DE2503564A1 - Bistabiler, magnetisch und/oder elektromagnetisch steuerbarer schalter, insbesondere schutzrohrschalter - Google Patents

Description

• Bistabiler, magnetisch und/oder elektromagnetisch steuerbarer Schalter, insbesondere Schutzrohr'schalter Die Erfindung betrifft einen bistabilen, magnetisch und/oder elektromagnetisch steuerbaren Schalter, insbesondere Schutzrohrschalter, mit zwei als Brückenmagneten ausgebildeten Dauermagneten, die sich mit Abstand mit ihren Polen gegenüberliegen und zwischen denen eine Erregerwicklung zur Beaufschlagung eines zwischen den beiden Dauermagneten translatorisch hin- und herbeweglichen Ankers angeordnet ist.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Mehrzweck-Vielkontakt-Relaisschalter zu schaffen, der sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom betreibbar ist und eine Vielzahl von Kombinationen schalttechnischer Art, wie beispielsweise Stromleitung, Uberlaststromsicherung u.dgl., ermöglicht.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Schalter dadurch gekennzeichnet, daß der Anker in dem Schaltergehäuse geführt gelagert ist, und mit mindestens einem Kontaktstück in Verbindung steht, das nativ zu zwei feststehenden elektrischen Kontakten zum öffnen und Schließen eines Stromkreises beweglich ist. An dem Anker können erfindungsgemaß Trägerstangen befestigt sein, die eine Vielzahl von Kontaktstücken tragen können, die mit einer entsprechenden Anzahl von Kontaktpaaren zusammenwirken, so daß eine beliebig große Anzahl von Schaltkontakten betätigt werden kann.
• Wenn die beiden Dauermagnete sich mit ihren ungleichnamigen Polen gegenüberliegen, kann der Anker vorzugsweise von einer oder von zwei an eine Gleichstromquelle anschließbaren Erregerwicklung mit Abstand umgeben sein, um den Anker durch einen kurzzeitigen Stromstoß, der in der einen oder anderen Richtung durch die Erregerwicklung bzw. die Erregerwicklungen geschickt wird, magnetisch umzupolarisieren, derart, daß der Anker jeweils von einem der beiden Dauermagnete angezogen und von dem anderen Dauermagneten abgestoßen wird, was eine entsprechende Verschiebung der die Kontaktstücke tragenden Trägerstangen und demgemäß entsprechende Schaltvorgänge zur Folge hat.
• Zur Betätigung des Schalters brauchen die Erregerwicklungen nur'kurzzeitig mit Gleich- oder Wechselstrom beaufschlagt werden, um einen entsprechenden Umschaltvorgang zu bewirken, wobei der Anker anschließend von dem auf ihn einwirkenden Dauermagneten festgehalten wird, wodurch eine bestimmte Sohaltstellung des Schalters aufrechterhalten bleibt.
• Um manuell einen Umschaltvorgang zu bewirken, sind gemäß weiterer Erfindung Nebenschlußankersysteme vorgeseheng Diese Nebenschlußanker lassen sich zwischen die Polflächen der beiden Dauermagnete und den auf die Kontakt stücke einwirkenden Anker schieben, wodurch die Magnetfeldschleife des jeweiligen Dauermagneten über den Nebenschlußanker geschlossen wird, so daß der entsprechende Dauermagnet dann ohne Einfluß auf den Anker ist, der dann von dem gegenüberliegenden Dauermagneten angezogen werden kann. Vorzugsweise ist jedem der beiden Dauermagnete ein gesonderter N ebenschluß anker zugeordnet; dieser Nebenschlußanker besteht aus einem von außen her betätigbaren Steg, an dem zwei Plattenelemente befestigt sind, die in Gegenüberstellung zu den Polflächen der einzelnen Dauermagnete bringbar sind.
• Um einen explosionsgeschützten Schalter zu erhalten, ist das aus elektrisch und magnetisch nichtleitendem Material bestehende Schaltergebäuse vorzugsweise an einer Seite mit die Plattenelemente aufnehmenden Einbuchtungen bzw. Taschen versehen, die in den Bereich zwischen dem Anker und den Polflächen der Dauermagnete ragen.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schalters. Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Schalters gemäß der Linie I-I in Fig. 2; Fig. 2 einen Horizontalschnitt des Schalters gemäß Fig. Is Fig. 3 einen weiteren Vertikalschnitt des Schalters gemäß der Fig. 1 und 2; Fig. 4 einen Vertikal schnitt einer abgewandelten AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Schalters gemäß der Linie IV-IV in Fig. 5; Fig. 5 einen Horizontalschnitt des Schalters gemäß Fig. 4, und Fig. 6 einen weiteren Vertikalschnitt des Schalters gemäß den Fig. 4 und 5.
• Der erfindungsgemäße Schalter weist ein hermetisch abgedichtetes, im wesentlichen quaderförmiges Außengehäuse 1 aus magnetisch und elektrisch nichtleitendem Material auf Im Inneren des Außengehäuses befinden sich zwei an der Bodenplatte befestigte Lagerböcke 2, in denen die Enden von zwei zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Trägerstangen 3 gelagert sind. Die innenliegenden Enden der Trägerstangen 3 sind an einem gemäß Fig. 1 oben und unten offenen, rechteckigen Rahmen 4 befestigtem der mit seitlichen Schlitzen versehen ist, in die zur Halterung und Führung des Rahmens 4 Zapfen 6 eingreifen, die an den beiden inneren Seitenflächen des Außengehäuses 1 befestigt sind. In dem Rahmen 4 ist ein aus ferromagnetischem Material bestehender stangenförmiger Anker 7 befestigt, dessen Längsachse senkrecht zur Verschieberichtung der den Rahmen 4 tragenden Stangen 5 liegt.
• Auf den magnetisch und elektrisch nichtleitenden Stangen 3 sind mit Abstand voneinander Kontaktstücke 8 montiert, die Jeweils einen aus elektrisch leitendem Materie bestehenden Ringkörper 9 aufweisen, in den zwei nach entgegengesetzten Seiten gerichtete, federnde Kontaktzungen 10 eingesetzt sind0 Diese Kontaktzungen 10 dienen dazu, in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Stellung eine Verbindung zwischen zwei sich gegenüberliegenden Kontakten 11 herzustellen, die an aus dem Außengehäuse 1 nach außen geführten Anschlüssen 12 angeschlossen sind. In den Fig. 1 und 2 nehmen die Stangen 3 und der Rahmen 4 eine solche Stellung ein, daß die in der linken Schalterhälfte angeordneten Kontaktpaare durch die Kontaktstücke 8 miteinander verbunden sind, während in der rechts liegenden Schalterhälfte die Verbindung zwischen den sich gegenüberliegenden Kontaktpaaren 12 unterbrochen ist. Um die Verbindung zwischen den Kontaktpaaren der einen Schalterhälfte zu unterbrechen und eine Verbindung zwischen den zugeordneten Kontaktpaaren der anderen Schalterhälfte herzustellen, müssen die Trägerstangen 3 mit den daran angebrachten Kontaktstücken 8 und der Rahmen 4 innerhalb des Außengehäuses 1 aus der einen Endstellung in die andere Endstellung verschoben werden. Die Anordnung zum Verschieben der Trägerstangen 3 und des Rahmens 4 umfaßt mindestens zwei Dauermagnete 13, 14, die derart in dem Außengehäuse .1 befestigt sind, daß die Magnete sich mit ihren ungleichnamigen Polen mit Abstand gegenüberliegen, Zwischen diesen beiden Dauermagneten ist der von dem Rahmen 4 getragene Anker 7 gelagert, dessen magnetische Polarisierung mittels einer zugeordneten, zwischen den Dauermagneten 13, 14 liegenden Erregerwicklung 15 umkehrbar ist. Diese Erregerwicklung 15 ist an eine nichtdargestellte Gleichstromquelle angeschlossen, wobei ein ebenfalls nicht dargestellter Stromrichtungsumkehrer vorgesehen ist, um abwechselnd den Stromfluß durch die Erregerwicklung 15 und damit das wn der Erregerwicklung 15 erzeugte Magnetfeld und damit die magnetische Polarisierung des Ankers 7 umzukehren. Um das Magnetfeld und damit die magnetische Polarisierung des Ankers 7 umzukehren, können an Stelle von einer Erregerwicklung um den Anker 7 zwei parallellaufende Erregerwicklungen mit Abstand herumgelegt sein, die derart an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, daß sie in entgegengesetzten Richtungen von einem Gleichstrom durchströmt werden können. Wenn die Erregerwicklung 15 oder bei Vorhandensein von zwei Erregerwicklungen eine der beiden Erregerwicklungen in einer Richtung von einem Gleichstrom durchflossen wird, bewirkt das Magnetfeld der Wicklung eine magnetische Polarisierung des Ankers 7, der dann von dem Dauermagneten 13 bzw. 14 angezogen wird, dessen Pole zu den Polen des magnetisierten Ankers 7 ungleichartig sind. Wird der Stromfluß in der Erregerwicklung 15 oder, bei zwei Erregerwicklungen, in der zweiten Erregerwicklung umgekehrt, so wird auch der Anker 7 magnetisch umgepolt, d.h. aus seinem Nordpol wird ein Südpol und umgekehrt, Infolgedessen wird der Anker 7 von dem einen Dauermagneten, der ihn bisher anzog, abgestoßen und von dem gegenüberliegenden Dauermagneten angezogen. Der Anker 7 nimmt bei seiner translatorischen Hin- und Herbewegung über den Rahmen 4 auch die Trägerstangen 3 und damit die Kontaktstücke 8 mit, so daß die entsprechenden Schaltvorgänge erfolgen.
• Aufgrund der federnden Kontaktzungen 10, doho aufgrund der Elastizität der Kontaktzungen, findet ein linienförmiges Ablösen bzw. Abreißen der Kontakzungen 10 von den zugeordneten Kontakten 11 statt, so daß eine durch einen Uberlaststrom erzeugte teilweise Kontaktverschweißung ohne äußere Kraftaufwendung bei einem normalen Umschaltvorgang lösbar ist.
• Da die Erregerwicklung 15 nicht die Dauermagnete 13, 14 umgibt, werden die Magnete von dem Kraftfeld der Wicklung nicht nachteilig beeinflußt, insbesondere nicht entmagnetisiert, auch nicht bei sehr hoher Schalthäufigkeit, sondern bei jeder Erregung der Erregerwicklung 15 wird zusätzlich jeweils einer der Magnete von dem Kraftfeld der Wicklung je nach Stromflußrichtung magnetisiert.
• Der bisher beschriebene Schalter kann auch die Funktion einer Überlastsicherung einnehmen. Für die Uberlastsicherung eines Gleichstromkreises braucht dieser nur an eines der Kontaktpaare 11 gelegt zu werden, daß dann mit der Erregerwicklung 15 oder der einen Erregerwicklung von zwei parallellaufenden Erregerwicklungen in Reihe geschaltet wird. Bei zunehmendem Stromfluß durch das Kontaktpaar steigt auch der Stromfluß durch die Erregerwicklung, und durch geeignete Abstimmung von Erregerwicklung und Feldstärke der Magnete kann man erreichen, daß bei einer bestimmten Stärke des durch die Kontakte und die Wicklung fließenden Stromes der Anker 7 umgepolt und von dem ihn bisher haltenden Dauermagneten abgestoßen wird, so daß der Stromkreis an dem entsprechenden Kontaktpaar geöffnet und gleichzeitig die Erregerwicklung stromlos gemacht wird.
• Um eine Rückmagnetisierung des Ankers 7 durch den ab -stoßenen Dauermagneten besteht der Anker 7 vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material mit entsprechend hoher Koerzitivkraft und Remanenz, Es versteht sich, daß der Schalter an Stelle der in den Figo 1 und 2 dargestellten zehn Kontaktpaare 11 auch mehr oder weniger Kontaktpaare aufweisen kann, denen dann eine entsprechende Anzahl von Kontaktstücken 8 zugeordnet ist.
• Um den Schalter auch manuell betätigen zu können, ist die Oberseite des Außengehäuses 1 mit Einbuchtungen bzw. Taschen 16 versehen, die in den Bereich zwischen dem Anker 7 und den Polflächen der beiden Dauermagnete 13, 14 ragen. Diese Einbuchtungen bzw. Taschen 16 sind nur in Fig. 1 dargestellt und in den Fig. 2 und 3 aus Gründen der Ubersichtlichkeit fortgelassen worden. Diese Taschen bzw. Einbuchtungen dienen zur Aufnahme eines Nebenschlußankers 17, der schwenkbar um den Anker 7 gelagert ist. Der Nebenschlußanker 17 weist einen parallel zu den Polflächen der Dauermagnete 13, 14 liegenden Steg 18 auf, an dem sich zu beiden Seiten des Steges erstreckende Paare von Kreisbogenabschnitten 19 angebracht sind, die seitlich außerhalb der Erregerwicklung bzwo Erregerwicklungen 13 liegen0 An der Oberseite des Steges 18 ist ein Ansatz 20 befestigt, an dem eine quer zur Längsrichtung des Schalters verlaufende Stange 21 befestigt ist. Die Enden der Stange 21 sind an Schwenkarmen 22 montiert, die außerhalb des Außengehäuses 1 um die Schwenkachse 23 schwenkbar gelagert sind. Der Ansatz 20 und die Stange 21 werden von einem verschiebbaren Betätigungsorgan 24 übergriffen, das mit einer im wesentlichen halbkreisförmigen Ausnehmung 25 versehen ist, um ein Verschwenken des Nebenschlußankers 17 um die Schwenkachse 23 zu ermöglichen. Durch Verschwenken des Nebenschlußankers 17 zwischen seinen beiden Endstellungen, in denen die Kreisbogenabschnitte 19 sich entweder in den beiden rechts liegenden Taschen oder in den beiden links liegenden Taschen 16 befinden, wird wahlweise die Magnetschleife eines der beiden Dauermagnete über den Nebenschlußanker geschlossen, so daß der entsprechende Dauermagnet dann ohne Einfluß auf den Anker 7 ist, so daß dann der andere Dauermagnet den Anker 7 anzieht, wodurch ein Umschaltvorgang bewirkt wird0 Die in den Figo 4 bis 6 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters unterscheidet sich von dem Schalter gemäß den Fig. 1 bis 3 im wesentlichen dadurch, daß an Stelle von einer oder zwei um den Anker 7 herumgelegten Erregerwicklungen, die an eine Gleichstromquelle anschließbar sind, zu beiden Seiten des Ankers 7 Jeweils eine an eine Wechsel- oder Gietchstromquelle anschließbare Erregerwicklung 26 bzwO 27 angeordnet ist. Gemäß Fig. 5 liegen sich die Dauermagnete erfindungsgemäß mit ihren gleichnamigen Polen gegenüber, obwohl auch die Möglichkeit besteht, daß die Dauermagnete sich mit ihren ungleichnamigen Polen gegenüberliegen0 Wenn eine der beiden Erregerwicklungen 26 bzw. 27 kurzzeitig mit Wechselstrom oder Gleichstrom beaufschlagt wird, wird der Anker 7 von dem dadurch aufgebauten Magnetfeld angezogen, so daß er in den Bereich eines der beiden Dauermagnete 13 bzw.
• 14 gelangt, von dem er dann, wenn die entsprechende Erregerwicklung wieder stromlos gemacht worden ist, festgehalten wird0 Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 6 sind die Trägerstangen 3 direkt an dem Anker 7 befestigt und die Dauermagnete 13, 14 sowie die Erregerwicklungen 26 und 27 sind mit Durchbrüchen für diese Trägerstangen 3 versehen. Die Trägerstangen 3 tragen in der in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Weise Kontaktstücke, die mit zugeordneten Kontaktpaaren zusammenwirken, Um den mit zwei an eine Gleich- oder Wechselstromquelle anschließbaren Erregerwicklungen 26 und 27 bestückten Schalter auch manuell betätigen zu können, kann ein Nebenschlußankersystem der an Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Art verwendet werden, wobei diesesNebenschlußankersystem in der gleichen Weise schwenkbar gelagert sein kann wie das Nebenschlußankersystem gemäß den Figo 1 bis 30 Dabei können ebenfalls die in Verbindung mit den Figo 1 bis 3 beschriebenen Einbuchtungen bzwo Taschen zur Aufnahme der Kreisbogenabschnitte des Nebenschlußankers vorhanden sein, um eine hermetische Abdichtung des Außengehäuses 1 zu ermöglichen0 Wenn es nicht erforderlich ist, daß der Schalter exfibsionsgeschützt ist, genügt auch das in den Figo 4 bis 6 dargestellte Nebenschlußankersystem. Gemäß den Figo 4 bis 6 ist der Nebenschlußanker 17 an den seitlichen Innenwänden des Außengehäuses 1 mittels Schwenkarmen 22t gelagert, die direkt an dem die vier Kreisbogenabschnitte 19 tragenden Steg 18 angreifen. An der Oberseite des Steges 18 ist der Schaft 28 eines Betätigungsorganes 29 befestigt; der Schaft 28 ist in einem an der Oberseite des Außengehäuses 1 angebrachten Schlitzes 30 geführt.
• Die Wirkung des Nebenschlußankersystems ist bei dem Schalter gemäß den Fig. 4 bis 6 die gleiche wie bei dem Schalter gemäß den Fig. 1 bis 3.
• Beide Schalter können auch dadurch betätigt werden, daß ein bzw. zwei Nebenschlußanker von außen durch das Nebenschlußankersystem geführt werden und somit den Schaltvorgang auslösen.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.! Bistabiler, magnetisch und/oder elektromagnetisch steuerbarer Schalter, insbesondere Schutzrohrschalter, mit zwei als Brückenmagneten ausgebildeten Dauermagneten, die sich mit Abstand mit ihren ungleichnamigen Polen gegenUberliegen und zwischen denen eine Erregerwicklung zur Beaufschlagung eines zwischen den beiden Dauermagneten translatorisch hin- und herbeweglichen Ankers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) in dem Schalteraußengehäuse (1) geführt gelagert ist und mit mindestens einem Kontaktstück (8) in Verbindung steht, das relativ zu zwei feststehenden elektrischen Kontakten (11) zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises beweglich ist.

   2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker (7) mindestens eine mittels Lagern im Schaltergehäuse (1) geführte Tragerstange (3) befestigt ist, an der außerhalb des Dauermagnetpaares (13, 14) mehrere Kontaktstücke (8) befestigt sind, denen jeweils zwei elektrische Kontakte (11) zugeordnet sind0 3o Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktstück (8) für jeden Kontakt (11) des zugeordneten Kontaktpaares eine elastische bzw federnde, gegen den jeweiligen Kontakt (11) zur Anlage bringbare Kontaktzunge (10) hat.

   4 Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7)an einem die Dauermagnete (13, 14) und die Erregerwicklung (15) umgebenden Rahmen (4) befestigt ist, der in dem Schaltergehäuse (1) verschiebbar geführt ist und an dem zu beiden Seiten des Dauermagnetpaares (13, 14) die nach außen gerichteten Trägerstangen (3) für die Kontaktstücke Ca> befestigt sind, 50 Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß. an dem Anker (7) mindestens eine Trägerstange (3) direkt befestigt ist, die verschiebbar durch einen der Dauermagnete (13.bzw014) und gegebenenfalls durch die Erregerwicklung (13) bzw. Erregerwicklungen hindurchgeführt ist.

   6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an eine Gleichstromquelle anschließbare Erregerwicklung (15) zum Umpolarisieren des Ankers (7) um diesen mit Abstand herumgelegt ist0 7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß um den Anker (7) zwei parallellaufende Erregerwicklungen (13) mit Abstand herumgelegt sind, die derart an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, daß sie in entgegengesetzten Richtungen von einem Gleichstrom durchströmt werden können.

   8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Ankers (7) je eine an eine Gleich- oder Wechselstromquelle anschließbare Erregerwicklung (26, 27) angeordnet ist0 9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gekennzeichnet durch einen Nebenschlußanker (17), der in eine Stellung zwischen dem Anker (7) und den Polflächen jeweils eines der Dauermagnete (13, 14) bewegbar ist.

   10. Schalter nach Anspruch 8 gekennzeichnet durch einen Nebenschlußanker (17), der in eine Stellung zwischen den Anker (7) und den Erregerwicklungen (26, 27) bewegbar ist0 11. Schalter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußanker (17) in Form von Kreisbogenabschnitten (19) drehbar um den Anker (7) gelagert und mit einem Betätigungsorgan (24, 29) versehen ist0 120 Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er einen parallel zu den Polflächen der Dauermagnete (13, 14) liegenden Steg (18) aufweist, an dem einerseits das Betätigungsorgan (24, 29) und andererseits sich zu beiden Seiten des Steges (18) erstreckende und von dem BetEtigungsorgan (24, 29) weggerichtete Paare von Kreisbogenabschnitten (19) angebracht sind, die seitlich außerhalb der Erregerwicklung bzw. Erregerwicklungen (15, 26, 27) liegen und in Gegenüberstellung zu den Polflächen der Dauermagnete (13, 14) bringbar sind.

   13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das aus elektrisch und magnetisch nichtleitendem Material bestehende Schaltergehäuse (1) an einer Seite mit die Kreisbogenabschnitte (19) des Nebenschlußankers (17) aufnehmenden Einbuchtungen bzw. Taschen (16) versehen ist, die in den Bereich zwischen dem Anker (7) und den Polflächen der Dauermagnete (13, 14) ragen.

   14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das hermetisch nach außen abgedichtete und die Funktion eines Schutzrohres habende Schaltergehäuse (1) mit einem Funkenlöschmittel gefüllt ist.

   15. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) geradlinig ausgebildet und quer zu seiner Längsachse beweglich ist.

   160 Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch -kennzeichnet, daß die von den feststehenden Kontakten (1V in dem Schaltergehäuse (1) nach außen geführten Leiter und die aus dem Schaltergehäuse (1) herausgeführten Leiter der Erregerwicklung bzw. Erregerwicklungen (15, 26, 27) an der Gehäusewand mit Steckerverbindungen versehen sind.

   17. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung bzwa die Erregerwicklungen (15, 26, 27) und mindestens einem der feststehenden Kontaktpaare (11) in Reihe geschaltet sind.

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