DE1990414U

DE1990414U - Elektrisches Schaltgerat

Info

Publication number: DE1990414U
Application number: DENDAT1990414D
Authority: DE
Original assignee: Westmghouse Electric Corporation East Pittsburgh Pa (V St A)
Priority date: 1960-05-02
Publication date: 1968-08-01
Also published as: US3040146A

Description

ΡΑ-Β007336-4Λ68

SIEMENS

SIEMENS-SCHUCKERTWERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Berlin und Erlangen Patent- und Lizenzabteilung

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erfordern Präzisionslager oder -aufhängungen und erzeugen vor allem verhältnismässig gering'e Kräfte· zur Erzielung der Bewegung des beweglichen Teiles. Die Verwendung keramischer Permanentmagnete als bewegliches Teil hat es möglich gemacht, einen völlig neuen Typ eines Antriebes oder Bewegungsgliedes au schaffen.

Der keramische Permanentmagnet, an den hierbei gedacht wird, ist einer des Bariumferrittyps. Dieser Magnettyp ist gekennzeichnet durch die Tatsache, dass er besonders stark magnetisiert werden kann und, einmal magnetisiert, im Normalbetrieb nicht entmagnetisierbar ist. .Diese Art von Permanentmagnet ist nicht nur eine ausgezeichnete, billige und dauerhafte Magnetfeldquelle, sondern auch ein äusserat guter Isolator.

Gemäss der Barf"werden deshalb bei einem durch magnetische Kräfte betätigten elektrischen Schaltgerät die-beweglichen Kontakte von einem Permanentmagnet aus keramischem Isolierstoff getragen. Dieser Permanentmagnet kann durch das. Hagnetfeld eines oder mehrerer feststehender Elektromagnete bewegt werden. Die Bewegung des die beweglichen Kontakte tragenden Permanentmagneten kann aber auch in V/echselwirkung mit dem Magnetfeld eines weiteren keramischen Permanentmagneten bewirkt werden.

Die jBgestattet eine wesentliche Vereinfachung und durchgehende Verkleinerung der Abmessungen solcher Schalter durch den Portfall von Führungen für die zur Überbrückung

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der festen Kontakte dienenden beweglichen Kontakte. Durch die 3r£*samtg wird ein besonders einfaches und reibungsloses Betätigungsglied des beweglichen Teiles elektrischer Schaltgeräte geschaffen. Darüber hinaus ergibt sich bei einem Schaltgerät gemass der firfinättsg ein lichtbogenblasfeld ohne Verwendung von Blasspulen oder anderen ausätaliehezi !Teilen.

Weiterhin ist es durch die Srf±Mi*ag in einfacher Weise möglich, bei Schaltern mit Öffnungs- und Schliessungs- ■ · kontakten die beiden Stromkreise eindeutig voneinander au trennen» dadurch, dass für sie gesonderte bewegliche Kon-, taktteile verwendet werden, die durch den als Träger dienen den Permanentmagnet voneinander eindeutig isoliert werden.

Bei einem Schaltgerät gemäss der Erf±ndrang ergibt sich durch Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagnetfeld und einem regelbaren elektromagnetischen Feld eine grosse Kraft, die, wenn nötig, eine starke Bewegung eines beweglichen ieiles zur Folge hat. Es ist andererseits aber auch· möglich, bei einem Schalter gemäss der BaffFtndnng eine gleichmäasige Schnappwirkung der Kontakte au erzielen-, ohne Rücksicht auf die Verwendung von langsam oder schnell arbeitenden Antrieben.

In der Zeichnung ist in Pig. 1 eine schematische Darstellung des grundlegenden, allgemein bekannten Prinzips der V/ech-

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selwirkung magnetischer Felder dargestellt. Fig. 2 -zeigt ein Ausführungsbeispiel, einer einpoligen, doppelt wirkenden Kontaktanordnung in einem Heiais gemass der Säifiodaiag. Fig. 3 zeigt die Anwendung des Prinzips auf ein Überstromrelais.

Fig. 4 zeigt die Anwendung der auf ein verklinktes oder polarisiertes Relais.

Fig. 5 zeigt, wie das Prinzip der EseiiHetoig auf eine "besonders wünschenswerte Art von Relais angewendet werden kann.

Pig. 6 zeigt die Ausführung eines Schnappschalters. In Fig. 1 ist die elektromagnetische Spule mit EMC be- '., zeichnet. In der Sarstellung erzeugt diese Spule einen Südpol an ihrem oberen Ende. Der keramische Permanentmagnet aus Isolierstoff ist mit CMP bezeichnet. Dieser Magnet kann, wie dargestellt," ein Toroid sein, er kann aber auch eine Scheibe sein. Der Magnet ist so magnetisiert, dass ein Südpol sich an einer Stirnseite und ein Hordpol sich an der anderen Stirnseite befindet. Wie dargestellt, ist der Südpol nach abwärts gerichtet, wobei ~der Permanentmagnet _; abgestossen wird und, falls er gehindert wird, sich seitwärts zu bewegen,' oberhalb der Spule schwebend gehalten ; wird in einem. Punkt, in dem die aufwärts gerichtete Magnet- ;

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kraft und das C-ewicht des Magneten gleich sind. Bei Umdrehung des Magneten oder Umkehrung der Erregung der Spule wird die Magnetkraft eine Anziehungskraft. In Pig. 2 ist ein vollständiges Relais dargestellt. Dieses' Relais ist eine einpolige, doppelt wirkende iype. Der Elektromagnet ist dargestellt durch die Spule 1, die über dem Spulenkörper 2 aus Isolierstoff aufgebracht ist. Die Spule hat einen Eisenkern 3 und eine .stählerne Polfläche 4 in der Gestalt einer Scheibe. Sine Scheibe aus Isolierstoff 5 ist an dem Spülenkörper 2 befestigt und trägt die festen Kontakte 6, die starr an der Scheibe 5 befestigt sind. Ein keramischer Permanentmagnet 7 mit metallisierten Stirnflächen 8 und 9 liegt,; wenn die Spule nicht erregt ist, auf den festen Kontakten 6 auf. Der Kontaktdruck wird durch das Gewicht des Magneten· und durch die ziemlich beträchtliche Anzugskraft zwischen dem Magnet und der Pölplatte 4 aufrechterhalten.

\7enn die Spule 1 mit einer derartigen Polarität erregt wird, dass sein Magnetfeld abstösst, bewegt sich-der Magnet. 7 nach : aufwärts, so dass die-metallisierte Oberfläche 9 die Kontakte

10 überbrückt. Die Kontakte 10 sind auf der Scheibe 11 aus Isoliermaterial befestigt, und die feile werden durch die Bolzen 2 zusammengehalten. Eine Hülse 13' aus Polyamid ist zur Führung des Magneten zwischen die Isolierscheiben 5 und

11 zwischengefügt. i Der metallisierte Bereich des Magneten hat im wesentlichen Gestalt eines Ringes. Der Mittelteil kann, falls erforderlich,

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mit einem glasartigem Lack oder einer «aä«rs& versehen sein, um erhöhte Isolation oder Widerstand gegen direkten Lichtbogen au ergeben.

Dieser Magnet biläet eine Iont&Mbrilc;k@, ein Idchtbogenblasfeld und es werden keinerlei Bewegungsfedern benötigt.

In Fig. 3 ist das Prinzip auf ein Überstromrelais angewandt« Bei diesem Gerät kann der elektromagnetische Auslösepunkt durch Änderung der Stärke der Beilage oder des Luftspaltes AG-eingestellt werden. Bei dieser Anor&sm&g 1st di# Bstltigangaspule 31 ein schweres Kupferfand, die Bölfliehe 34 let m® gewählt, dass sie recht schwer wird, bü iaas tar legnet 37 fest gegen die festen Kontakte 36 gedruckt wird und nur bei Auftreten einer starken Überlastung nach aufwärts betätigt bzw. gestossen wird.

Wenn eine solche Vberlast auftritt, wird der Magnet 37 an der Polyamidführungshülse 313 aufwärts getrieben, um mit seinem stromführenden Element 38 mit den festen Kontakten 310 Kontakt su geben. Der Magnet wird durch die stählerne Polfläche 311 oder vorzugsweise durch einen anderen permanenten Magneten festgehalten» Die Anordnung ist durch Elemente 312 zusammengehalten.

Die Brückenkontakte 31 können bei Kontaktgabe mit den Kontakten 310 ein optisches oder akustisches Signal oder eine andere Anordnung erregen um anzuzeigen, dass eine

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Überlast aufgetreten ist und. das lelaie werden muss.

In Fig. 4 ist ein verklimktes Itelais dargestellt, Äaa einem permanenten Magneten 47 als bewegliche Armatur und ein ' Kontaktbrückenglied in Gestalt des stromführenden Kontaktelementee 48 an dem Magneten hat. In diesem Fall'sind zwei Spulen 41 und 41' verwendet« Die Spulen haben die runden Stahlpole 44 und 44'. Die festen Kontakte sind 46 und 46% die je an den Isolatoren 45 und 45' befestigt sind.

Der Magnet wird in der jeweiligen Lage durch die Pole 44 Ijsw. 44' gehalten. Die Spulen werden so erregt, dass sie die Magnete abstossen, d.h. wenn die linke Spule erregt wird, wird der Magnet nach rechts getrieben und bleibt hier so lange, bis die rechte Spule erregt wird.

In Pig. 5 ist der Permanentmagnet mit 51 bezeichnet und bezeichnet den Isolator für den Magneten. 53 sind die beweglichen Kontakte an dem Magneten, 54 die festen Kontakte, eine Isolierstoffkappe, 56 eine Isolierstoffplatte, 57 ein Stahlring, 58 eine Isolierstoffgrundplatte, 59 der verbindende Träger und 60 die Antriebsspule.

line Erregung" der Spule 60 swing* dem: laiseteii, tie litte der Spule einzunehmen. Das ist die in Fig. 5 dargestellte Lage. Wenn die Spule 60 entregt wircl, verschwindet der trag-ende Fluss für den Magneten und der Magnet Ts^Wiegt mlxM

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unten auf Grund seines Eigengewichts und durch die Anzugskraft zwischen dem Magnet und dem Stahlring 57«.

In Fig. 6 der Zeichnung bezeichnet 61 einen beweglichen Kontakt, der zur Zusammenarbeit mit den beiden festen Kontakten 62 und 63 dient, die fest an dem Sockel B befestigt sind, feil 64 bedeutet einen weiteren beweglichen Kontakt, der sur Zusammenarbeit mit den festen Kontakten 65 und 66 dient, die ebenfalls fest an dem Sockel B befestigt sind.

Die bewegliehen Kontakte sind leitende Ringe, aus einer Silberschichtung 67_t die an einem Hartmetallsinterkörper 68 angelötet und auf den beiderseitigen Stirnflächen eines Permanentmagneten 69 aus keramischem Isolierstoff befestigt sind mittels eines lichtbogenfesten Preßkörpers 70, der den Hagnet 69 teilweise einsehliesst.

Der Magnet 69 ist zwecks axial gwfuhrtiSir Bswtitmf: aaf de® Rohr 71 angeordnet. Dieses Rohr 71 kann ein dichtes Glas-Melamin-Rohr oder ein Hartpolyamid- oder -gummirohr sein oder irgendein anderes geeigneten Isolierrohr. Das Rohr ist vorzugsweise so gewählt, dass es eine relatir dünne liandstärke hat. -

Ein weiterer Permanentmagnet 12 aus keramischem Isolierstoff ist in dem Rohr 71 angeordnet. Das obere Ende des Rohres 71 ist durch die Kappe 73 abgeschlossen und an dem unteren Ende des Rohres ist die Dichtungskappe 71_s die den Lagerkörper 75 für den Stempel 76 tragt, befestigt. Der Stempel

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76 ere treckt sich durch die Sage^Mlsa 75? wa& sein Bride ist in flüssigkeitsdiehter T/eise an einer Membran 77 befestigt. Die Membran 77 hat eine Antriebsfeder 78, um die Membran 77, den Stempel 76 des Magneten 72 abwärts zu bewegen, wenn die Armatur 79 abwärts bewegt wird entgegen der Wirkung einer Feder 80 bei Erregung der Antriebsspule 81. Die !Peile 76, 77, 78, 79, 80 und 81 bilden im wesentlichen den Antrieb für den Magneten 72. Jeder geeignete Antrieb kann für den Magneten 72 verwendet

Die Magneten 69 und 72 sind parallel su ihrer Längsachse mit gleichen Polen gsdea Magneten in gleicher Orientierung magnetisiert. Beispielsweise sind die oberen Pole jedes Magneten Nordpole und die unteren Pole Südpole, wie dargestellt.

Das Vorhandensein des Magneten 72 .in dem Rohr 71 in bezug auf den Magneten 69 - wie dargestellt- erzeugt ein scharf auswärts gegen die Aussenkante des äusseren Magneten gerichtetes Feld und dabei einen radialen magnetischen Pluss in der Gegend des Kontakt luft spalt es. ■■ . Dieser Pluss während der Stromunterbrechung an den Kontakten ist senkrecht eu dem Bogenstroia gerichtet und wegen der schweren oder starken Magnetisierung, mit der derartige keramische Permanentmagnete versehen werden können, hat er eine ausreichende Dichte, um ein Ende des Bogens rasch rund um den Ringkontakt eu bewegen, bis er die löschweite erreicht. Da der Schalter doppelt unter-

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brechend ist, erfolgt die erwähnte Bogemmterbrechung an beiden Kontaktstellen und ist wegen der axialen Symmetrie unabhängig von der Polarität des Stromes.

Alle Seile in der !Nachbarschaft der beiden Magneten 69 und 72 müssen aus nichtmagnetischem Werkstoff sein, um eine positive Wirkung und wirkungsvolle Lichtbogenlöschung au sichern. Weiterhin können keine Streubögen erzeugt werden, da die einsigen leitenden Werkstoffe im Bereich des magneti schen Flusses die Kontakte sind, so dass der Lichtbogen tatsächlich innerhalb der lichtbogenkammer 82 gelöscht wird.

Im Betrieb wird, wenn die Armatur 79 durch Erregung der ^: Spule 81 nach abwärts bewegt wird, auch der Träger für die Membran ■ , 77 durch die Peder 78 nach unten bewegt. Bei einer tatsächlichen Ausführung war die Membran ., , 77 'feil des pneumatischen Hebewerkes und-wurde datier tm wesentlioläe langsam nacii imten bewegt.

Wenn die Magnete relativ zueinander bewegt werden, nämlich wenn der Magnet 72 sich nach abwärts bewegt, erreichen sie zu einer bestimmten Zeit eine Stellung, bei der die lioräpole benachbart sind. Dies ist eine unstabile Lage. Eine weitere kleine Bewegung des Magneten 72 nach abwärts bringt die Magnete in eine abstossende Lage, Das Ergebnis ist, dass der llagnel 69 ßich aufwärts bewegt mit einer Schnappwirkung

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und eine Öffnung des Stromkreises an den Kontakten 64, 65 und 66 bewirkt und eine Schliessung des Stromkreises an den Kontakten 61, 62 und 63.

renn die Spule 81 entregt wird, bewegt die Peder 80 die Armatur 79 nach aufwärts und bringt damit die Membran in die dargestellte Lage. Die magnetische Wirkung zwischen dem Magneten 69 und 72 wird wieder abstossend und der Magnet 72 bewegt sich mit einer Schnappwirkung nach unten.

Das Schaltergehäuse iffii übt Mtriab la Mnielnam siM nicht wesentlich· für die Schalterbauart, denn ihre funktion ist lediglich, einerseits einen !Träger für die festen Kontakte EU ergeben und andererseits einen Antrieb für den Magneten

zn bewirken. -

Zusammenfassend wird sum Ausdruck gebracht, dass, während die dargestellten Beispiele praktische Ausführungen der «Ba?- f-±n~d"uHg 'darstellen, die^rt?±33*tmg nicht auf die dargestellten Einzelheiten beschränkt ist, da verschiedene Abweichungen von demselben vorgenommen werden können, ohne ¥οϊϊ tem Sinn

/Vene rwne,

der B^gingr abzuweichen. _;

6 lig.
Ansprüche

- 11 -'

Claims

1. Durch magnetische Kräfte betätigtes elektrisches Schaltgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen ■.'.. Kontakte -von einem PermanentatEgntt mxB -leeramisctom Isolierstoff getragen werden. '

2. Elektrisches Bchaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet durch das Magnetfeld eines oder mehrerer festeteiiend.erliektrösiagnete teategt

wird. - ■

3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, dass der die beweglichen Kontakte tragende Permanentmagnet auf einer Hülse geführt ist, in der der zweite Permanentmagnet durch einen geeigneten Antrieb bewegt

wird. ; ■

5. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, die beiden Perffia^entÄgnete gleiÄeiimif aagn#- tisiert sind.

6. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 mit öffnungs- und SchliessungBkontakten, dadurch gekennzeichnet, dass für

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die beiden Stromkreise getrennte bewegliche Kontaktteile verwendet sind, die durch den als üräger für sie dienenden Permanentmagnet en rnnterelnani-er isoliert

7. Elektrisches Spaltgerät nacli -Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Erregerspule eine Stahlscheibe mit grösserem Durchmesser als der innere Durchmesser der Spule mit einem Überzug auf unmagnetischem Isolierstoff befestigt ist,'auf dem der Permanentmagnet aus keramischem Isolierstoff aufliegt. ;

8. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet an einer Stirnfläche den Nordpol und an der anderen Stirnfläche den Südpol hat derart, dass die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Polschuh des Elektromagneten und dem Permanentmagneten diesen fest gegen die Isolierstoffhülle hält, bei Erregung der Spule mit geeigneter Polarität der Magnet jedoch von der Spule abgeschlossen wird.

9. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 7_? dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet auf einer Hülse aus Isolierstoff geführt wird.

10. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Erregerspulen, zwischen denen der keramische Mag-

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net angeordnet ist und wechselweise bei Erregung der einen oder anderen Spule von dieser abgestossen wird.

11. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Magnet im Innern der Erregerspule derart angeordnet ist, dass er bei Erregung in die Mitte der Spule .gesogen wird.

12. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der die Erregsrspule tragenden Isolierstoffgrundplatte ein Stahlring befestigt ist.