DE1079114B - Kontaktloser elektrischer Schalter, bestehend aus einer saettigbaren Eisenkerndrossel und einem den Magnetkern der Drossel saettigenden Dauermagneten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sieh auf kontaktlose elektrische Schalter, bestehend aus einer sättigbaren Eisenkerndrossel und einem den Magnetkern der Drossel sättigenden Dauermagneten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontaktlosen Schalter vom Typ der gesättigten Drosselspulen mit einem relativ hohen Ausgangs wert bzw. einer großen Leistung zu schaffen. Der kontaktlose Schalter soll in der Lage sein, den Ausgangswert rasch zu ändern, wobei unter allen Umständen sichergestellt sein soll, daß die Kontakte eines durch den kontaktlosen Schalter beaufschlagten Relais od. dgl. bei Änderung der Ausgangsgröße des kontaktlosen Schalters nicht flattern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der mit der Drossel zu einer Einheit vereinigte Dauermagnet gehäuseartig derart eingeschlossen ist, daß er in vorgegebenen Grenzen gegenüber dem Drosselkern und einem aus magnetischem Material bestehenden, vorzugsweise stabförmigen Auslöseteil derart frei beweglich ist, daß der Dauermagnet bei Annäherung des Auslöseteils von der dem Drosselkern nahen Lage in eine zum Auslöseteil gerichtete Lage gezogen wird. Die Bewegung des Auslöseteiles erfolgt schnappend, wodurch eine größere Änderung in der Sättigung der Drossel bewirkt wird, als sie mit Schalteinheiten erreicht werden kann, bei denen der Magnet fest angeordnet ist, und das Auslöseteil gegen den Magneten bewegt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform wird die Leistungsfähigkeit des Schalters gesteigert, denn der Kern geht nunmehr in der Ein-Stellung stärker in die Sättigung und gibt damit eine bessere Regelfähigkeit für den Ausgang, während er in· der Aus-Stellung eine sehr geringe Sättigung hat, womit ein sehr kleines Aus-Signal verbunden ist.

Zum besseren Verständnis der Eigenschaften und der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben sei auf die nachfolgende Beschreibung, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt, hingewiesen.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil des Schalters im Schnitt und einen Teil in Aufsicht mit den wesentlichen Merkmalen der Erfindung. Der Magnet ist dabei in einer Lage gezeigt, in der er den Eisenkern der Drosselspule in die Sättigung bringt.

Die Fig. 2 zeigt einen,Schalter gemäß Fig. 1 zum Teil im Schnitt und zum Teil in Seitenansicht.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ähnliche Ansichten wie die Fig. 1 und 2, jedoch mit dem Unterschied, daß hier der Dauermagnet in einer Lage gezeigt ist, in der er den Kern der Drosselspule nicht zu sättigen vermag.

Die Fig. 5 zeigt ein Prinzipschaltbild für eine Schaltungsanordnung, in welcher der erfindungsgemäße Schalter Anwendung findet.

Der Schalter besteht aus einem rechteckigen Blechkern 11, auf dessen Außenschenkel Wicklungen 12 auf-Kontaktloser elektrischer Schalter,
bestehend aus einer sättigbaren

Eisenkerndrossel

und einem den Magnetkern der Drossel
sättigenden Dauermagneten

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

Marshall P. White, Buffalo, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

gebracht sind. Der Kern 11 ist vorzugsweise aus einer-Mehrzahl von Magnetblechen zusammengesetzt. Ein Teil 13 aus nichtmagnetischem Material, das an den Wicklungen 12 anliegt, bildet den Träger für das Gehäuse des Permanentmagneten 15. Dieses besteht aus einem an der Grundplatte 13' befestigten Deckel 14. Die Grundplatte 13' und der Deckel 14 können aus geeignetem, nichtmagnetischem Material, z. B. aus nichtrostendem Stahl, gefertigt sein.

Der Permanentmagnet 15 ist so zwischen dem Deckel

14 und der Platte 13' eingebracht, daß er in vertikaler Ebene innerhalb des durch die Platte 13' und dem Deckel 14 gebildeten Hohlraumes frei beweglich ist. Um die freie Bewegung sicherzustellen, kann der Hohlraum mit einem geeigneten Überzugsmaterial 16 mit niedrigem Reibungskoeffizienten, z.B. Kunststoff, versehen werden. Es ist ersichtlich, daß die Achsen der bewickelten Magnetkerne mit der Achse; des Magneten

15 ein gleichschenkeliges Dreieck bilden. Hierdurch' wird eine gleichmäßige Durchsetzung der Kerne mit dem vom Dauermagneten ausgehenden Magnetfluß erreicht

Der Kern 11, die Wicklungen 12 und ein Teil des Hohlraumes für den Magneten 15 kann.mit einem formbaren Isoliermaterial 17 ummantelt werden. Vorteil-

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haft werden in den Isolierstoffkörper als Befestigungselemente dienende Öffnungen 21 eingeformt. Mit Hilfe der Klemmen 19 wird die elektrische Verbindung zu den Wicklungen hergestellt. Der Permanentmagnet 15 kann aus irgendwelchen geeigneten Magnetmaterialien, wie Aluminium-, Nickel-, Kobalt-, Eisenlegierungen aufgebaut sein.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, liegt der Magnet 15, wenn der Auslöseteil vom. Schalter entfernt ist, durch magnetischen Kraftschluß am Drosselkern an. In dieser Lage ist der Magnetkern der Drossel durch den Fluß des Dauermagnete«; gesättigt, die Drossel hat dann eine geringe Impedanz. Diese Stellung des Magneten erlaubt ein Ausgangssignal auf die logischen Elemente in der nachstehend beschriebenen Art zu geben.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß bei Annäherung des Auslöseteiles aus Eisen oder'anderem magnetischem Material gegen die Schaltereinheit der Magnet 15 sowohl vom Drosselkern als auch vom Auslöseteil angezogen wird. An einem bestimmten Punkt der Annäherung überwiegt die Anziehungskraft des Auslöseteiles gegenüber der Anziehungskraft des Drosselkernes. Hierdurch wird der Magnet 15 vom Drosselkern schnappend abgezogen, bis er an die hintere Abdeckung der Schaltereinheit anschlägt. Hier wird er so lange gehalten, wie der Auslöseteil in seinem Bereich liegt. Während dieser Zeit ist das Ausgangssignal der Schaltereinheit von voll »Ein« auf voll »Aus« geändert. Wird der Auslöseteil der Schaltereinheit genähert, so wird das Ausgangssignal zuerst nur langsam geändert, diese Änderung geht jedoch mit dem Einsetzen der Bewegung des Magneten in eine sehr rasche Änderung über. Wird der Auslöseteil 22 wegbewegt, so fällt der Magnet in seine Ausgangslage zurück. Das Ausgangssignal wächst mit dem Wegbewegen des Auslöseteiles zuerst langsam und nach Beginn der Rückstellbewegung rasch an. Daraus ergibt sich, daß die Schaltereinheit ähnlich einem- Schalter mit Kontakten arbeitet, der durch Antriebskräfte geöffnet und geschlossen wird. Der beschriebene Schalter arbeitet in jeder Lage, er ist für das einwandfreie Arbeiten von der Erdanziehung unabhängig.

Die Magnetbewegung hat den Zweck, von »Aus« nach »Ein« die Flußänderung und damit die Sättigung zu vergrößern. Auf diese Art und Weise wächst die Leistungsfähigkeit stark an,' denn der Kern vermag nunmehr in der »Ein«-Lage vollständig in die Sättigung zu gehen und damit im Ausgangskreis eine gute Regelung zu erzielen und trotzdem in der »Aus «-Lage eine geringe Sättigung zu haben, so daß ein kleines »Aus«-Signal abgegeben wird. Wesentlich hierbei ist, daß die Bewegung des Magneten eine rasche Änderung des Ausgangssignales während des kritischen Teiles der Schaltoperation verursacht. Bei Verwendung dieser erfindungsgemäßen Anordnung in einem System mit Überwachungskontakten besteht kaum die Gefahr, daß während der Tätigkeit des kontaktlosen Schalters ein Kontaktflattern an den Kontrollschaltgeräten auftritt.

Wie vorstehend ausgeführt, eignet sich der Anmeldungsgegenstand zur Überwachung der Tätigkeit von magnetisch wirksamen logischen Elementen. Ein typisches Beispiel für einen Schaltkreis ist in Fig. 5 gezeigt. Die Drossel wicklungen 12 sind in Serienschaltung miteinander verbunden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind diese Wicklungen 12 in Serie mit dem Widerstand R 2 geschaltet. Das eine Ende der Wicklungen 21 ist mit der Klemme Ei_n verbunden. Das Ende des Widerstandes R2 ist mit der Ausgangsklemme E₀Ut einer Schalttafel verbunden. Der Lastkreis 23 ist zwischen der Ausgangsklemme und einem durchgehenden Leiter 24 eingeschaltet. Eine geeignete Wechselstromquelle ist über die Eingangsklemme E_in und dem Leiter 24 angeschlossen. Ein Gleichrichter D1 mit einem hohen Sperrwiderstand ist parallel zur Last 23 geschaltet. Ein weiterer ähnlicher Gleichrichter D 2 ist parallel zum Widerstand R2 angeordnet. Ein Widerstand R1, dessen eine Klemme mit dem negativen Pol einer Gleichspannung verbunden ist, versorgt einen Strompfad mit dem Drosselvormagnetisierungsstrom, wobei verhindert ist, daß der Erregerstrom durch den Lastkreis fließt.

Wie vorstehend ausgeführt, ist der Drosselkern 11 dann gesättigt, wenn der Magnet 15 am Kern anliegt. Ist der Drosselkern gesättigt, wird nur ein geringer Anteil der angelegten Spannung in der Drossel verbraucht, während der größte Teil der Spannung durch die Last als Halbwellengleichstrom fließt. Während der einen Hälfte jeder Schwingung, wenn die Spannung an der Klemme E_m positiv ist, fließt der Strom von dieser durch die Wicklung der Drosselnden Gleichrichter D 2 und durch den Lastkreis 23 zum Leiter 24. Während der anderen Halbwelle, wenn die Spannung am Ei_n negativ ist, fließt der Strom durch den Leiter 24, den Gleichrichter Dl, den Widerstand R2 und den Wicklungen der Drossel zurück zur Klemme Ei_n.

Wird der Magnet 15 gegen den Auslöser gezogen, so ist sein Fluß durch den stabförmigen Auslöser weitgehend kurzgeschlossen, es vermag demnach nur ein geringer Flußanteil durch den Drosselkern zu fließen. Dies bewirkt eine hohe Impedanz der Drossel, so daß die gesamte angelegte Spannung von der Drossel aufgenommen wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei positiver Spannung an der Klemme Ei_n der Ausgangsstrom nicht über den Widerstand R 2 fließt, sondern durch den in Durchlaßrichtung niederohmigen Gleichrichter D 2. Dies verbessert die Steuerwirkung des Kreises wesentlich.

Wenn die Spannung an Ei_n negativ ist, fließt der Rück- oder Entmagnetisierungsstromfluß durch den Widerstand R2. Der Öhmwert des Widerstandes R2 soll relativ hoch gemacht sein, um den E.ück- oder Entmagnetisierungsstrom soweit wie möglich herabzusetzen.

Durch die vorhergehende Beschreibung ist klargestellt, daß durch die Erfindung ein kontaktloser Schalter vom Typ der gesättigten Drosselspulen gegeben ist, welcher sich besonders für die Steuerung von logischen magnetischen Elementen eignet. Der vofliegende Schalter hat einen relativ großen Ausgangswert und bewirkt eine rasche Änderung der Ausgangsgröße während des kritischen Schaltvorganges. Weiterhin ist der Schalter einfach in der Konstruktion und kann vollkommen geschlossen ausgeführt werden, so daß er gegen Fremdeinflüsse geschützt ist. Es ist selbstverständlich, daß das Auslöseteil an einem beweglichen Teil der zu überwachenden Maschine befestigt oder als Teil dieser Maschine ausgebildet werden kann.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kontaktloser elektrischer Schalter, bestehend aus einer sättigbaren Eisenkerndrossel und einem den Magnetkern der Drossel sättigenden Dauermagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Drossel zu einer Einheit vereinigte Dauermagnet gehäuseartig derart eingeschlossen ist, daß er in vorgegebenen Grenzen gegenüber dem Drosselkern und einem aus magnetischem Material bestehenden, vorzugsweise stabförmigen Auslöseteil derart frei

beweglich ist, daß der Dauermagnet bei Annäherung des Auslöseteils von der dem Drosselkern nahen Lage in eine zum Auslöseteil gerichtete Lage gezogen wird.

2. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel als Zweischenkeldrossel aufgebaut ist und die beiden Wicklungen in Serie geschaltet sind.

3. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegung des Magneten begrenzenden Elemente so angeordnet sind, daß die Magnetachse mit den Achsen der bewickelten Kernteile etwa ein gleichschenkeliges Dreieck bilden.

4. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Drossel und des Magneten, daß durch die mögliche Bewegung des Magneten die Drossel sowohl

in als auch aus der Sättigung gebracht werden kann.

5. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Magneten gehäuseartig einschließende Begrenzungsmittel aus nichtmagnetischem Material besteht.

6. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem Material zur Herabsetzung der Reibung, z. B. Kunststoff, zumindest teilweise ausgekleidet ist.

7. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinheit ohne Auslöseteil zumindest weitgehend in Isolierstoff eingebettet ist.

8. Kontaktloser Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Isolierstoff als Befestigungselemente dienende öffnungen oder Durchbrüche eingeformt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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