DE2512151B2 - Elektromagnetisch steuerbarer schalter - Google Patents

Elektromagnetisch steuerbarer schalter

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00Electromagnetic relays
    • H01H51/28Relays having both armature and contacts within a sealed casing outside which the operating coil is located, e.g. contact carried by a magnetic leaf spring or reed

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Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch steuerbaren Schalter mit einem aus ierromagnetischem Material bestehenden Kontaktstück, das durch eine es umgebende Erregerwicklung polarisierbar und in zwei durch magnetische Kraft bestimmte Endlagen bringbar ist, wobei es in mindestens einer der beiden Endlagen eine Verbindung zwischen zwei Kontakten zur Schließung eines Stromkreises herstellt.
Ein derartiger als bistabiler Schutzrohrschalter mit zwei Dauermagneten, zwischen denen das Kontaktstück hin- und herbeweglich ist, ausgebildeter Schalter ist beispielsweise in der US-PS 37 68 051 beschrieben.
Bei einem Schalter der eingangs erwähnten Art ist es erwünscht, daß das bewegliche Kontaktstück in eine flächige Anlage mit den Kontakten kommt, wobei außerdem auch die magnetische Kraft die beispielsweise von mindestens einem Dauermagneten aufgebracht wird, voll auf das Kontaktstück zur Einwirkung kommen soll. Wenn die Magnetkraft beispielsweise von einem Dauermagneten aufgebracht wird und das Kontaktstück in seinen den Magnetpolen gegenüberliegenden Bereichen eine Größe hat, die wesentlich ur«er der Größe der Magnetpole liegt, wird nicht der gesamte von den Magnetpolen ausgehende Magnetfluß ausgenutzt, so daß der Druck, mit dem das Kontaktstück gegen die zu schließenden Kontakte anliegt, unter Umständen nur gering sein kann.
Wenn als Kontaktstück eine einfache Platte aus ferromagnetischem Material, etwa Weicheisen, benutzt wird, richtet sich die Platte derart aus, daß sie nicht parallel mit ihrer Hauptfläche den Magnetpolen gegenüberliegt, sondern mit ihren Schmalseiten, so daß ebenfalls nicht der gesamte von den Magnetpolen ausgehende Magnetfluß ausgenutzt wird. Infolge der beschriebenen Ausrichtung der Platte liegt sie demzufolge auch nicht flach an den Kontakten an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetisch steuerbaren Schalter zu schaffen, bei dem das Kontaktstück derart ausgestaltet ist daß einerseits eine flächige Kontaktanlage gegen die zu schließenden Kontakte und andererseits eine Erhöhung des Kontaktdruckes gewährleistet ist, mit dem das bewegliche Kontaktstück gegen die Kontakte anliegt
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Schalter dadurch gekennzeichnet daß das Kontaktstück aus mehreren parallel nebeneinander liegenden und nur stellenweise miteinander verbundenen stabförmigen Elementen aus ferromagnetischem Material so zusammengesetzt ist daß es die Form einer Platte hat
Bei einem derartigen Kontaktstück ist wenn es z. B.
frei beweglich ist gewährleistet, daß es sich unter dem Einfluß der Magnetkraft stets senkrecht zu seiner Hauptebene verlagert so daß einerseits eine flächige Anlage gegen die Kontakte und andererseits eine Erhöhung des Kontaktdruckes gewährleistet ist da in Abhängigkeit von den gewählten Größenverhältnissen praktisch der gesamte von den Magnetpolen beispielsweise eines Dauermagneten ausgehende Magnetfluß ausgenutzt wird.
Gleiches gilt auch für geführte oder schwenkbar gelagerte Kontaktstücke, die ansonsten Drehmomentkräften ausgesetzt wären.
Die siabförmigen Elemente, aus denen das Kontaktstück zusammengesetzt ist, haben vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Kontaktstück Wirbelströme und daraus resultierende Hafteffekte des Kontaktstückes weitgehend ausgeschaltet sind.
Um den Schalter auch als Überlastschutzschalter wirksam werden zu lassen, bestehen die stabförmigen Elemente vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Koerzitivkraft und gegebenenfalls auch hoher magnetischer Remanenz, um nach Abschaltung der zug3ordneten Erregerwicklung die magnetische Polarisation beizubehalten.
Die stabförmigen Elemente sind vorzugsweise von einen: flachen Träger aus elektrisch gut leitendem Material umgeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert. Es zeigt:
F i g. 1 im Schnitt eine schematische Darstellung der Vorderansicht des Schalters, und
F i g. 2 eine schematische Darstellung der Seitenansicht des Schalters gemäß Fig. 1.
Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind in dem Schaltergehäuse se 7 des Schalters im Abstand voneinander zwei Dauermagnete 1 in Form von Brückenmagneten angpordnet, die sich mit den Flächen der ungleichnamigen Pole mit Abstand gegenüberliegen, so daß ein ringförmiger, geschlossener Magnetfluß erzielt wird. In der Mitte zwischen den Dauermagneten 1 ist ein hermetisch geschlossenes Schutzrohr 2 stationär befestigt, das zwei Paare von elektrischen Kontakten 4 enthält, die an den seitlichen Enden des Schutzrohres 2 gelegen und mit elektrischen Leitern 8 verbunden sind, die aus dem Schutzrohr und dem Schaltergehäuse 7 herausgeführt sind, jedes Kontaktpaar ist einem der Dauermagnete benachbart. Zwischen den Kontaktpaaren befindet sich ein frei bewegliches Kontaktstück 3 aus elektrisch leitendem und ferromagnetischem Material, ζ. B. Weicheisen, und die Kontaktpaare 4 sowie das Kontaktstück 3 sind von einer Erregerwicklung 5 umgeben, von der zwei elektrische Leiter 9 aus dem Schaltergehäuse 7 herausgeführt sind. Die Erregerwick-
lung 5 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Innern des Schutzrohres 2 angeordnet; sie kann aber auch außerhalb desselben angeordnet sein und das Schutzrohr 2 einschließen.
An Stelle von zwei Kontaktpiaren kann der Schalter auch nur ein einziges Kontaktpaar enthalten. Die Kontakte sind flächig gestaltet, ebenso wie das Kontaktstück 3, das erfindungsgemäß aus mehreren parallel nebeneinander liegenden und nur stellenweise miteiiiinder verbundenen, stabförmigen Elementen aus ferromagnetischem Material so zusammengesetzt ist, daß es die Form einer geriffelten Platte hat. Die stabförmigen Elemente sind von einem flachen Träger aus elektrisch gut leitendem Material umgeben.
Obwohl die Erfindung an Hand eines Schutzrohrschalters beschrieben ist, eignet sich das erfindungsgemäß gestaltete Kontaktstück auch bei sonstigen elektromagnetisch gesteuerten Schaltern, und zwar auch bei Schaltern mit nur einem als Brückenmagneten ausgebildeten Dauermagnet.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung besteht das Schutzrohr 2 aus einem Magnetismus und Elektrizität nicht leitenden Material, zweckmäßig Kunststoff oder Glas, und ist z. B. mit einem Kunstharz in dem Schaltergehäuse 7, das ebenfalls aus gepreßtem oder gespritztem Kunststoff bestehen kann, befestigt. Wenn an den Kontakten 4 höhere Spannungen anliegen und sie von stärkeren Strömen durchflossen werden, ist der Innenraum des Schutzrohres zweckmäßigerweise mit einem Funkenlöschmittel 6 gefüllt, das beispielsweise aus Mineralöl, Schwefelhexafluorid od. dgl. bestehen kann. Die Kontakte können federnd befestigt sein, um die Bildung von Abreißfunken zu unterdrücken oder gering zu halten. Durch die federnde Anbringung oder Lagerung der Kontakte 4 wird auch eine Schaltverzögerung erreicht, da die Kontakte dem sich abhebenden beweglichen Kontaktstück 3 in geringem Umfang folgen können, d. h. es wird eine gewisse Schwellwertgröße erreicht.
Die Dauermagnete bestehen vorzugsweise aus einer Cobalt-Seltene Erdmetalle-Legierung, beispielsweise einer Cobalt-Samarium-Legierung. Diese Legierungen enthalten als Hauptbestandteil intermetallische Verbindungen vom Typ RC05, worin R ein seltenes Erdmetall ist. Diese Magnetstoffe sind etwa fünf.nal stärker als die meisten Amico-Legierungen und etwa zweimal stärker als Platin-Cobalt-Magnetwerkstoffe. Sie zeichnen sich durch ein hohes Energieprodukt (BH) aus, das im Bereich von 16-20 ■ 10b Gauß-Oerstedt (Ferrite 3, Alnico 5, Pt-Co 10 · 10" Gauß-Oerstedt) liegt, und zeigen auch eine gute Hochtemperatur-Beständigkeit. Ihr Curie-Punkt liegt über demjenigen der Platin-Magnete. Die Verwendung von Cobalt-Samarium-Magneten ermöglicht es, die Baugröße der Magnete klein zu halten und den Schalter auch bei höheren Temperaturen zu betreiben, bei denen die Magnetisierungsverluste anderer Magnetstoffe schon erheblich ins Gewicht fallen.
Die von den Kontakten 4 nach außen geführten Leiter 8 gehören für jedes Kontaktpaar zu einem eigenen (nicht dargestellten) Stromkreis. Diese Stromkreise können von Gleich- oder Wechselströmen niedriger oder hoher Spannung und Stromstärke durchflossen werden. Die Erregerwicklung 5 ist durch die aus dem Schaltergehäuse 7 herausgeführten Leiter 9 in der Regel in einen separaten Stromkreis (nicht dargestellt) geschaltet, kann aber für eine besondere Anwendung des Schalters auch mit einem der Kontaktpaare 4 in Reihe geschaltet sein, wie noch beschrieben wird.
Wenn der Stromkreis der Erregerwicklung 5 geschlossen wird, so bewirkt das Magnetfeld der Wicklung eine magnetische Polarisierung des frei beweglichen Kontaktstückes 3. Dies hat zur Folge, daß das Kontaktstück 3 von dem Dauermagneten 1 angezogen wird, dessen Pole zu den Polen des magnetisierten Kontaktstückes ungleichartig sind. Wird beispielsweise das Kontaktstück 3 so polarisiert, daß sein Nordpol sich in F i g. 1 am rechten Ende befindet, so wird das Kontaktstück 3 von dem oberen Dauermagneten 1 angezogen und überbrückt das obere Kontaktpaar 4. Um die Magnetisierung des Kontaktstückes 3 und damit den Schaltvorgang zu bewirken, braucht die Erregerwicklung 5 nur von einem kurzen Stromstoß durchflossen werden, wobei Spannung und Stromstärke verhältnismäßig gering sein können. Wird der Stromfluß in der Erregerwicklung 5 umgekehrt, so wird auch das Kontaktstück 3 magnetisch umgepolt; aus seinem Nordpol wird ein Südpol und umgekehrt. Infolgedessen wird nun das Kontaktstück 3 von dem Dauermagneten 1, der ihn bisher anzog, abgestoßen und von dem gegenüberliegenden Dauermagneten 1 angezogen, so daß er sich von dem bisher überbrückten Kontaktpaar 4 löst und zu dem anderen Kontaktpaar 4 wandert, das dem unteren Dauermagneten 1 benachbart ist. Damit wird der zum oberen Kontaktpaar 4 gehörige Stromkreis geöffnet und der zu dem unteren Kontaktpaar 4 gehörige Stromkreis geschlossen.
Andererseits eignet sich der Schalter auch für die Schaltung starker Ströme mit Hilfe verhältnismäßig niedriger Steuerspannungen, da für die magnetische Polarisierung des Kontaktstückes 3 nur schwache Ströme nötig sind.
Eine besondere Anwendungsmöglichkeit des Schalters ist sein Einsatz als Überlastsicherung. Für die Überlastsicherung eines Gleichstromkreises braucht dieser an eines der Kontaktpaare 4 gelegt zu werden, das dann mit der Erregerwicklung 5 in Reihe geschaltet ist. 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 Kontakte und Wicklung fließenden Stromes das Kontaktstück 3 umgepolt und von dem Magneten abgestoßen wird, so daß der Stromkreis an den Kontakten geöffnet und gleichzeitig die Erregerwicklung stromlos gemacht wird. Auch in diesem Fall köiinen die Kontakte 4 vorzugsweise federnd gelagert sein. Das Kontaktstück 3 besteht vorzugsweise aus einem Material mit hoher Remanenz. Dadurch wird gewährleistet, daß nach Ausschalten der Erregerwicklung 5 und damit Ausfallens des durch die Erregerwicklung erzeugten Magnetfeldes das bewegliche Kontaktstück 3 seine magnetische Polarisierung beibehält und damit in den Bereich des zweiten gegenüberliegenden Dauermagneten gelangen kann. Wenn das bewegliche Kontaktstück 3 nur eine
So geringe Remanenz hätte, könnte unter Umständen der Fall eintreten, daß nach Ausschalten der Erregerwicklung das bewegliche Kontaktstück 3 unter dem Einfluß des ersten Dauermagneten umgepolt wird und wieder das erste Kontaktpaar überbrückt, das im Kreis der Erregerwicklung liegt.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kontaktstückes 3 ist gewährleistet, daß es sich unter dem Einfluß der Dauermagnete stets senkrecht zu
seiner Hauptebene verlagert, so daß praktisch der gesamte von den Magnetpolen der Dauermagnete ausgehende Magnetfluß auf das Kontaktstück zur Einwirkung kommen kann und nicht seitlich davon wirksam ist, wodurch ein erhöhter Kontaktdruck und außerdem eine flächige Anlage des Kontaktstückes gegen die Kontakte 4 gewährleistet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
H 670

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Elektromagnetisch steuerbarer Schalter mit einem aus ferromagnetischem Material bestehenden Kontaktstück, das durch eine es umgebende Erregerwicklung polarisierbar und in zwei durch magnetische Kraft bestimmte Endlagen bringbar ist, wobei es in mindestens einer der beiden Endlagen eine Verbindung zwischen zwei Kontakten zur Schließung eines Stromkreises4ierstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (3) aus mehreren parallel nebeneinander liegenden und nur stellenweise miteinander verbundenen stabförmigen Elementen aus ferromagnetischem Material so zusammengesetzt ist, daß es die Form einer Platte hat.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Elemente einen kreisrunden Querschnitt haben.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Elemente aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Remanenz bestehen.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Elemente von einem flachen Träger aus elektrisch gut leitendem Material umgeben sind.
DE19752512151 1975-03-20 Elektromagnetisch steuerbarer Schalter Expired DE2512151C3 (de)

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DE2512151A1 DE2512151A1 (de) 1976-09-30
DE2512151B2 true DE2512151B2 (de) 1977-01-13
DE2512151C3 DE2512151C3 (de) 1977-09-08

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DE2512151A1 (de) 1976-09-30

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