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Elektrische Kontakteinrichtung, insbesondere für Fernsteuerzwecke
In elektrischen Steueranlagen werden vielfach Kontaktanordnungen benötigt, die höchst
zuverlässig und oft mit sehr geringen Steuerkräften arbeiten müssen. Hierfür ist
beispielsweise die Verwendung von Quecksilber-Wischkontaktröhren bekannt. Bekannt
ist auch die Verwendung von in einer evakuierten Glasröhre angeordneten magnetgesteuerten
Kontakten, mit denen höhere Schaltfrequenzen erreicht werden können als mit Wischkontakten.
Bei diesen sind die gewöhnlich aus Edelmetall bestehenden Kontaktstücke an ferromagnetischen
Kontaktzungen aus dünnem Federstahl gehaltert, und außerhalb der Glasröhre sind
magnetische Mittel angeordnet, mit denen die federnden Kontaktzungen zur Kontaktbetätigung
magnetisch bewegt werden können. Die magnetischen Mittel sind entweder ein Dauermagnet
oder eine Magnetspule.
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Bekannt ist beispielsweise folgende Bauform: In einer evakuierten
Glasröhre sind zwei Federzungen gleichgerichtet und parallel zueinander angeordnet.
An ihrem festen Ende sind die beiden Federzungen in eine Stirnwand der Glasröhre
eingeschmolzen und mit die Stirnwand nach außen durchdringenden Anschlußfahnen versehen.
An ihrem anderen Ende tragen die beiden Federzungen die beiden Kontaktstücke. Die
eine Federzunge hat über das Kontaktstück hinaus noch ein Verlängerungsstück und
trägt an diesem Ende ein kleines Eisenscheibchen. Außerhalb der Glasröhre ist ein
Dauermagnet, der in Form eines aufgeschnittenen Ringes ausgebildet ist und an seinen
beiden Schlitzenden die Magnetpole aufweist, derart drehbar angeordnet, daß seine
Pole dem Eisenscheibchen mehr oder minder genähert werden können. Bei Annäherung
an das Eisenscheibchen wird das Eisenscheibchen bzw. die Federzunge angezogen und
bringt dadurch die Kontaktstücke zum Kontaktschluß.
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Eine andere bekannte Ausführungsform, bei der statt eines Dauermagnets
eine Magnetspule verwendet ist, hat einen ähnlichen Aufbau wie die vorgenannte Bauform,
doch mit dem Unterschied, daß die eine Federzunge in dem einen Stirnende und die
andere Federzunge in dem anderen Stirnende der Glasröhre gehaltert ist, so daß sich
die beiden Federzungen mit ihren kontakttragenden Enden in der Mitte der Glasröhre
ein wenig überdeckend treffen. Das erwähnte Verlängerungsstück der einen Federzunge
mit dem Eisenscheibchen ist hier .entbehrlich. Außerdem ist die Glasröhre mit einer
zu ihr koaxialen Spule umgeben. Wird die Spule an Spannung gelegt, so durchsetzt
ihr Magnetfeld die beiden Federzungen der Länge nach und magnetisiert sie, so daß
sich die kontakttragenden freien Enden der Federzungen anziehen und den Kontakt
schließen. An der Außenseite einer oder beider Federzungen kann noch eine nicht
magnetisierbare, federnde oder nicht federnde Zunge vorgesehen sein, die als Endanschlag
der magnetisierbaren Kontaktzungen dient und gleichzeitig ebenfalls mit einem oder
mehreren Kontaktstücken versehen sein, so daß gewünschtenfalls auch Ruhekontakte
betätigt werden können.
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Es ist auch eine Kombination der beiden vorgenannten bekannten Ausführungsformen
denkbar, indem die Federzungen und Kontakte die Anordnung der letztgenannten Ausführungsform
erhalten, bei der sich also die beiden Federzungen von den Stirnenden der Glasröhre
aus in der Mitte überlappend treffen, doch statt der Erregerspule wird außerhalb
der Glasröhre ein gerader Magnetstab achsparallel zur Glasröhre angeordnet, und
zwar in der Mittelebene zwischen den beiden Federzungen. In dieser Stellung schließt
sich das aus den beiden Magnetstabenden austretende Magnetfeld der Länge nach über
die beiden Federzungen, die sich hierdurch kontaktbetätigend anziehen. Wird der
Magnetstab durch Schwenken in eine Stellung senkrecht zur Glasröhre gebracht, so
ist ein Magnetfeld praktisch ohne Wirkung auf die Federzungen, und diese federn
in ihre Ausgangslage zurück.
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Bei allen vorgenannten Kontaktzungenanordnungen wird die zur Kontaktbetätigung
hin- und herbewegliche Kontaktzunge in der einen Richtung durch Magnetkraft und
in der anderen Richtung durch ihre eigene Federkraft bewegt. Bei der Bewegung durch
Magnetkraft muß die Magnetkraft die Federkraft überwinden. Magnetkraft und Federkraft
müssen also genau aufeinander abgestimmt sein, damit die :beiden Bewegungsrichtungen
der Kontaktzunge eine einwandfreie Kontaktbetätigung erfolgt. Dies bereitet
aber
mitunter Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Kontaktanordnungen, beispielsweise
in Fernsteueranlagen, mit großer Schalthäufigkeit arbeiten müssen. Bei Verwendung
von Dauermagneten zur Bewegung der Kontaktzungen treten diese Schwierigkeiten besonders
leicht auf, da man bestrebt ist, .mit möglichst kleinen bzw. schwachen Dauermagneten
auszukommen und die Bewegung der Dauermagnete zum Annähern an die magnetisierbaren
Kontaktzungen und zum Wiederentfernen von diesen mitunter schrittweise oder nur
schleichend erfolgt.
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Erwähnt sei noch ein bekannter Schalter, der zwar keine federnden
Kontaktzungen aufweist, :aber ebenfalls einen mittels Dauermagnet bewegten Kontaktträger:
Es ist ein Kipphebelschalter, bei dem durch das Betätigen eines zwischen zwei Betriebsstellungen
hin- und herschwenkbaren Kipphebels eine kontakttragende, zwischen zwei Schaltstellungen
hin- und herbewegbare Schaltwippe durch die Abstoßungskraft zweier Dauermagnete
bewegt wird. Hierzu ist der eine Magnet am Kipphebel und der andere ,an der Schaltwippe
angebracht, und zwar so, daß sich die beiden Magnete mit gleichnamigen Polen, sich
gegenseitig abstoßend, gegenüberstehen. Der hin- und herbewegte Magnet des Kipphebels
stößt also .den hin- und berbewegbaren Magnet der Schaltwippe und somit auch die
Schaltwippe selbst bei jeder seiner beiden Bewegungsrichtungen jeweils in die entgegengesetzte
Schaltrichtung.
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Zwischen den beiden Magneten des vorgenannten bekannten Schalters
ist eine dünne Trennwand aus Isolierstoff vorgesehen, die die kontakttragende Schaltwippe
von dem als Betätigungsglied dienenden Kipphebel .abtrennt. Man könnte daher spekulativ
erwägen, die bei dem Kipphebelschalter angewandte Lösung zur magnetischen Kontaktbetätigung
auch zur Lösung der obengenannten Aufgabe bei Schaltern mit federnden Kontaktzungen
anzuwenden. Eine solche Erwägung würde sich aber aus verschiedenen Gründen als unbrauchbar
erweisen müssen. Es würde nicht nur an sich erforderlich sein, die leichte Kontaktfederzunge
mit dem einen der beiden Dauermagnete zu belasten, sondern es würde außerdem sein,
diesen Dauermagnet so groß und damit schwer auszubilden; daß seine beiden Magnetpole
einen hinreichenden räumlichen Mindestabstand voneinander aufweisen, um mittels
des zweiten Dauermagnets wirklich eindeutig eine Abstoßung ohne gleichzeitige Anziehung
zu gewährleisten. Dies steht aber im Widerspruch zu der Grundbedingung eines Schalters
mit magnetisch betätigbarer Kontaktfederzunge, daß letztere so leicht wie möglich
sein muß, um möglichst feinfühlig, eindeutig und auch prellungsfrei schalten zu
können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für eine elektrische, vorzugsweise in
einem Schutzgasgefäß, z. B. in einer evakuierten Glasröhre, angeordnete Kontakteinrichtung
mit mindestens einer zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herbeweglichen, federnden,
ferromagnetischen Kontaktzunge als Schaltglied und mit bewegbaren Dauermagnet-Polen
zum magnetischen Bewegen der Kontaktzunge eine solche Ausbildung zu schaffen, die
sich unter Ausschluß aller geschilderten Schwierigkeiten durch eine besonders feinfühlige,
eindeutige und prellungsfreie Schaltbarkeit auszeichnet. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß bei Verwendung einer für Kipphebelschalter bekannten Anordnung,
-bei der das Bewegen eines hin- und herbeweglichen Schaltgliedes zu jeder seiner
beiden Schaltstellungen hin magnetisch erfolgt, beiderseits einer jeden Kontaktzunge
je ein Magnetpol.eines oder zweier Dauermagnete vorgesehen und derart der Kontaktzunge
näherbar ist, daß diese beiden Magnetpole abwechselnd in die Einwirknähe mit der
Kontaktzunge kommen. Bei einer Kontakteinrichtung mit zwei magnetisch bewegten Kontaktzungen
wird vorteilhaft im Zwischenraum und an den beiden Außenseiten der beiden Kontaktzungen
je einer von drei Magnetpolen eines oder mehrerer Dauermagnete derart bewegbar angeordnet,
daß der im Zwischenraum befindliche Magnetpol einerseits und die beiden anderen
Magnetpole andererseits abwechselnd den Kontaktzungen näherbar sind. Eine besonders
vorteilhafte Ausführungsform einer Kontakteinrichtung mit zwei magnetisch bewegten
Kontaktzungen ergibt sich, wenn im Zwischenraum und an den beiden Außenseiten der
beiden Kontaktzungen je einer von drei Dauermagneten derart vorgesehen und bewegbar
angeordnet ist, daß beiderseits der einen Kontaktzunge Magnetpole der gleichen Polarität
und beiderseits der anderen Kontaktzunge Magnetpole ungleicher Polarität zur Einwirkung
gebracht werden können, und daß der im Zwischenraum befindliche Magnet einerseits
und die beiden anderen Magnete andererseits abwechselnd den Kontaktzungen näherbar
sind. Die Einrichtung nach der Erfindung hat neben der Behebung der genannten Schwierigkeiten
noch den besonderen Vorteil, daß die Federkraft der Kontaktzungen sehr gering, ja
sogar gleich Null sein kann.
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An Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird der
Erfindungsgegenstand näher erläutert. Einander in den Figuren entsprechende Teile
sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen gleicher Anfangsziffer
versehen.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist zunächst ein einfaches Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes dargestellt. In einer evakuierten Glasröhre sind zwei
Kontaktzungen 2 und 3 mit ihrem einen Ende an den die Glasröhre durchdringenden
Anschlußstücken 20 und 30 befestigt; sie tragen die beiden Kontaktstücke 4 und 5.
Im Zwischenraum der freien Enden der Kontaktzungen ist die Wandung der Glasröhre
eingebuchtet.
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Auf einer Drehachse 6 sind drei Dauermagnete 7 bis 9 derart befestigt,
daß sich der Magnet 7 in der Zeichnung radial nach oben und die beiden anderen Magnete
radial nach unten erstrecken. Der Magnet 7 ist .also gegenüber den beiden anderen
Magneten um 180° versetzt angebracht, und durch Drehen der Drehachse 6 um 180° können
die drei Magnete in die gestrichelt angedeutete Stellung gebracht werden.
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Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist folgende: In der
dargestellten Stellung befindet sich der Magnet 7 im Zwischenraum der beiden Kontaktzungen
und somit in deren Einwirknähe, er zieht beide an und schließt hierdurch den Kontakt
an den Kontaktstücken 4 und 5. Werden durch Drehen der Drehachse 6 die Magnete 7
bis 9 in die gestrichelt gezeichnete Stellung gebracht, so befinden sich jetzt die
Magnete 8 und 9 in Einwirknähe mit den Kontaktzungen, .die hierdurch zu den Magneten
hin, also nach außen hin gezogen werden und den Kontakt 4, 5 öffnen. Eine Federkraft
brauchen die beiden Kontaktzungen nicht zu haben, da die Bewegung der Kontaktzungen
sowohl beim Schließen als auch beim öffnen des Kontaktes, also bei jeglicher Kontaktumschaltung,
magnetisch
erfolgt. Die Kontaktfedern können daher beliebig federschwach sein. Ein verbessertes
Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Die Teile 1 bis 6 sind die gleichen wie
in Fi-g. 1. Die Dauermagnete 71, 81 und 91 jedoch unterscheiden sich gegenüber den
Magneten 7, 8 und 9 in Fig.1 dadurch, daß sie hier parallel zur Achsrichtung der
Drehachse 6 polarisiert sind. Dabei ist die Stellung der Magnetpole gegenüber den
Kontaktzungen 2 und 3 so gewählt, daß beiderseits der einen Kontaktzunge 2 Magnetpole
ungleicher Polarität und beiderseits der anderen Kontaktzunge 3 Magnetpole der gleichen
Polarität in Einwirknähe gebracht werden können, wie dies aus den in Fig. 2 eingetragenen
Polaritätszeichen zu ersehen ist. Die freien Enden der beiden Kontaktzungen sind,
wie in Fig. 1, so abgewinkelt, daß sie einen größeren Abstand haben als der übrige,
eng beieinanderliegende Teil der Kontaktzungen. Dies ist zwar nicht unbedingt erforderlich,
bietet aber im Falle von Fig. 2 einen zusätzlichen Vorteil, wie dies folgende Wirkungsweise
des Ausführungsbeispiels zeigt: In der dargestellten Stellung der Magnete befindet
sich der Magnet 71 im Zwischenraum der beiden Kontaktzungen, während die Magnete
81 und 91 ohne Wirkung auf die Kontaktzungen sind. Jeder der beiden Pole des Magnets
91 zieht eine der Kontaktzungen an, so daß der Kontakt der Kontaktstücke 4 und 5
geschlossen ist. Die Kraftlinien des Magnets 71 verlaufen dabei von seinem Pluspol
über die Zunge 3, dann über die magnetische Engstelle zwischen den Zungen 2 und
3 in der Nähe der Kontaktstücke 4 und 5 und schließlich über die Zunge 2 zum Minuspol
des Magnets 91. Abgesehen von kleinen Luftspalten bietet sich also den Kraftlinien
ein geschlossener ferromagnetischer Laufweg. Da die beiden Kontaktzungen an der
Engstelle in der Nähe der Kontaktstücke 4 und 5 ungleiche magnetische Polarität
haben, findet an dieser Stelle eine gegenseitige Anziehung der beiden Kontaktzungen
statt, die die kontaktschließende Bewegung der beiden Zungen unterstützt.
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Werden durch Drehen der Drehachse 6 die drei Magnete in ihre gestrichelt
gezeichnete Stellung gebracht, so wirken statt des Magnets 71 die beiden Magnete
81 und 91 auf die Kontaktzungen ein; jeder dieser beiden Magnete zieht eine der
beiden Kontaktzungen an und öffnet den Kontakt der Kontaktstücke 4 und 5. Die Enden
der Kontaktzungen stoßen dabei an die Wandung der Glasröhre 1 an, so daß diese zugleich
als wegbegrenzender Endanschlag der Kontaktzungen dienen kann. Da hierbei die beiden
Kontaktzungen in der Nähe der Kontaktstücke 4 und 5 gleiche magnetische Polarität
haben, findet eine gegenseitige Abstoßung der beiden Kontaktzungen statt, die einem
schnellen Öffnen des Kontaktes förderlich ist.
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Eine Weiterbildung des Beispiels in Fig. 2 ist noch in Fig. 3 gezeigt.
Hier haben die beiden Kontaktzungen 2 und 3 an ihrem freien Ende, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, ein angesetztes, beispielsweise angeschweißtes ferromagnetisches Endstück,
während der übrige Teil der Kontaktzungen nicht ferromagnetisch ist. Außerdem haben
hier die Magnete 72, 82 und 92 die in Fig. 4 in Seitenansicht gezeigte Form einer
Scheibe mit sektorförmigen Ausschnitten. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete
liegt aber auch bei diesem Beispiel, wie bei dem in Fig. 2, parallel zur Drehachse
6. Die Wirkungsweise dieses Beispiels ist daher an sich die gleiche wie die des
Beispiels in Fig.2, aber mit dem Unterschied, daß zu einem Wechsel des Kontaktes
zwischen Offen- und Geschlossenstellung die Drehachse mit den Magneten jeweils nur
um 90° gedreht zu werden braucht. Die angesetzten Endstücke der beiden Kontaktzungen
können unter dem Gesichtspunkt einer möglichst guten magnetischen Leitfähigkeit
ausgebildet sein, während die übrigen Teile der beiden Kontaktzungen außerhalb des
Kraftlinienweges liegen und ausschließlich unter dem Gesichtspunkt der Kontakthalterung
hergestellt sein können.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden. So können beispielsweise
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 die sektorförmig ausgeschnittenen
Magnetscheiben auch mehr als zwei Sektorausschnitte und somit auch mehr als zwei
Magnetarme aufweisen, womit der Verdrehungswinkel der Drehachse 6 für eine Kontaktumschaltung
entsprechend kleiner wird. Auch die Beispiele nach Fig. 1 und 2 können so abgewandelt
werden, daß zu einer Kontaktumschaltung jeweils beliebige Verdrehungswinkel nötig
sind. Es ist außerdem auch nicht unbedingt eine Drehbewegung bzw. Drehschwenkung
der Magnete erforderlich, um diese abwechselnd in Einwirknähe mit den Kontaktzungen
zu bringen; beispielsweise ist auch eine lineare Bewegung der Magnete zur Einwirknähe
hin und von dieser zurück möglich. Wenn. bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
die Drehachse aus ferromagnetischem Werkstoff besteht, so gehen die Kraftlinien
des Magnets 7 bei der dargestellten Polanordnung in die der Magnete 8 und 9 über,
die drei Magnete könnten daher zusammen mit der Drehachse auch aus einem einzigen
Stück hergestellt sein. Schließlich sei noch angeführt, daß auch dis Anzahl und
die Ausbildung der von den Kontaktzungen zu betätigenden Kontaktstücke beliebig
sein. kann. Beispielsweise können an der Außenseite einer jeden Kontaktzunge auch
noch Ruhekontakte angebracht werden, die an nicht federnden und nicht ferromagnetischen
Kontaktträgern befestigt sein können.