DE1182748B - Elektrisches Schaltgeraet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: HOIh

Deutsche Kl.: 21g-4/01

Nummer: 1182 748

Aktenzeichen: W 34504 VIII c/21 g

Anmeldetag: 16. Mai 1963

Auslegetag: 3. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, bei dem magnetisierbare Kontakte verwendet werden und ein Magnetfluß zur Steuerung der Kontaktfunktionen dient,

Bisher ist allgemein eine magnetische Kontaktsteuerung von Schaltgeräten unter Verwendung eines magnetischen Längsflusses durch die Kontaktglieder und über einen Luftspalt zwischen ihren Kontaktflächen erreicht worden. Es gibt eine ganze Anzahl von verschiedenen Anordnungen zur Erzeugung eines solchen Längsflusses. Dabei können im wesentlichen zwei Gruppen unterschieden werden: eine, die mit einer die Kontakte umgebenden Spule arbeitet, die bei Erregung einen axialen Fluß erzeugt, welcher längs oder in Längsrichtung der Kontakte verläuft, und eine andere, die beispielsweise einen magnetisierbaren Kern besitzt, der wenigstens mit einem der Kontakte magnetisch gekuppelt ist und bei einer Magnetisierung einen Fluß erzeugt, der in Längsrichtung durch die Kontakte verläuft.

Die Verwendung eines Längsflusses bietet an sich keine wesentliche Schwierigkeit. Zur Erzeugung dieses Flusses ist wenigstens eine der obengenannten Anordnungen verwendet worden. Diese Anordnungen zeigen jedoch Mängel, die eine optimale Ausnutzung eines Längsflusses zur magnetischen Kontaktsteuerung eines Schaltgerätes nicht zulassen. Ein wesentlicher Mangel besteht darin, daß das Vorhandensein einer Spule oder eines Magnetkerns jeden Versuch einer wesentlichen Verkleinerung des Kontaktgerätes behindert, da eine Verkleinerung der Spule oder des Kerns von Natur aus begrenzt ist.

Dieser Mangel ist bei den bisher bekannten Anordnungen kaum zu vermeiden. Demgemäß ist entweder eine neue Anordnung zur Erzielung eines Längsflusses oder ein neuer Weg für den Verlauf des Flusses erforderlich, um diese Nachteile wirksam herabzusetzen oder auszuschließen. Beide Möglichkeiten sind bereits mit mehr oder weniger günstigen Ergebnissen versucht worden. Dabei erfolgt die Kontaktsteuerung durch einen Strom, der durch die Zungen eines in einem Schutzrohr angeordneten Zungenschalters verläuft, welcher durch eine Vormagnetisierung im angezogenen Zustand gehalten wird. Der Strom verursacht einen kreisförmigen Magnetfluß in den Zungen, der die Vormagnetisierung herabsetzt und ein Abfallen der Zungen ermöglicht. Der Nachteil eines solchen Flußverlaufes besteht darin, daß er nur zur Erzielung des Abfassens der angezogenen Zungen benutzt werden kann. Es scheint also die Möglichkeit zu fehlen, Elektrisches Schaltgerät

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:
Harold Nicholson Wagar,
Madison, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 24. Mai 1962 (197 395)

dieses Verfahren auch zur Betätigung der Zungen anzuwenden.

Wenn auch in vielen Fällen die oben erläuterten Anordnungen mit einem Längsfluß in Richtung der Kontaktglieder und einem kreisförmigen Fluß in den Gliedern für eine magnetische Steuerung der Kontaktfunktionen in gewünschter Weise geeignet sind, so hat es sich doch als wünschenswert erwiesen, andere Wege für den Flußverlauf zu wählen, um die Kontaktfunktionen magnetisch zu steuern.

Die Erfindung will einen neuen Weg für den Flußverlauf aufzeigen, um eine magnetische Steuerung der Kontaktfunktion von Kontaktgeräten zu ermöglichen, und eine neue Anordnung schaffen, die diesen neuen Weg für den Flußverlauf ausnützt.

Durch die neue Anordnung und den neuartigen Flu'ßverlauf werden die Eigenschaften solcher Geräte verbessert. Als Beispiele für diese Verbesserungen seien die Vereinfachung der Geräte, die Möglichkeit für eine einfache Verkleinerung der Geräte, die Herabsetzung der Masse der Kontaktelemente, die erhöhte Anspreehgeschwindigkeit der Kontakte und die Herabsetzung der Herstellungskosten für die Geräte genannt.

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schaltgerät mit einem Paar magnetisierbarer Kontaktelemente, von denen wenigstens eines mit Bezug auf das andere zwischen einer betätigten und einer Ruhelage beweglich ist, und mit einer Steuereinrichtung, die zur Herstellung eines Magnetflusses erregt

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werden kann, um die Kontaktelemente wahlweise zu betätigen oder in ihre Ruhelage zurückzuführen. Ihre Besonderheit besteht darin, daß erfindungsgemäß die einander zugeordneten Kontaktenden der Kontaktelemente gabelförmig gestaltet sind und dadurch eine Öffnung bilden und daß die Steuereinrichtung einen durch die öffnung hindurchgehenden Leiter umfaßt, der den Steuerstrom führt.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind zwei ge-

und 2 und rechtwinklig zu ihnen angeordnet, d.h. unter rechten Winkeln zu den Ebenen der Kontaktfläche und den Enden der Zungen. Unter Anwendung der bekannten Grundlagen des Magnetismus 5 verläuft demgemäß der durch den Leiter 4 erzeugte Fluß in den Ebenen der Kontaktflächen der Enden 10. Der Leiter 4 ist, wie gezeigt, in der Hülle 3 abgedichtet und endet an einem Ende an Erde und am anderen Ende am Schalter 5. Mit Hilfe des

gabelte magnetisierbare Zungen vorgesehen, die so io Schalters 5 kann entweder die Batterie 7 mit negabefestigt sind, daß die gegabelten Enden in gegen- tiver Polarität oder die Batterie 6 mit positiver seitiger funktioneller Wechselwirkung stehen und Polarität mit dem Leiter 4 verbunden werden. Zwar die Gabelmulden der Zungen sich diametral gegen- ist die Verwendung von zwei gegabelten Zungen vorüberliegen. Durch die Gabelöffnungen der Zungen zuziehen, die Erfindung kann jedoch auch mit nur führt ein Leiter, der auf diese Weise sowohl mit den 15 einer gegabelten Zunge verwirklicht werden, wobei gegabelten Enden als auch mit den Gabelmulden die andere Zunge von einer üblichen ungegabelten beider Zungen magnetisch gekoppelt ist. Wenn der Ausführung ist.

Leiter erregt ist, wird ein kreisförmiger Magnetfluß Zur Betätigung der Anordnung nach F i g. 1 wird

um den Leiter erzeugt, der die gegabelten Enden und der Schalter 5 für einen kurzen Zeitabschnitt in seine die Gabelmulden der Zungen magnetisch koppelt, ao rechte Lage gebracht, um die Batterie 6 mit positiver Die gegabelten Enden der Zungen stellen Änderun- Polarität auf die gezeigte Weise an den Leiter 4 zu gen des Widerstandes für den Magnetfluß dar. In- legen und einen Strom in Aufwärtsrichtung durch folgedessen werden Magnetpole an den Gabelenden den Leiter 4 fließen zu lassen. Der Strom aus der der Zungen erzeugt, wobei die Magnetpole an den Batterie 6 erzeugt kreisförmige Magnetflußlinien, die beiden Enden einer Zunge den Magnetpolen an den 25 in Ebenen rechtwinklig zum Leiter 4 liegen. Diese entsprechenden Enden der anderen Zunge entgegen- Flußlinien verlaufen in den Ebenen der Kontaktgesetzt sind. Die einander zugeordneten entgegen- flächen der gegabelten Enden 10 der Zungen 1 gesetzten Pole erzeugen eine gegenseitige Anziehung und 2, und zwar in den durch die Pfeile 8 und 9 so daß eine Schließung der Zungen bewirkt wird. dargestellten Richtungen. Der Flußrichtung der Die Freigabe wird durch eine Herabsetzung der 30 Kraftlinien liegt die bekannte »Rechte Hand«-Regel Feldstärke der Magnetpole an den Enden der Zun- zugrunde. Diese Kraftflußlinien sind entsprechend gen erreicht. Die Rückstellkräfte der Zungen ziehen mit den Gabelenden 10 und den die Enden verbindiese dann auseinander. denden Gabelmulden der Zungen 1 und 2 gekoppelt

Zur Erläuterung dieser und weiterer Ziele und und bewirken die Herstellung einer der beiden Vorteile der Erfindung dient die folgende ins einzelne 35 remanentmagnetischen Zustände der Enden und gehende Beschreibung in Verbindung mit der Zeich- Gabelmulden. Wegen der gabelförmigen Ausführung nung. Es zeigt der Zungenenden muß der sich aus den Remanenz-

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zuständen ergebende Magnetfluß auf einem um den unter Verwendung von gegabelten Magnetzungen Leiter 4 verlaufenden Weg über einen magnetischen mit sich überlappenden und zusammenarbeitenden 40 Luftspalt fließen. Dementsprechend wird an dem Enden, Kontaktteil oder gegabelten Ende, aus dem der Fluß

F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er- in den Luftspalt austritt, ein Nordpol erzeugt, und findung, bei dem die magnetisch beeinflußten Teile an dem Kontaktteil oder gegabelten Ende, in das der Zungen von ihren Enden abgerückt sind, der Fluß wieder eintritt, entsteht ein Südpol.

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er- 45 Obwohl in beiden Zungen die gleichen Pole erfindung, bei dem nur die halbkreisförmigen Enden zeugt werden, sind dadurch, daß die Zungen so ander Zungen anderer Gestaltung aus remanent magnetischem Material bestehen,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die zusammenwirkenden Enden 50 gesetzt gerichtet, der gegabelten Zungen in der gleichen Ebene an- Demgemäß erzeugt der induzierte Fluß geeignete

geordnet sind. Magnetpole an den Gabelenden 10. Die Magnetpole

In F i g. 1 ist ein Paar von gegabelten Zungen 1 an den Gabelenden 10 jeder Zunge sind einander und 2 aus remanentmagnetischem Material gezfegt, entgegengerichtet, und die Gabelenden 10 einer die durch eine Hülle 3 so gehalten werden, daß sich 55 Zunge (z. B. 1) besitzen entgegengesetzte Magnetihre gegabelten Enden 10 überlappen. Die Hülle 3 pole mit Bezug auf die Gabelenden 10 der anderen kann aus irgendeinem geeigneten Material, Vorzugs- Zunge (z. B. 2). Dementsprechend ziehen sich die weise aus Glas, bestehen. Wie allgemein bekannt, Enden 10 gegenseitig an und bewirken eine Konweist ein remanentmagnetisches Material unter be- taktschließung zwischen den Zungen 1 und 2. Die stimmten Anwendungsbedingungen nach Entfernung 60 Zungen sind in der durch die Pfeile 12 und 13 andes Magnetisierungsfeldes noch eine beträchtliche gezeigten Richtung beweglich. Der erläuterte VorMagnetisierung auf. Die Hülle 3 schließt die Zungen gang kann in vorteilhafter Weise durch einen verin einer geeigneten Atmosphäre ein, beispielsweise hältnismäßig kurzen Impuls aus der Batterie 6 beeinem inerten Gas, wie Neon, um sie vor Korrosion wirkt werden, und die Zungen sprechen dann mit zu schützen. Das Glas ist teilweise weggeschnitten 65 der ihnen eigenen Ansprechzeit an. Nach Beendigezeigt, um die verschiedenen Teile einer genaueren gung des Impulses werden die Zungen durch die Betrachtung zugänglich zu machen. Der Leiter 4 ist remanentmagnetischen Kräfte zwischen ihren Konzwischen den gegabelten Enden 10 der Zungen 1 taktenden geschlossen gehalten.

geordnet sind, daß die öffnungen der Gabelenden
gegeneinander gerichtet sind, die Magnetpole benachbarter Enden der beiden Zungen entgegen-

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Um den abgefallenen Zustand bei der Anordnung Teile der Glieder 1 und 2 können aus irgendeinem nach F i g. 1 herzustellen, wird der Schalter 5 kurz- geeigneten Federmaterial bestehen. Vorteilhafterzeitig in seine linke Stellung gebracht und die weise können bei diesem Ausführungsbeispiel die Batterie 7 mit negativer Polarität an den Leiter 4 Massen der Kontaktanordnungen klein sein, und gelegt, so daß ein Strom in Abwärtsrichtung durch 5 die Betätigung und Freigabe kann mit einer miniden Leiter 4 fließt. Dadurch wird die Erzeugung malen Leistung bewirkt werden. Die Betätigung und kreisförmiger Magnetfelder um den Leiter 4 ver- Freigabe erfolgt auf die gleiche Weise, wie für das anlaßt, die denen entsprechend den Pfeilen 8 und 9 Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 beschrieben, entgegengesetzt gerichtet sind. Auf diese Weise F i g. 4 zeigt Teile 10 als gegabelte Enden von werden die gegabelten Enden 10 der Zungen 1 und 2 10 Zungen ähnlich denen nach Fig. 1. Die Zungen 1 kurzzeitig entmagnetisiert, und der Abfall der Zun- _und 2 und ihre Teile 10 sind jedoch in der gleichen gen wird durch ein Auseinanderziehen auf Grund Ebene angeordnet, und der Leiter 4 verläuft zwiihrer Rückstellkräfte bewirkt. Nach dem Ende des sehen den gegabelten Enden. Zwischen den Stütz-Entmagnetisierungsimpulses kann ein kleiner Rest- lagern 11 und den Zungen 1 bzw. 2 sind Federn 14 magnetsismus verbleiben. Die Rückstellkräfte sind 15 i_n schematischer Weise dargestellt. Die besondere aber größer als die Kräfte auf Grund des Rest- Anordnung und Befestigung der Federn 14 ist hier magnetismus. Der negative Strom aus der Batterie 7 _{nur a}ls Beispiel dargestellt, und die Stütz- und Endist kleiner als der aus der Batterie 6, um ein fehler- teile für die Zungen 1 und 2 können auf beliebige haftes Wiederschließen zu verhindern, das im Weise in bekannter Art angeordnet werden. Die Beanderen Falle durch eine erneute Magnetisierung der 20 tätigung erfolgt bei dieser Anordnung auf die gleiche Gabelenden 10 in entgegengesetzter Richtung und Weise wie bei der nach F i g. 1, mit der Ausnahme, eine erneute Anziehung der Magnetpole entgegen- daß das kreisförmige Magnetfeld, das kreisförmige gesetzter Polarität bewirkt werden könnte. Die Bat- Magnetflußlinien (dargestellt durch den Pfeil 8) verterien 6 und 7 sind nur zum Zwecke der Erläuterung ursacht, den Teilen 10 beider Zungen 1 und 2 gegezeigt; es können auch andere bekannte Energie- 25 meinsam ist. Dadurch wird die oben für die Anquellen, wie Impulsgeneratoren usw., zur Erzielung Ordnung nach Fig. 1 beschriebene Betätigungsart der gleichen Ergebnisse verwendet werden. nicht wesentlich beeinflußt. Der freigegebene Zu-Entsprechend dem Grundgedanken der vorliegen- _stand wird jedoch auf andere Weise erreicht. Wenn den Erfindung können auch andere Zungenanord- die Teile 10 kurzzeitig entmagnetisiert werden, üben nungen mit gegabelten Enden verwendet werden. 30 die Federn 14 Kräfte aus, die die Zungen 1 und 2 Einige dieser Anordnungen sind in den F i g. 2, 3 auseinanderziehen.

und 4 gezeigt. In diesen Figuren werden die gleichen Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, Bezugszahlen wie in F i g. 1 verwendet, um die ent- daß die Federkräfte in allen gezeigten Ausführungssprechenden Teile zu bezeichnen. Anstelle der Glas-- beispielen ausreichend groß sein müssen, um das umhüllung 3, die zur Stützung der Zungen in sich 35 Auseinanderziehen der Zungen unter Überwindung überlappender Lage verwendet worden sind, sind restlicher Magnetisierungen zu ermöglichen. Andehier nur zum Zwecke der Erläuterung Stützlager 11 rerseits müssen sie jedoch durch die remanentmagnegezeigt, die aus irgendeiner bekannten Ausführung tischen Kräfte der Magnetpole während der Betätibestehen können, beispielsweise aus einer Blech- gung zusammengeführt werden können, umhüllung. Diese Alternativausführungsbeispiele be- 40 Das für die gegabelten Enden oder die Teile 10 sitzen gemeinsame Eigenschaften. Die im Aus- aller Ausführungsbeispiele der F i g. 1 bis 4 verwenführungsbeispiel nach Fig. 1 als Gabelenden be- dete Material kann entweder remanentes Material schriebenen Teile 10 sind mit Bezug aufeinander in oder weichmagnetisches Material, beispielsweise gleicher funktioneller Wechselwirkung angeordnet. Eisen—Nickel sein. Ein besonders geeignetes rema-Bei jeder Zunge sind zwei Teile 10 vorhanden, die 45 nentmagnetisches Material besitzt eine im wesentdurch ein magnetisierbares Element verbunden sind liehen rechtwinklige Hysteresiskennlinie mit einer (im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 als Gabel- Koerzitivkraft von etwa 25 Oersted und einer mulden bezeichnet). Der Verbindungsteil jeder Magnetinduktion von etwa 18 000Gauß. Wenn die Zunge ist auf einer Seite des Leiters 4 diametral Teile 10 aus remanentem Material bestehen, braucht gegenüber dem Verbindungsteil der anderen Zunge 50 der an den Leiter 4 angelegte Betätigungsstrom nur angeordnet. Der Leiter 4 verläuft rechtwinklig zu von kurzer Dauer zu sein. Wenn die Teile 10 aus den Ebenen der Teile 10. weichmagnetischem, nicht remanentem Material bein Fig. 2 sind die Teile 10 an den Seiten der stehen, muß der Betätigungsstrom dauernd angelegt Zungen 1 und 2 angebracht. Dieses Ausführungs- werden. Im letzteren Falle verschwindet bei Abbeispiel wird auf ähnliche Weise, wie bei dem Aus- 55 schalten des Erregungsstromes der Magnetismus der führungsbeispiel nach F i g. 1 beschrieben, betätigt Zungen ebenfalls, und die Zungen fallen ab. und freigegeben. Die Zungen können auch in der In den Figuren ist der Leiter 4 so gezeigt, daß er gleichen Ebene angeordnet werden, wobei die Teile rechtwinklig zu den Ebenen der Kontaktflächen der jeder Zunge sich gegenüberstehen. In diesem Endteile 10 verläuft. Die Erfindung kann jedoch Falle sollten Drehpunkte an den Stützlagern 11 vor- 60 auch verwirklicht werden, wenn der Leiter unter gesehen sein, um welche sich die Zungen 1 und 2 anderen Winkellagen mit Bezug auf die Ebenen der im betätigten Zustand drehen können, um einen Endteile 10 angeordnet ist.

elektrischen Kontakt zwischen den Teilen 10 der ent- Weiterhin kann eine Vielzahl von getrennten

sprechenden Zungen herzustellen. Leitern an Stelle nur eines Leiters innerhalb der

F i g. 3 zeigt gegabelte Glieder ähnlich denen in 65 Gabelöffnungen verwendet werden, um verschiedene

F i g. 1. Die Glieder 1 und 2 sind jedoch kleiner, und Steuermerkmale von Schaltungen zu verwirklichen,

nur die U-förmigen Teile 10 bestehen aus remanent- wie beispielsweise eine Betätigung durch koinzi-

magnetischem Material. Die restlichen kleineren dierende Ströme, usw.

Für den Fachmann ist leicht einzusehen, daß die Gabelmulden der Zungen jede geeignete Lage mit Bezug aufeinander und mit Bezug auf den Leiter einnehmen können. Sie müssen nicht auf sich diametral gegenüberliegenden Seiten der Zungen angeordnet sein, wie in den F i g. 1, 2, 3 und 4 dargestellt.

Die Unterschiede in den magnetischen Widerständen zwischen den Gabelenden der Zungen und den Luftspalten können auch durch das Vorhandensein von nichtmagnetischem Material nahe den Gabelenden an Stelle von Luft erzielt werden. In beiden Fällen ermöglichen die beträchtlichen Unterschiede der magnetischen Widerstände des Magnetmaterials an den Gabelenden und des nichtmagnetischen Materials die Induktion von Magnetpolen an den Gabelenden auf die beschriebene Weise.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltgerät mit einem Paar magnetisierbarer Kontaktelemente, von denen wenigstens eines mit Bezug auf das andere zwischen einer betätigten und einer Ruhelage beweglich ist, und mit einer Steuereinrichtung, die zur Herstellung eines Magnetflusses erregt werden kann, um die Kontaktelemente wahlweise zu betätigen oder in ihre Ruhelage zurückzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugeordneten Kontaktenden der Kontaktelemente gabelförmig gestaltet sind und dadurch eine Öffnung bilden und daß die Steuereinrichtung einen durch die öffnung hindurchgehenden Leiter umfaßt, der den Steuerstrom führt.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente so angeordnet sind, daß die entsprechenden Kontaktenden sich überlappen, so daß die öffnungen im wesentlichen miteinander fluchten, und daß die Steuereinrichtung beide öffnungen durchdringt.

3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktenden jeweils in einer Ebene liegen, die mit der Steuereinrichtung einen spitzen Winkel einschließt.

4. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktenden in voneinander getrennten parallelen Ebenen liegen und daß die Steuereinrichtung senkrecht zu den Ebenen verläuft.

5. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktenden in der gleichen Ebene angeordnet sind, daß die Kontaktenden eines Elementes im wesentlichen mit den entsprechenden Kontaktenden des anderen Elementes fluchten und daß die Steuereinrichtung im wesentlichen zentral zu den entsprechenden Kontaktteilen angeordnet ist.

6. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Kontaktenden aus remanentmagnetischem Material bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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