DE1224051B - Use of a carbon steel as the material for the magnetic core of electromagnetically latched switches - Google Patents
Use of a carbon steel as the material for the magnetic core of electromagnetically latched switchesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL: Int. CL:
C 22cC 22c
Deutsche Kl.: 40 b-39/56German class: 40 b-39/56
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W 30260 VI a/40 bW 30260 VI a / 40 b
29. Juni 1961June 29, 1961
1. September 1966September 1, 1966
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Kohlenstoffstahles als Werkstoff für den Magnetkern elektromagnetisch betätigter verrasteter Schalter.The invention relates to the use of a carbon steel as a material for the magnetic core solenoid operated latched switch.
Es ist bekannt, den Magnetkern eines elektromagnetischen Schalters aus einem Material herzustellen, das eine ausreichende magnetische Festhaltekraft besitzt, um den Schalter zu verrasten, wenn die Erregung des Elektromagneten unterbrochen wird.It is known to manufacture the magnetic core of an electromagnetic switch from a material which has sufficient magnetic holding force to lock the switch when the Excitation of the electromagnet is interrupted.
Bei einem bekannten, elektrisch geschalteten Gleichstrommagneten soll der Schaltanker und bzw. oder ein anderes Teil seines magnetischen Schlusses aus einem hartmagnetischen Werkstoff hoher Remanenz und geringer Koerzitivkraft bestehen. Hartmagnetische Werkstoffe, beispielsweise ein permanentmagnetisches Material mit hohem Kohlenstoffgehalt, besitzen hohe Remanenz, benötigen aber eine verhältnismäßig große Magnetisierungsfeldstärke. Als permanentmagnetisches Material mit geringer Koerzitivkraft von etwa 70 Oe ist Wolframstahl bekannt. Ein magnetisch verrasteter Schalter unter Verwendung eines solchen Materials benötigt jedoch immer noch eine für viele Anwendungen zu hohe Erregungsleistung, die beispielsweise in Fernsprechanlagen nicht zur Verfügung steht.In a known, electrically switched direct current magnet, the switch armature and / or or another part of its magnetic circuit made of a hard magnetic material with high remanence and low coercive force exist. Hard magnetic materials, for example a permanent magnetic one High carbon material, have high remanence, but require one relatively large magnetization field strength. As a permanent magnetic material with low coercive force Tungsten steel is known to be about 70 Oe. Using a magnetically locked switch however, such a material still requires an excitation power that is too high for many applications, for example in telephone systems is not available.
Bekannte weichmagnetische Werkstoffe, beispielsweise geglühter Stahl, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind zwar leicht zu magnetisieren, aber ihr remanenter Magnetismus reicht zum magnetischen Verrasten von Schaltern nicht aus. Das gilt auch für ebenfalls bekannte weichmagnetische Werkstoffe mit zwar hoher Remanenz und hoher Permeabilität, aber sehr kleiner Koerzitivkraft von etwa 0,2 Oe. Auch hier ist die magnetisch gespeicherte Energie für die wirksame Verrastung eines Schalters zu klein.Known soft magnetic materials, for example annealed steel, with a low carbon content are easy to magnetize, but their remanent magnetism is sufficient for magnetic ones Switches do not snap into place. This also applies to also known soft magnetic materials high remanence and high permeability, but very small coercive force of about 0.2 Oe. Even here the magnetically stored energy is too small for the effective latching of a switch.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Schaffung magnetisch verrasteter Schalter zu ermöglichen, die mit einer sehr kleinen elektrischen Leistung betätigt werden können und dabei unter vielen Betriebsbedingungen ausreichend magnetisch verrastet sind. Die Erfindung empfiehlt dazu die Verwendung eines Kohlenstoffstahles, bestehend ausThe object of the invention is to enable the creation of magnetically latched switches, which can be operated with a very small electrical power and among many Operating conditions are sufficiently magnetically locked. The invention recommends its use for this purpose a carbon steel consisting of
1,2 Vo Kohlenstoff,1.2 Vo carbon,
0,3% Mangan,0.3% manganese,
0,22 % Silizium,0.22% silicon,
0,025 % Schwefel und Phosphor,0.025% sulfur and phosphorus,
0,10% Vanadin,0.10% vanadium,
Rest Eisen,Remainder iron,
der etwa 30 Minuten lang bei 802 + 4° C erhitzt, in Wasser abgeschreckt, 30 Minuten lang zwischen 454 und 510° C angelassen und dann in Luft abgekühlt ist, als Werkstoff für den Magnetkern elektromagne-which heated for about 30 minutes at 802 + 4 ° C, quenched in water, for 30 minutes between 454 and is tempered at 510 ° C and then cooled in air, as material for the magnetic core, electromagnetic
Verwendung eines Kohlenstoff Stahles als
Werkstoff für den Magnetkern elektromagnetisch verrasteter SchalterUse of a carbon steel as
Material for the magnetic core of electromagnetically latched switches
Anmelder:Applicant:
Western Electric Company Incorporated,Western Electric Company Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Fecht, patent attorney,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Frank Anthony Zupa, New York, N. Y. (V. St. A.)Frank Anthony Zupa, New York, N.Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 13. Juli 1960 (42 678) - -V. St. v. America July 13, 1960 (42 678) - -
tisch verrasteter Schalter, der 54 bis 64, vorzugsweise 60 Härteeinheiten nach der Rockwell-30-N-Skala, eine Koerzitivkraft zwischen 20 und 27 Oe und eine Restflußdichte zwischen 10000 und 13 500 G nach Magnetisierung mit einer Feldstärke von wenigstens 70 Oe aufweisen muß.table latched switch with 54 to 64, preferably 60 hardness units according to the Rockwell 30 N scale, a coercive force between 20 and 27 Oe and a residual flux density between 10,000 and 13,500 G Must have magnetization with a field strength of at least 70 Oe.
Unter Verwendung eines solchen Werkstoffes lassen sich magnetisch verrastete Schalter herstellen, die bei einer Federbelastung des Ankers zwischen 1,15 und 150 g eine elektrische Leistung von nur 2,5 W erfordern und dabei sicher anziehen und verrasten, ohne daß die üblicherweise zur Freigabe der Schalter benutzten Freigabeimpulse eine fehlerhafte Wiederbetätigung verursachen. Die Leistung braucht nur für eine Zeit von 0,1 Sekunde angelegt zu werden. Mit der Erfindung ist die Auswahl eines Werkstoffes mit sehr günstigen Eigenschaften für elektromagnetisch verrastete Schalter unter der großen Anzahl verschiedener und verschieden behandelter Werkstoffe ermöglicht. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß die Bewertung der magnetischen Eigenschaften eines Stahles nicht nur an Hand der Bedingungen für die Wärmebehandlung, sondern auch in Abhängigkeit von seiner Härte erfolgt.Using such a material, magnetically locked switches can be produced, which with a spring load of the armature between 1.15 and 150 g an electrical output of only Require 2.5 W and at the same time tighten and lock securely without the usual need to release the Switches used enable impulses cause a faulty reactivation. The performance takes to be applied only for a time of 0.1 second. With the invention is the selection of a material with very favorable properties for electromagnetically latched switches among the large number different and differently treated materials. Really important is that the evaluation of the magnetic properties of a steel is not only based on the conditions for heat treatment, but also takes place depending on its hardness.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert werden; es zeigt Fig. 1 die teilweise geschnittene Seitenansicht eines magnetisch verrasteten Schalters,In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawings; it shows Fig. 1 is a partially sectioned side view of a magnetically locked switch,
Fig. 2 die Hysteresisschleife eines Werkstoffes nach der Erfindung mit besonders günstigen Eigenschaften. 2 shows the hysteresis loop of a material according to the invention with particularly favorable properties.
609 658/340609 658/340
Die Schaltervorrichtung 10 gemäß F i g. 1, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, besteht aus einem Bügel 11, an dem ein Kern 12 und eine Erregerspule 13 befestigt sind. Ein um den Bügel 11 drehbarer Anker 14 betätigt mit einem Nocken 15 eine Vielzahl von nur schematisch dargestellten Kontakten 16. Ein Teil des Bügels 11 und des Ankers 14 ist im Schnitt gezeigt, um anzudeuten, daß der Anker und der zugehörige Teil des Bügels, zur Betätigung weiterer Kontakte oder Gruppen von Kontakten verlängert sind. Diese Schaltervorrichtung kann beispielsweise in der vertikalen Reihe eines Koordinatenschalters eingesetzt werden.The switch device 10 according to FIG. 1, which is not the subject of the invention, consists of a Bracket 11 to which a core 12 and an excitation coil 13 are attached. One around the bracket 11 rotatable Armature 14 actuates a plurality of contacts 16, which are only shown schematically, with a cam 15. A portion of the bracket 11 and the anchor 14 is shown in section to indicate that the anchor and the associated part of the bracket, extended to actuate additional contacts or groups of contacts are. This switch device can, for example, be in the vertical row of a crossbar switch can be used.
Das gegen den Anker 14 gerichtete Ende 17 des Kerns 12 ist sphärisch abgerundet. Dann ist die Berührungszone zwischen dem Anker und der Polfläche im wesentlichen konstant, und man erhält eine bessere Konzentration des Flusses und dadurch eine größere Verrastungskraft auch bei einer geringen Neigung des Ankers oder bei einer Längsverschiebung des Kerns. Bei einem Kern mit einer Länge von 8,9 cm und einem Durchmesser von 0,9 cm ist eine sphärische Endfläche mit einem Radius zwischen 17,5 und 23 cm vorteilhaft.The end 17 of the core 12 directed towards the armature 14 is spherically rounded. Then is the touch zone substantially constant between the armature and the pole face, and a better one is obtained Concentration of the flow and thus a greater latching force even with a low one Inclination of the anchor or in the event of a longitudinal displacement of the core. For a core with a length of 8.9 cm and a diameter of 0.9 cm is a spherical end face with a radius between 17.5 and 23 cm are advantageous.
Der Kern 12 besteht aus dem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt der oben angegebenen Zusammensetzung und ist der angegebenen Wärmebehandlung unterworfen worden.The core 12 is made of the high carbon steel of the above composition and has been subjected to the specified heat treatment.
Bei der Untersuchung verschiedener Stähle und Wärmebehandlungen, die Härtewerte der auch im folgenden benutzten Rockwell-30-N-Skala in einem Bereich von 35 bis 80 ergaben, hat sich gezeigt, daß ein Werkstoff mit den oben angegebenen, vorteilhaften magnetischen Eigenschaften dann erhalten wird, wenn die Härte in einem Bereich zwischen 54 und 64 liegt. Die Ergebnisse waren außergewöhnlich gut bei einer Härte von 60. Da das Ergebnis der Wärmebehandlung, insbesondere der Abschreckung, eine Funktion der Größe des Kernes ist, wurde gefunden, daß die Härtezahl zur Angabe der gewünschten magnetischen Eigenschaften besser geeignet ist als die Angabe einer bestimmten Wärmebehandlung. Mit anderen Worten: Es sollte die Wärmebehandlung innerhalb eines geeigneten Bereichs auf die Größe des zu behandelnden Stückes so zugeschnitten werden, daß sich eine Härte zwischen 54 und 64 ergibt.When examining various steels and heat treatments, the hardness values of the also im following used Rockwell 30 N scale in one Range from 35 to 80 resulted, it has been shown that a material with the above-mentioned, advantageous magnetic properties is obtained when the hardness is in a range between 54 and 64 lies. The results were exceptionally good at a hardness of 60. As the result of the Heat treatment, especially quenching, which is a function of the size of the core, has been found that the hardness number is more suitable than that to indicate the desired magnetic properties Specification of a specific heat treatment. In other words it should be the heat treatment cut within a suitable range to the size of the piece to be treated so as to that the hardness is between 54 and 64.
Die Hysteresiskurve des genannten Werkstoffes mit der Härte 60 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Daten ergaben sich nach Anwendung eines maximalen Magnetisierungsfeldes Hmax von 143 Oe, das eine Sättigungsinduktion Bs von 16 300 G erzeugt. Wie zu ersehen ist, beträgt die Restinduktion Br 13 300 G, wenn die Magnetisierungsfeldstärke auf Null zurückgeht (H0). Weiterhin beträgt die Gegenmagnetisierung zur Erzeugung der Induktion Null, d. h. die Koerzitivkraft Hc, 23,5Oe. Die maximale Permeabilität μηαχ für dieses Material und diese Behandlung beträgt 320.The hysteresis curve of the material mentioned with a hardness of 60 is shown in FIG. The data were obtained after applying a maximum magnetization field H max of 143 Oe, which generates a saturation induction B s of 16,300 G. As can be seen, the residual induction B r is 13 300 G when the magnetization field strength decreases to zero (H 0 ). Furthermore, the counter magnetization for generating the induction is zero, ie the coercive force H c , 23.5 Oe. The maximum permeability μ ηαχ for this material and this treatment is 320.
Es sei noch eingefügt, daß der gleiche Stahl bei einer Wärmebehandlung, die eine Härtezahl von 35 ergibt, unter gleichen Prüfbedingungen einen Wert für Br von ungefähr 10 000 G, für Hc von ungefähr 9 Oe und für μιηαχ von ungefähr 500 besitzt. Andererseits hat der gleiche Stahl bei einer Härtezahl von 81 einen Wert für B1. von ungefähr 7 500 G, für Hc von ungefähr 44 Oe und für μηαχ von 113.It should also be added that the same steel, when subjected to a heat treatment which results in a hardness number of 35, has a value for B r of approximately 10,000 G, for H c of approximately 9 Oe and for μ ιηαχ of approximately 500 under the same test conditions. On the other hand, the same steel with a hardness number of 81 has a value for B 1 . of about 7,500 G, for H c of about 44 Oe and for μ ηαχ of 113.
Claims (1)
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 823 772;
Prospekt der »Magnetics Inc.«, Tape Wound Cores, 1957, S. 8, Fig. 6.Considered publications:
German utility model No. 1 823 772;
Brochure from "Magnetics Inc.", Tape Wound Cores, 1957, p. 8, FIG. 6.
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