DE2158875A1

DE2158875A1 - Reedschalter

Info

Publication number: DE2158875A1
Application number: DE19712158875
Authority: DE
Inventors: Toshito Dipl.-Ing. Kawasaki; Oguma Toshiro Dipl.-Ing. Suzaka Nagano; Hara (Japan). P
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1970-12-11
Filing date: 1971-11-27
Publication date: 1972-06-29
Also published as: JPS4911511B1; NL7116859A; US3716810A; GB1373225A; NL158646B; FR2117621A5

Description

PATfcNTANVVÄLTi:

PATfcNTANVVÄLTi: O 1 K Q Q 7 CT

ΌΤί. CLAUS REIrM.*" NOER *- I O OO / O

6/139

DIFL-IMG. KLAUS BiPNHARDT
D s MOt; ::irfj ή ο

PUJITSU LIMITED

No. 1015 * Karaikodanaka

Kawasaki, Japan

Reedschalter

Priorität; 11. Dezember 1970 Japan 45-109398

Die Erfindung betrifft einen Reedschalter, der zum Schließen und Öffnen eines elektrischen Kreises verwendet wird, und insbesondere einen Reedschalter, in dem ein Zungenpaar aus ferromagnetische!!! Material so angeordnet ist, daß der geometrische Ort des Betriebs des freien Endes wenigstens einer der Zungen nicht die andere Zunge kreuzen kann und die Zungen in einem Glasrohr Easammen mit einem inerten Gas eingeschlossen sind. Die Erfindung besieht sich des weiteren auf ein Reedrelais, in dem der Reedschalter in einer Spule eingesetzt 1st.

Der Nachteil bekannter Reedschalter besteht darin, daß das Material und das für den Kontakt anwendbare Herstellungsverfahren sehr begrenzt sind und die Lebensdauer des Re·« dachalt ers selbst sehr kurz ist, da der Kontaktspalt nicht groß genug gemacht werden kann und die Dicke des Kcntakstückes mit , Ausnahme eines Schalters mit großen Abmessungen nicht groß gemacht werden kann.

Ein anderer Nachteil bekannter Reedschalter besteht darin, de.3 deren an dem Kontakt erhältliche Gleitung sehr gering

209827/0878 bad ORIGINAL

Ein weiterer Nachteil bekannter Reedschalter besteht darin, daß ein Schutzkreis vorgesehen werden muß, um diesen gegen Adhäsion durch Schmelzen zu schützen, da das Abfallen ohne Stoß mit schwacher Öffnungskraft erfolgt. Ein anderer Nachteil bekannter Reedschalter besteht darin, daß diese nicht als Schwellwertelemente verwendet werden können, da die Arbeitsamperewindung und die Abfallamperewindung verschieden sind.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, die oben erwähnten Nachteile bekannter Reedschalter zu vermeiden und einen Reedschalter mit großem Kontaktspalt, großer Stärke des Kontakstücks und langem Gleiten an dem Kontaktteil zu schaffen, der in weitem Umfange in Fernmeldeanordnungen, Fernsprechvermittlungsanordnungen und verschiedenen elektronischen Anordnungen als sehr zuverlässiger Reedschalter mit langer Lebensdauer verwendet werden kann·

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Reedschalter zu schaffen, dessen Kontakt ein impulsartiges Abfallen ausführt.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Reedrelais zu schaffen, das als Schwellwertelement verwendet werden kann, indem ein Reedschalter vorgesehen wird, in dem die Arbeitsamperewindung und die Abfallamperewindung miteinander übereinstimmen.

Der Reedschalter nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar ferromagnetische Zungen so angeordnet ist, daß der geometrische Ort des Betriebes des freien Endes wenigstens einer der Zungen nicht die andere Zunge kreuzen kann, und daß das Kontaktstück an wenigstens einer Zunge direkt oder über ein Federmaterial so vorgesehen ist, daß es von dem freien Ende der Zunge abweicht. Durch diese Ausbildung können die oben erwähnten Zwecke erreicht werden.

209827/0878

Die Erfindung wird nachfolgend im Vergleich zum Stand der Technik beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, in der zeigen

Fig. 1 ein Beispiel des Aufbaus eines bekannten Reedschalters ,

Pig. 2 ein Beispiel des Aufbaue eines Eontaktteils eines bekannten Reedschalters,

Fig. 3 ein Beispiel einer magnetischen Kennlinie eines bekannten Reedschalters,

Pig. 4 ein Beispiel des Aufbaus eines Reedschalters nach der Erfindung,

PIg. 5 und 8 ein Beispiel des Aufbaue eines Reedschalters einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Pig«. 6 und 7 ein Beispiel der magnetischen Kennlinie eines Reedschalters nach der Erfindung.

In Γig» 1 sind 1 und 2 Zungen, die aus einem Rundmaterial ζ.Bc einer 52=Legierung bestehen. Ein Teil dieser Zungen ist niedergeschffolzen₉ um eine Federeigenschaft zu erhalten, und ein Endteil 4, der ein freies Ende ist, ist mit dem Kontaktstück aus Edelmetallen plattiert. 3 ist ein Glas-= rohr zum dichten Einschließen der Zungen 1 und 2. Ein inertes G-ao 5 ist in das Glasrohr eingeschlossen, um eine Oxydation der Kontakte zu verhindern. Ein in dieser Weise aufgebauter Reec.schalter ist in eine Spule eingesetzt, die durch eine Wicklung 6 derart gebildet wird, daß dieser als Hseörelais verwendet wird. Wenn nämlich eine Spule 6 erregt \\3.x(l₉ werdßn die Zungen 1 und 2 magnetisiert und der entsprechende Spitssenteil 4 bewegt sich unter der Anziehungskraft des Spitzenteils 4 und somit werden die Kontakte geschlossen.

209827/0878 BAD ORIGINAL

21bö875

Fig. 2 zeigt eine auseinandergezogene Barstellung eines Spitzenteile 4 der Fig. 1. In dieser Figur sind 8 und 11 die Teile» die durch Niederschmelzen der Zungen gebildet werden. 9 und 10 sind die Kontaktteile, die mit Edelmetallen plattiert sind. Biese Eontaktteile sind an einer Stelle Übereinander angeordnet, so daß sich ihre geometrischen Orte des Betriebes unter einer solchen Bedingung kreuzen können, daß sie einen Abstand von x1 an der Stelle der Kontaktteile 9 und 10 haben. Hier sind die magnetischen Anziehungskräfte eines Zungenpaares 11 und 8 umgekehrt proportional dem Spalt x1 und somit kann der Wert x1 nicht vergrößert werden, da gefordert wird, daß die Anziehungskraft groß ist. In einem üblichen Reedschalter geringer Abmessungen liegt der Wert von x1 zwischen 50 und 120 mm . Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, die Kontaktteile 9 und 10 mit dickem, nichtmagnetischem Material wie bei einem großen Kontakt zu überziehen. Üblicherweise werden die Kontaktteile durch dünnes nicilitiaagn.etiseh.es Material durch Plattieren oder Zerstäuben gebildet. Demgemäß ist das verwendete Material der Kontaktstücke sehr beschränkt. Ba die Kontaktstücke dünn sind, unterliegen sie einer Abrasion, Umsetzung und Abnutzung aufgrund des Aufeinandertreffens der Kontakte und des Stroms, der zwischen den Kontakten zum Zeitpunkt des Schließens und Öffnens nach einer bestimmten Zahl von Arbeitsvorgängen fließt, was zu einem schlechten Kontakt oder zu einem falschen Abfallen führt. Bes weiteren wird die durch die Kontakte aufgrund der Umsetzung erzeugte Unebenheit entsprechend der Größe des Stroms zwischen den Kontakten groß. Ein falsches Abfallen kann durch kleine Unebenheiten in einem bekannten Reedrelais verursacht werden, in dem der Spalt x1 zwischen den Kontakten nicht groß gemacht werden kann. Des weiteren 1st ersichtlich, daß das Schließen und das Unterbrechen eines großen Stromes, das Unebenheiten aufgrund einer großen

2 0 9 3 2 7/0878

2168875

Umsetzung erzeugt, unmöglichwsrdea. Bei bekannten Reedrelais erfolgt das Abfallen stoßfrei im wesentlichen entsprechend dem Aufbau nach fig. 1 und demgemäß kann ein falsches Abfallen nicht vermieden werden.

Bei der Darstellung in Pig. 3 sind die Erregungsamperewindung und die Magnetflußdichte der Kontaktteile jeweils auf der Abszisse und der Ordinate aufgetragen. Gemäß Fig. 3 ist die Arbeitsamperewindung an dem Punkt m dargestellt und die Abfallamperewindung ist an dem Punkt η angegeben, der kleiner als der vorangehende Punkt ist. Dies ist durch die Größe des Entmagnetisierungsfeldes bedingt. Die Größe des Entmagnetisierungsfeldes ist nämlich proportional seiner Länge unter der Voraussetzung, daß das Material und die Querschnittsfläche gleich sind. In einem Zustand, in dem die Kontakte abgefallen sind, ist das erzeugte Entmagnetisierungsfeld durch die Länge jeder Zunge bestimmt, während in einem Zustand, in dem die Kontakte geschlossen sind, das erzeugte Entmagnetisierungsfeld durch die Summe der Länge jeder Zunge bestimmt ist. Demgemäß ist die zwischen den Kontakten effektiv wirksame Magnetflußdichte unterschiedlich, wenn die Kontakte abgefallen und wenn die Kontakte geschlossen sind, womit der Punkt m der Arbeiteamperewindung und der Punkt η der Abfallamperewindung verschieden werden. Somit kann der bekannte Reedschalter, bei welchem der Punkt.' m nicht mit dem Punkt η übereinstimmt, nicht als Schwellwertelement verwendet werden.

Gemäß Pig. 4 ist die Spitze der Zunge erweitert, jedoch haben die anderen Teile denselben Aufbau wie in Pig. I. Die Zungen 41 und 43t die aus einem Paar magnetischer Körper bestehen, liegen einander an dem festen Spalt t gegenüber, ohne an einer Stelle übereinander zu liegen. Die Kontaktstücke 42 und 44 sind an den Zungen 41 und 43 mittels elektrischer Schweißung u.dgl. befestigt. Die

20982 7/0878

Zungen 41 und 43 liegen in magnetisch vorgespanntem Zustand einander gegenüber, wenn die Kontakte geschlossen sind, und die durch den magnetischen Gradienten erzeugte Anziehungskraft wird als Anziehungskraft zwischen den Kontaktstücken 42 und 44 verwendet. Die Zungen 41 und 43 bestehen aus magnetischem Material, wie einer 52-Legierung, und die Kontaktstücke 42 und 44 bestehen aus einem Material, wie Ki, W, Mo, Pb, Au-Ag und Pd-Hg. Die Dicke des Kontaktstücks 42 ist so ausgewählt, daß dieses eine gewünschte Steifigkeit aufweist, und demgemäß wirkt das Kontaktstück 42 auch als Feder. Da die Spitzen der Zungen 41 und 43 nicht übereinander liegen, kann der Wert des Spaltes x2 zwischen den Kontakten groß gemacht werden.

Der Reedschalter nach der Erfindung kann die folgenden Wirkungen ausüben. Wenn die Zungen 41 und 43 durch das erregende Magnetfeld magnetisiert werden, berührt das Kontaktstück 42 plötzlich das Kontaktstück 44 und 3omit kommen beide Stücke in Kontakt miteinander. Dann wird die Bewegung der Kontaktetücke in Aufwärts- und Abwärtsrichtung gestoppt, jedoch kommt die Zunge 41 der Zunge 43 näher und näher. Das Kontaktstück 42 wird dann gebogen und eine Kraft gegen die Bewegung der Zunge, d.h. die Abfallkraft, wird erzeugt. Diese Kraft wirkt als Kontaktkraft zwischen den Kontaktstücken 42 und 44· Die gesamte Abfallkraft ist die Summe der Abfallkraft, die auf der Verschiebung der Zungen 41 und 43 basiert, und der Abfallkraft des Kontaktstückes 42* Eine Stabilisierung kann an dem Punkt erhalten werden, an dem die gesamte Abfallkraft und die Anziehungskraft (vertikale Komponente) der Zungen 41 und 43 ins Gleichgewicht kommen. Dieser Gleichgewichtspunkt ist ein Ort, an dem die Zungen 41 und 43 leicht auf- und abgleiten. Das Gleichgewicht wird in einem magnetisch vorgespannten Zustand aufrechterhalten.

209827/0878

Nachdem das Kontaktstück 42 das Kontaktstück 44 berührt, wird das Kontaktstück 42 gebogen, so daß die Kontaktstücke 42 und 44 um den linearen Abstand gleiten, der durch die Abbiegung verkürzt wird. Eine durch die Umsetzung verursachte Unebenheit der Kontaktstücke 42 und 44 wird durch das Gleiten abgearbeitet und demgemäß abgeflacht. Deshalb kann ein falsches Abfallen aufgrund der Umsetzung vermieden werden und demgemäß kann mit dem Reedschalter nach der Erfindung das Schließen und Unterbrechen eines größeren Stromes als bei einem bekannten Reedschalter möglich gemacht werden, obwohl der Kontaktspalt derselbe wie üblich ist, d.h. x2 = x1.

In Fig. 6 sind die erregende Amperewindung auf der Abszisse und die Magnetflußdichte auf der Ordinate aufgetragen. Der Punkt ρ stellt die Arbeitsamperewindung und die Abfallamperewindung dar, die miteinander übereinstimmen. Dies ist dadurch bedingt, daß bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu bekannten Reedschaltern keine Berührung zwischen den einander gegenüberliegenden Zungen vorhanden ist und die Größe der Entmagnetisierung konstant und unabhängig von dem Abfallen und Schließen des Kontaktes ist. Demgemäß kann der Reedschalter nach der Erfindung als ein neues Schwellwertelement verwendet werden und dadurch wird die Verwendung eines Reedschalters erweitert.

Bei dem Reedschalter nach der Erfindung fallen des weiteren die Kontake nach dem Abfall des gebogenen Kontaktstückes ab, während die Geschwindigkeit des Abfalls des Kontaktes im Vergleich mit bekannten, in Fig. 2 dargestellten Reedschaltern groß wird, da die Energie des Abfalls des Kontaktstückes 42 hinzugefügt wird. Ein Reedscbalter nach der Erfindung führt nämlich einen impulsartigen Abfall aus. Da ein Reedschalter nach der Erfindung diesen impulsartigen

20987 7/087

Abfall ausführt, let die Adhäsionskraft zwischen den Kontakten groß und die Wirkung eines falschen Abfalles aufgrund der Adhäsion kann beseitigt Werden.

Nachfolgend wird der Köntaktspalt in Übereinstimmung mit der in Pig. 7 dargestellten Kennlinie der Anzugskraft erläutert. In dieser Figur stellen die Abszisse die Verschiebung der Zunge., (mm) und die Ordinate die Anzugskraft (g) dar. x1 in Fig. 2 zeigt die Verschiebung der Zunge eines bekannten Reedschalters, während bei dem Heedschalter nach der Erfindung die Verschiebung der Zunge durch die Verechiebung x3 der Zungen 4-1 und 43 in Aufwärts- und Abwärtsrichtung dargestellt ist. In dieser Figur zeigt 71 die Kennlinie der Anzugskraft des bekannten Reedschalters und 72 zeigt die Kennlinie der Anziehungskraft des Reedschalters nach der Erfindung. In beiden Fällen wird ein Vierkantstab aus einer 52-Iegierung mit einer Querschnittsflache von 0,37 mm verwendet. Die Dicke dieses Stabes beträgt 0,54 am und die Breite 0,82 mm. Der Spalt t in einem Reedschalter nach der Erfindung beträgt 0,01 mm. Des weiteren zeigen 711 und 721 die Kennlinien der Abfallkraft. Die Kennlinie der Abfallkraft muß immer niedriger liegen als die Kennlinie der Anziehungskraft. Unter der Annahme, daß die Abfallkraft 5 g beträgt, liegt die Abfallkraft des bekannten Reedschalters unter der Tangente an der Kennlinie 71 der Anziehungskraft von dem Punkt 5 g. Falls die Kennlinie 71 in Vorwegnahme eines geringen Überschusses ausgebildet wird, liegt der Wert von x1 bei etwa 0,15 mm.

Gemäß der Erfindung kann die durch 721 dargestellte Kennlinie der Abfallkraft im Hinblick auf dieselbe Abfallkraft von 5 g ausgewählt werden und die Verschiebung x3 ist dabei etwa 0,34 mm. Wie oben erwähnt worden ist, wird die

209 827/0:8 78.

Verschiebung des Reedschalters nach der Erfindung mehr als das Doppelte der Verschiebung eines bekannten Reedschalters und somit wird der Kontaktspalt wesentlich verbessert.

In Flg. 5 sind 51 und 53 Zungen, die aus einem magnetischen Material der 52-Legierung bestehen, 52 eine Feder, 55 ein an der Feder 52 angebrachter Kontakt und 54 ein an der Zunge 53 angebrachter Kontakt· Fig. 5(a) zeigt einen Fall, bei dem die Sicke der Kontakte 54 und 55 gering ist und der Kontaktspalt, d.h. der Spalt zwischen den Kontakten 54 und 55, ausreichend ist. Wenn jedoch der Kontaktspalt wegen der Notwendigkeit der Verwendung eines dicken Kontaktes unter den Umständen der Verwendung des Reedschalters ungenügend wird, können die Kontakte der gewünschten Dicke mit dem gewünschten Kontaktspalt durch Biegen der Feder 52 verwendet werden, wie dies in Fig. 5(b) gezeigt ist. Demgemäß kann ein Reedschalter nach der Erfindung den schlechten Kontakt oder das falsche Abfallen wie bei den Kontaktstücken eines bekannten Reedschalters, die viel zu dünn sind, verhindern.

Fig. 3 zeigt weitere Aueführungeformen der Erfindung, wobei Fig. 3(b) ein Schnitt der Fig. 8(a) ist, und 800 ein abgedichtetes Glas und 810 und 830 Zungen aus runden Stäben, die aus einem magnetischen Material der 52-Legierung bestehen, sind. Ein Spitzenteil 850 der Zunge 810 1st durch Pressen bearbeitet. Ein Kontaktteil 820, der aus einem der Materialien W, Ni, Mo, Au-Ag, Au-Pb, Pd, Ag-Pd, Ou-Pd besteht, ist elektrisch an den Spitzenteil 850 an einem Haftteil angeschweißt und der Kontaktteil 820 wirkt auch als Feder. 840 ist ein Kontakt, der meist kugelförmig ist und elektrisch^ an die Zunge 830 geschweißt ist. Der Kontakt 840 besteht aus einem der Materialien W, Mo, Au-Ag, Au-Pd, Pd, Ag-Pd, Cu-Pd, Nl. Gemäß Fig. 8(c) ersetzt eine Zunge 831, die aus einem hohlen Rohr mit einen Durchgangsloch besteht, die in

209827/0878

Fig. 8(a) und (b) dargestellte Zunge 830. Diese Zunge 831 wird in den Fall verwendet, wenn ein inertes Gas (N₂ + H₂) oder ein reduzierendes Gas, wie H₂ und C , die Luft in dem Glas ersetzen, nachdem der Kontaktteil durch ein Glas 800 dicht eingeschlossen ist. Dieses inerte Gas oder reduzierende Gas wird durch das Durchgangsloch eingeführt und demgemäß wird die Luft ausgetrieben. Danach wird das Durchgangsloch der Zunge 831 durch elektrische Schweißung dicht verschlossen. Gemäß Fig. 8(d) werden plattenförmige Zungen 832 und 812 verwendet. Mn Teil der Zunge 812, die aus einer 52-Legierung besteht, ist verlängert und wird zum Kontaktteil 822 gemacht· Dieser Kontaktteil wirkt als Feder. 842 ist ein Kontakt, der elektrisch an die Zunge 832 geschweißt ist. Dieser Kontakt ist dünn und besteht aus demselben Kontaktmaterial wie oben erwähnt. , Bei diesem Reedschalter wird die Anbringung, des Kontaktteils unnötig und das Herstellungsverfahren wird einfach. Des weiteren wird die Anziehungskraft an dem Kontaktteil 822 erzeugt und die Kontaktkraft kann verstärkt werden. Gemäß Fig. 8(e) ist ein Doppelkontakt anstelle des in Fig. 8(d) gezeigten Kontaktteils 822 gesetzt, so daß ein noch zuverlässigerer Kontakt erhalten werden kann. 823 ist ein Doppelkontaktteil, das aus den Kontaktstücken 824 und 825 besteht.Eines von diesen, z.B. dau Kontaktstück 825, bildet einen Oxydfilo und überdies ist das Kontaktstück, falls ein Vorsprung an dem Kontakt 842 erzeugt wird, der in Berührung mit dem Oxydfilm kommt, gebogen und das andere Kontaktstück 824 berührt den Kontakt 842 und demgemäß kann ein zuverlässiges Schalten erhalten werden. Des weiteren kann in den Fig. 8(d) und (e) das vorstehend erwähnte Kontaktmaterial auch an den Kontaktteilen 822 und 823 angebracht sein.

209827/0878

Die vorangehende Beschreibung der Ausführungeformen bezieht sich beispielhaft auf Reedschalter, jedoch ist der magnetische Anziehungsaufbau der Erfindung auch allgemein bei elektromagnetischen Schaltern anwendbar. Die Beschreibung bezieht sich auf einen Reedschalter mit einem Arbeitskontakt bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, jedoch ist die Erfindung auch bei einem Reedschalter mit einem Ruhekontakt durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Technik verwendbar.

209827/0878

Claims

21b8875

6/139

Patentansprüche

Λ J Reedsctialter, dadurch, gekennzeichnet, daß ein Paar Zungen, die aus ferromagnetische!!! Material bestehen, so angeordnet . ist, daß der geometrische Ort des Betriebes des freien Endes wenigstens einer der Zungen nicht die andere Zunge kreuzen kann und daß das Kontaktmaterial an wenigstens einer der Zungen vorgesehen ist, so daß es von dem freien Ende der Zunge abweicht·
2. Reedschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eontaktmaterial, das vorgesehen ist, um von dem freien Ende der Zunge abzuweichen, über eine Feder eingestellt ist.
3. Reedschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Zunge als feder verwendet ist.

209827/0878

Lee rseite