt. Die Drossel wirkt dann als hohe Impedanz.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Die

Fig. 1 bis 3 zeigen teilgeschnittene Ansichten einer Schalteinrichtung nach der Erfindung, die

Fig. 4 eine Möglichkeit der Einschaltung in einen Verbraucherkreis.

Gemäß der Zeichnung enthält die Schalteinrichtung eine Drossel 11, eine JVTagnetanordnung 12 und ein Schlußstück 13. Die Drossel 11 besteht aus einem hohlen rechteckigen Kern 14, auf dessen beide Sehenkel Wicklungen 15 aufgebracht sind. Der Kern 14 ist vorteilhaft aus Blechen geschichtet. Die Spulen sind in Reihe geschaltet und an Kontakte 16 geführt, an die die Stromzuführung angeschlossen wird. Die gesamte Drossel ist in Isoliermaterial 17 eingebettet, das zur Montage mit Bohrungen 18 und 19 versehen ist.

Die Magnetanordnung 12 enthält einen metallischen Permanentmagneten 21, der aus einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung bestehen kann, und zwei keramische Magneten 22. Die keramischen Magneten können aus einer Oxydmischverbindung der chemischen Formel Ba O₆ Fe₂ O₃ bestehen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind sie so angeordnet, daß die magnetomotorischen Kräfte der Magneten sich summieren.

Die Magnetanordnung 12 ist an einer Seite der Drossel 11 befestigt. Sie kann in ein Gehäuse 23 eingelegt sein, das vorteilhaft aus einem unmagnetischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, besteht. Ein Teil dieses Gehäuses· kann in das Isoliermaterial eingebettet "sein, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich.

Das Schlußstück 13 besteht aus einem möglichst hysteresefreien Material, wie beispielsweise weichem Eisen. Es kann an einem beweglichen Maschinenoder Anlageteil befestigt sein, während die Drossel und Magnetanordnung vorteilhaft ortsfest ausgebildet ist. Da das Schlußstück aus hysteresefreiem Material besteht, wirkt es nicht als Magnet, so daß es keine Metallspäne an einer Bearbeitungsmaschine anziehen Kontaktlose Schalteinrichtung
mit einer sättigbaren Eisenkerndrossel

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Juli 1957

Lawrence Pierce, Buffalo, N. Y.,

und Marshall P. White,

Cheektowaga, Buffalo, N. Y. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

kann. Da die Drossel und die Magnetanordnung völlig gegen außen abgeschlossen sind, ist sie gegen Verunreinigung durch Öl und Fremdkörper geschützt.

Bei Abwesenheit des Schlußstückes 13 erzeugt der Permanentmagnet einen beträchtlichen Fluß Φ 1, der den Drosselkern 14 sättigt. In diesem Fall hat die Drossel eine geringe Impedanz, so daß der Verbraucher praktisch die gesamte Netzspannung erhält. Der Verbraucher kann insbesondere eine Steuereinrichtung mit logischen Elementen, beispielsweise auf magnetischer Grundlage, sein. Im Einschaltzustand ist der Streufluß Φ 2 relativ klein.

Wird dagegen das Schlußstück an den Permanentmagneten herangebracht, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, fällt der Fluß Φ1 im Drosselkern 14 auf einen relativ kleinen Wert, während der Streufluß Φ 2 stark ansteigt. Dieser Anstieg des Streuflusses hat seine Ursache in dem geringen magnetischen Widerstand, der durch das Schlußstück 13 dem Fluß des Permanentmagneten entgegengesetzt wird, und in der magnetomotorischen Kraft der keramischen Magnete. Diese zusätzliche magnetomotorische Kraft treibt den Fluß Φ 2 über den Luftspalt zwischen dem Schlußstück 13 und dem Permanentmagneten 21. Der große Fluß Φ 2 tritt durch den Magneten 21 und sättigt ihn fast völlig, so daß praktisch die gesamte magnetomotorische Kraft des Permanentmagneten absorbiert wird. Die eine Seite des Permanentmagneten kann an beiden Enden abgeschrägt sein, um diese Sättigung

. . . .. 909 649/280

zu erhöhen. Dies ist in Fig. 2 bei 24 veranschaulicht. Es ist dann nur eine kleine magnetomotorische Kraft verfügbar, um den Fluß Φ1 über den verhältnismäßig großen Luftspalt zum Drosselkern 14 zu treiben, so daß dieser Fluß klein ist. Die Drossel ist dann ungesättigt und hat eine hohe Impedanz, so daß nur geringer Strom zum Verbraucher fließen kann. Dieser geringe Ausgangsstrom genügt nicht zur Betätigung eines logischen Elementes.

Wird das Schlußstück 13 wieder entfernt, so fällt der Streufluß Φ 2, während der Fluß Φ1 steigt. Da die beiden keramischen Magneten 22 eine Permeabilität nahe 1 haben, beeinflussen sie den Streufluß Φ2 nicht. Der Drosselkern 14 wird wieder gesättigt, und es entsteht eine große Ausgangsspannung, die zur Betätigung eines logischen Elementes genügt.

Einen typischen Schaltkreis, in dem der Erfindungsgegenstand anwendbar ist, zeigt Fig. 4. Die beiden Wicklungen 15 der Drossel 14 sind in Reihe geschaltet und liegen mit einem Widerstand R₂ in Reihe mit dem Verbraucher 25. Zwischen die mittlere und untere Eingangsklemme wird die Netzwechselspannung angelegt. Parallel zum Verbraucher 25 liegt ein Ventil D₁ mit hohem Widerstand in Sperrichtung. Ein ähnliches Ventil D₂ ist parallel zum Widerstand R₂ gelegt. Ein Widerstand R₁, dessen eine Klemme mit einer negativen Gleichspannung verbunden ist, bildet einen Stromweg für den Magnetisierungsstrom der Drossel, so daß dieser vom Verbraucherkreis ferngehalten wird. Wenn das Schlußstück 13 entfernt wird, ist der Drosselkern 14 gesättigt. In diesem Fall wird nur ein geringer Teil der Netzspannung von der Drossel aufgenommen. Der Verbraucher erhält Halbwellenstrom. In der einen Halbwelle fließt Strom über die Drossel 15., den Gleichrichter D₂ und den Verbraucher 25 zur Leitung 26. In der anderen Halbwelle fließt Strom von der Leitung 26 über das Ventil D₁, den Widerstandswert R₂ und die Drossel 15.

Wird das Schlußstück an die Schalteinrichtung herangebracht, so wird die Drossel entsättigt und nimmt praktisch die gesamte Netzspannung auf.

Dank des Ventils D₂ fließt der Laststrom nicht durch den Widerstand R₂, so daß nur geringe Verluste im Verbraucherkreis entstehen. Dagegen dient der Widerstand R₂ dazu, den Rückmagnetisierungsstrom in der anderen Halbwelle möglichst klein und damit die Drossel gesättigt zu halten. Zu diesem Zweck kann der Widerstand R₂ sehr hochohmig bemessen sein.

Wie sich aus vorstehendem ergibt, ist die Schalteinrichtung nach der Erfindung insbesondere zur Zusammenarbeit mit kontaktlosen logischen Elementen geeignet. Sie hat keine beweglichen Teile, die irgendeiner mechanischen Abnutzung ausgesetzt wären, und einen einfachen und kleinen Aufbau. Die Lebensdauer ist praktisch unbegrenzt. Die Schalteinrichtung kann vor allem als Endschalter und Stellungsmelder für Werkzeugmaschinensteuerungen und ähnliche Steueraufgaben verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist seine hohe Betriebssicherheit. Wenn durch eine Störung oder Beschädigung in der Anlage eine elektrische Verbindung unterbrochen wird, entsteht keine Spannung am Verbraucher bzw. an den logischen Elementen der Steuereinrichtung, so daß die gesteuerten Maschinen angehalten werden.

Für die spezielle Ausbildung des Erfindungsgegenstandes gibt es neben der in der Zeichnung dargestellten noch verschiedene andere Möglichkeiten. Beispielsweise ist statt des stabförmigen Permanentmagneten auch ein hufeisenförmiger verwendbar, und die Drossel kann auch andere Bauform aufweisen. Wesentlich ist dabei nur, daß der Fluß des Permanentmagneten für die Sättigung des Drosselkernes sorgt, bei Anwesenheit eines Schlußstückes jedoch vom Drosselkern abgelenkt wird. In manchen Fällen kann man ein besonderes Schlußstück erübrigen, wenn der bewegliche Teil selbst aus geeignetem Material besteht.

Claims (9)

Patentansprüche: 20

1. Kontaktlose Schalteinrichtung mit einer sättigbaren Eisenkerndrossel, gekennzeichnet durch einen an der Drossel angeordneten Permanentmagneten, der den Drosselkern sättigt, und durch ein Schlußstück aus magnetischem Material, das beim Schaltvorgang in eine Lage gebracht wird, in der es im wesentlichen den magnetischen Fluß des Permanentmagneten aufnimmt und damit den Drosselkern entsättigt.

2. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 1, insbesondere als Endschalter, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlußstück an einem Maschinen- oder Anlagenteil befestigt ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkern rechteckig mit zwei Schenkeln ausgebildet ist und dies Schenkel je eine Wicklung tragen, die in Reihe geschaltet sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel in Isoliermaterial eingebettet ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet in ein unmagnetisches, an die Drossel angebautes Gehäuse eingelegt ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet stabförmig ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drossel zugewandte Seite des Permanentmagneten an beiden Enden abgeschrägt ist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des· Permanentmagneten auf der der Drossel abgewandten Seite keramische Magneten angeordnet sind, die den Flußübergang auf das Schlußstück erleichtern.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Steuerung von kontaktlosen logischen Elementen dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen