DE2658303C3 - Schalter mit einer zwischen feststehenden Elektrodengruppen beweglichen Elektrode - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft einen Schalter mit zwei Gruppen feststehender, stabförmiger Elektroden aus magnetischem Material und einer zwischen den einander gegenüberstehenden Enden der beiden feststehenden Eiektrodengruppen hin- und herbewegbaren zylindrischen, beweglichen Elektrode aus einem Permanentmagneten innerhalb eines zylindrischen Gehäuses.

Ein derartiger Schalter wird nachfolgend kurz als »fliegender Schalter« bezeichnet.

Beim Aufprall der beweglichen Elektrode auf die eine oder andere Gruppe von feststehenden Eiektrodengruppen kommt es zu mechanischen Belastungen, die eine Abtrennung von Elektrodenmaterial hervo. rufen können, insbesondere wenn die bewegliche Elektrode aus einem spröden dauermagnetischen Material besteht. Sofern die bewegliche Elektrode aus einem Kern aus djm Permanentmagnetmaterial und einer darauf aufgebrachten Kontaktschicht besteht, können unter den genannten mechanischen Belastungen Teile der Kontaktschicht abbrechen. Die von der beweglichen Elektrode abgetrennten Teile können zwischen die feststehenden Eiektrodengruppen gelangen und dort zu einer unerwünschten leitenden Verbindung führen, so daß der fliegende Schalter unbrauchbar wird.

Davon ausgehend besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, für einen fliegenden Schalter dieser Art eine bewegliche Elektrode bereitzustellen, die eine höhere Anzahl an mit einem solchen Schalter durchführbaren Schaltvorgängen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein Schalter mit den in Anspruch 1 angegebenen Mermalen. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schalters ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Die Erfindung gewährleistet, daß trotz der erheblichen mechanischen Belastungen, denen die bewegliche Elektrode eines solchen fliegenden Schalters ausgesetzt ist, die Ausbildung von Rissen und/oder Sprüngen am spröden Kernmaterial vermindert und die Haftung der Kontaktschicht erhöht ist, so daß insgesamt das Abbröckeln von Elektrodenmaterial verringert ist, das zu einer erhöhten Lebensdauer eines solchen Schalters führt. Dank dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der beweglichen Elektrode halten entsprechende Schalter 10⁵ und mehr Schaltvorgärige aus, während bekannte Schalter dieser Art bereits nach ca. 10⁴ Schaltvorgängen unbrauchbar sind.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Fi g. 1 bis 10 im einzelnen erläutert; es zeigt:

Fig. 1 in einer Schnittdarsteliung die wesentlichen Bestandteile eines fliegenden Schalters,

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung die bewegliche Elektrode eines erfindungsgemäßen Schalters.

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine übliche bewegliche Elektrode eines bekannten Schalters, wobei Teile dieser Elektrode durch den mechanischen Aufprall bei den wiederholten Kontakten abgebrochen sind,

i'ig. 4 in Form einer graphischen Darstellung die prozentualen Ausfälle in Abhängigkeit von der Anzahl der Schaltvorgänge bei erfindungsgemäßen Schaltern im Vergleich zu bekannten Schaltern.

Fig. 5 in Form einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Kraftdifferenz (Anziehung gegenüber äußerer Krafteinwirkung) und dem Größenverhältnis (Höhe zu Durchmesser) der beweglichen Elektrode,

Fig.6 in Form einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser und demjenigen Durchmesser, bei dem die Kraftdifferenz der beweglichen Elektrode ein Maximum erreicht,

Fig.7 in Form einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Höhe zu

Durchmesser und dem Durchmesser, bezogen auf die Lebensdauer der beweglichen Elektrode,

Fig.8A in Form einer Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen Schalter,

F i g. 8B einen elliptischen Querschnitt der feststehenden Elektroden entlang'der Linie VIIIB-VIIIB der F ig. 8 A,

Fig.9 in Form einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Durchschlagsspannung und dem Abstand zwischen zwei feststehenden Elektroden bei einem Schalter gemäß F i g. 8; und

Fig. 10 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Schalters.

Mit der Fig. 1 sind in Form einer Schnittdarstellung die wesentlichen Bestandteile eines fliegenden Schalters dargestellt. Hierzu gehören die beiden Gruppen von feststehenden Elektroden 1,1 und 2,2, die an entsprechenden Enden eines zylindrischen, isolierenden Gefäßes 4. beispielsweise einem Glasrohr, in der Weise angebracht sind, daß die Enden jeder Gruppe der feststehenden Elektroden den Enden der anderen Gruppe der feststehenden Elektroden innerhalb des zylindrischen Gefäßes gegenüber angeordnet sind. Eine bewegliche Elektrode 3 ist zwischen den beiden Gruppen von feststehenden Elektroden 1,1 und 2,2 in der Weise angeordnet, daß diese bewegliche Elektrode 3 zwischen den feststehenden Elektroden eine Hin- und Herbewegung auszuführen vermag. Die feststehenden Elektroden 1,1 und 2,2 bestehen aus einem weichmagnetischen Material, z. B. einer Legierung aus 52% Nickel und 48% Eisen; die bewegliche Elektrode 3 besteht aus dauermagnetischem Material, also aus einem Permanentmagneten.

Zur Betätigung des fliegenden Schalters wird jede Gruppe von feststehenden Elektroden 1,1 und 2,2 magnetisiert, beispielsweise mittels nicht dargestellter Spulen; die Magnetisierung der einen Elektrodengruppe erfolgt entgegengesetzt zur Magnetisierung der anderen Elektrodengruppe, so daß die gleichen Magnetpole (N₁N oder S₁S) an gegenüberliegenden Enden der feststehenden Elektroden 1,1 und 2,2 induziert werden. Am Permanentmagneten der beweglichen Elektrode 3 sind dessen Magnetpole (N, S) jeweils an gegenüberliegenden Ebenen ausgebildet, welche jeweils jeder feststehenden Elektrodengruppe gegenüberstehen. Auf die bewegliche Elektrode 3 wirken 7ur gleichen Zeit Anziehungskräfte und Abstoßungskräfte ein, so daß diese bewegliche Elektrode 3 eine der beiden feststehenden Elektrodengruppen berührt, nämlich entweder die Elektrodengruppe I₁! oder die Elektrodengruppe 2,2. Dies führt dazu, daß durch die bewegliche Elektrode 3 entweder der eine Stromkreis geschlossen wird, der die feststehenden Elektroden 1,1 umfaßt, oder der andere Stromkreis, der die feststehenden Elektroden 2,2 umfaßt.

Wie mit Fig. 2 dargestellt, weist die bewegliche Elektrode } des fliegenden Schalters auf der gesamten Oberfläche des Kerns 5 aus permanentmagnetischem Material eine haftvermittelnde Zwischenschicht 6 aus Metall auf, und auf der gesamten Oberfläche der haftvermittelnden Zwischenschicht 6 eine Kontaktschicht 7 aus Metall auf; der spröde permanentmägnetische kern 5 der beweglichen Elektrode 3 ist dadurch •vor dem Aufprall bei wiederholten Kontakten mit den feststehenden Elektroden geschützt« Als Folge davon ist die Wahrscheinlichke't von Brüchen und Sprüngen am Permanentmagneten vermindert, und es werden wiederholte beständige (,"iontakte der beweglichen Elektrode 3 mit den feststehenden Elektroden über eine lange Gebrauchsdauer gewährleistet. Die haftvermittelnde Zwischenschicht 6 besteht aus Silber, Nickel, Kupfer oder deren Legierungen; die Kontaktschicht 7 besteht aus Rhodium, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, deren Legierungen, einer Silber/Wolfram-Legierung oder eine Gold/Chrom-Legierung.

In Fig.2 sind sowohl die Kontaktschicht wie die haftvermittelnde Zwischenschicht als einzelne Schich-

ίο ten dargestellt. Es kann jedoch auch eine Anzahl von haftvermittelnden Zwischenschichten eine über der anderen angeordnet werden, oder es kann eine Anzahl von Kontaktschichten und haftvermittelnden Zwischenschichten jeweils alternierend übereinander angeordnet

li werden.

Für das Metall der haftvermittelnden Zwischenschicht und für das Metall der Kontaktschicht werden vorzugsweise die nachfolgenden Kombinationen eingesetzt, Silber-Rhodium, Nickel-Rhodium, Kupfer-Rhodium oder S'lber-Wolfram, wobei optimale Ergebnisse mit der Kombination Silber-Rhodium der Nickel-Rhodium erzielt werden. Sowohl die iiaf'vermittelnde Zwischenschicht 6 wie die Kontaktschicht 7 können mittels elektrochemischer Verfahren aufgebracht wer-

j) den; andererseits können diese Schichten auch durch trockene. Überziehen, wie etwa Aufsprühen oder Aufstäuben, der entsprechenden Materialien aufgebracht werden.

Das gegenseitige lneinanderdiffundieren der Metalle

in der hdftvermittelnden Zwischenschicht 6 und des Permanentmagneten 5 kann durch Erwärmung erreicht werden, nachdem die haftvermittelnde Zwischenschicht 6 auf dem Permanentmagneten 5 aufgebracht ist. bevor dort die Kontaktschicht 7 aufgebracht wird. Alternativ

ii dazu kann die bewegliche Elektrode erwärmt werden, nachdem auf der haftvermittelnden Zwischenschicht 6 die Kontaktschicht 7 aufgebracht worden ist, so daß sowohl die Materialien des Permanentmagneten 5 und der haftvermittelnden Zwischenschicht C. wie die

4» Materialien der haftvermittelnden Zwischenschicht 6 und der Kontaktschicht 7 gegenseitig ineinander diffundieren. Nach dem zuletzt genannten Verfahren wird eine wesentlich festere bewegliche Elektrode erhalten, als nach dem zuerst genannten Verfahren.

4i Für den Fall, daß das Metall der haftvermittelnden Zwischenschicht aus Silber, Nickel oder Kupfer besteht, kann die Diffusion bei Temperaturen von 600 bis 750°C durchgeführt werden. Die beim Aufsprühen der metallischen Schichten 6 und 7 angewandte Wärme

in dient zu einem gewissen Ausmaß auch zum Diffundieren der schichtförmig aufgebrachten Metalle. Darüber hinaus fördert auch die beim Abdichten des isolierenden zylindrischen Gefäßes 4 (vgl Fig. 1) aufgebrachte Wärm" d';e metallische Diffusion; beispielsweise wird

V-) ein Glasrohr bei 500 bis b00°C abgedichtet. Es muß jedoch beachtet wei den, daß die Diffusionsienperatur für die haftvermittelnde Zwischenschicht und die Kontaktschicht die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten der beweglichen Elektrode nicht

bo beeinträchtigen dari.

Die bewegliche Elektrode de& erfindungsgemäßen Schalters besteht aus einem Magneten aus Kobalt mit Zusätzen von Seltenen Erdmeifällen; hauptsächlich besteht ein solcher Magnet aus

(1) einem oder mehreren Seltenen Erdmetallen wie etwa Samarium, Cer und Praseodym; und

(2) Kobalt oder Kobalt und Eisen,

Das Atomverhältnis von (1), dem Seltenen Erdelement, zu (2), der Kobalt-Komponente, liegt vorzugsweise im Bereich von 1:5 bis I :8,5. Die hohe Koerzitivkraft eines solchen Magneten aus Kobalt mit Seltenen Erdmetall-Ziisätzen wird auch bei Temperaluren von 800 bis 900⁰C nicht beeinträchtigt. Ein solcher Magnet ist hinsichtlich seiner Sprödtgkeit einem Magnet aus Kobalt mit Platin-Zusätzen unterlegen.

Die Herstellung eines Plalin-Kobalt-Magnelen erfordert jedoch hohe Herstellungskosten Und seine Koerzitivkraft wird bereits bei relativ niedrigen Temperaturen von etwa 300⁰C beeinträchtigt. Vorzugsweise kann bei dem Seltenen Erdmetall-Kobalt-Magneten ein Teil der Kobalt-Komponente durch Kupfer und/oder Vanadium ersetzt werden. Vorzugsweise kann ein Teil der Kobalt-Komponente durch 7 bis 19 Gew.-% Kupfer und 0,5 bis 6 Gew.-% Vanadium ersetzt werden; jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht an Seltenem Erueierrieni (i) und liei Kuuali-KuiVipon6riic{2).

Selbst in geringer Menge trägt das vorhandene Kupfer wirksam zur Verbesserung der Bruchbeständigkeit des obengenannten Permanentmagneten bei. Im Hinblick auf die Koerzitivkraft der Permanentmagneten wird der wirksame Kupfergehalt jedoch auf 7 bis 19 Gew.-% begrenzt. Ein Vanadiumgenalt von weniger als 0,5Gew.-% bringt keinen wirksamen Schutz des Permanentmagneten vor dem Zerbrechen, und ein Vanadiumgehalt von mehr als 6 Gew.-% vermindert die Sättigungsmagnetisierungskraft.

Seltene Erdmetall-Kobalt-Magneten, bei denen ein Teil der Kobaltkornponente sowohl durch Kupfer wie durch Vanadium ersetzt sind, weisen eine außerordentlich hohe Koerzitivkraft auf. beispielsweise eine Koerzitivkraft Hc=4000 Gauss und eine ausreichend hohe Biegefestigkeit von beispielsweise 18 kg/mm, so daß entsprechende Materialien zum Gießen eines Magneten für eine bewegliche Elektrode verwendet werden können.

Der fliegende Schalter mit einer beweglichen Elektrode gem. der vorliegenden Erfindung weist eine lange Lebensdauer auf, was auch durch die nachfolgen-Ηρπ I Infprsiirhunppn bestätigt wird.

Es wurden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten beweglichen Elektroden A (Vergleichselektrode), B, C₁. C₂, C₃ und D hergestellt; die Elektroden waren vom Typ des Seltenen Erdmetall-Kobalt-Permanentmagneten und bestanden aus Samarium als Seltenem Erdmetall R und Kobalt, Eisen, Kupfer und Vanadium als Übergangselemente T_r. Das Atomverhältnis des Elementes R zu den Elementen T_r betrug 1 :7.6. Bezogen auf das Gesamtgewicht der Permanentmagneten betrug der Kupferanteil 12 Gew.-% und der Vanadiumanteil 1 Gew.-°/o. Jeder Permanentmagnet wies zylindrische Form auf mit einem Durchmesser von 2,6 mm und einer Höhe von 2 mm; daraus resultiert für das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser ein Wert von 0,77. Dieser Permanentmagnet-Körper wurde elektrochemisch mit einem Metall wie z. B. Silber, Nickel oder Kupfer beschichtet, um die haftvermittelnde Zwischenschicht auszubilden; anschließend wurde der mit der Metallschicht versehene Permanentmagnet eine Stunde lang auf 750° C erwärmt, um das gegenseitige Ineinanderdiffundieren der Materialien der haftvermittelnden Zwischenschicht und des Permanentmagneten zu gewährleisten. Anschließend wurde auf den wärmebeftandelten Körper Rhodium elektrochemisch aufgebracht oder aufgesprüht, um an der Oberfläche eine Kontaktschicht auszubilden. Das für die haftvermittelnde Zwischenschicht ausgewählte Metall, die Dicke der haftvermittelnden Zwischenschicht und die Dicke der Kontaktschicht aus Rhodium sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen*

Probe	Zwischenschicht	Kontaktschicht
A (Vergleich)	keine	Rh ΙΟμηι*)
ίο Β	Cu ΙΟμηι*)	Rh ΙΟμπτ*)
C|	Ni 10 um*)	Rh 3μπι*)
C,	Ni 20'JLm*)	Rh 3μητ*)
Cl	Ni 40;xm*)	Rh 3 um*)
D	Ag 10 am*)	Rh 5 um**)

*) Elektrochemisch aufgebracht.
**) Aufgesprüht bzw. aufgestäubt.

jcuc ucw'cgiiCiiG CiS

mosphäre in einen Glaszylinder mit einem Innendurchmesser von 4,0 mm eingesetzt und beide Enden des Glaszylinders unter Wärmeanwendung abgedichtet. An den Enden des Glaszylinders waren im Abstand von 1,0 mm zwei Paare von stabförmigen, feststehenden Elektroden mit einem Durchmesser von 0,6 mm fest angebracht. Dem feststehenden Elektrodenpaar wurde ein elektrischer Strom mit einer Spannung von 100 V Und einer Stromstärke von 1 A zugeführt; weiterhin wurden äußere Magnetfelder angelegt, die wiederholten Kontakte zwischen der beweglichen Elektrode und den feststehenden Elektroden gewährleisteten, bis die Schaltvorgänge durch einen Fehler am Schalter beendet wurden. Die Ergebnisse dieser Lebensdauer-Prüfung sind mit Fig.4 dargestellt; hierbei sind längs der Ordinate die prozentualen Ausfälle und längs der Abszisse die Anzahl der Schaltvorgänge aufgetragen; mit prozentualem Ausfall wird derjenige Prozentanteil der Schalter bezeichnet, bei dem Teile der metallischen Kontaktschicht oder des Permanentmagneten abbrachen, so daß der zunehmend ansteigende Berührungswiderstand zwischen der beweglichen Elektrode und den feststehenden Elektroden als Folge von Schmelzvorgängen zu einer Verbindung zwischen diesen Elektroden führte, oder daß die abgebrochenen Teilchen sind zwischen den stabförmigen feststehenden Elektroden ansammelten und dort zu einem Kurzschluß führten. Aus Fig.4 ergibt sich ohne weiteres, daß erfindungsgemäße Schalter eine mehr als lOmal so hohe Lebensdauer aufweisen als der bekannte Schalter.

Obwohl bei obigen Versuchen die haftvermittelnde Zwischenschicht aus Silber, Nickel oder KupL'und die Kontaktschicht aus Rhodium bestand, wurden ähnliche Ergebnisse auch dann erhalten, wenn andere Metalle verwendet wurden. Zu geeigneten Metallen für die Kontaktschicht gehören Rhodium, Wolfram, Rhenium, Ruthenium und Legierungen aus diesen Elementen. Auch Legierungen aus Silber und Wolfram und aus Gold und Chrom erwiesen sich als geeignet Zu den für die haftvermittelnde Schicht geeigneten Metallen gehören Silber, Nickel. Kupfer und Legierungen aus diesen Elementen.

Damit eine normale Arbeitsweise des fliegenden Schalters gewährleistet ist, darf der Permanentmagnet der beweglichen Elektrode während des Betriebs nicht reißen, springen oder brechen. Weiterhin darf die bewegliche Elektrode nicht aufhören, den Kontakt mit den feststehenden Elektroden zu halten, selbst dann, wenn auf die bewegliche Elektrode eine unbeabsichtigte

äußere Stoßkraft F_G entgegengesetzt zur Anziehungs* kraft F₁, einwirkt. Unter der Anziehungskraft F_n wird dabei diejenige Kraft verstanden, die zur Berührung der beweglichen Elektrode 3 mit den feststehenden Elektroden 4 aus einem weichmagneiischen Material 5 führt. Je größer der Unterschied zwischen der Anziehungskraft F₃ und der äußeren Stoßkraft F_G ist, li'jfto besser ist die Berührung zwischen der beweglichen Elektrode und den feststehenden Elektroden. Um einen optimalen Wert für die Kraftdifferenz F_ä—F_g zu erhalten, wurde nun gefunden, daß die bewegliche Elektrode von zylindrischer Form sein soll mit einem bestimmten Verhältnis von Höhe zu Durchmesser.

Die bewegliche Elektrode des erfindungsgemäßen Schallers soll vorzugsweise ein Verhältnis von Höhe T zu Durchmesser D im Bereich von 0.3 bis 1.0, und besonders bevorzugt im Bereich von 0.6 bis 0,9 aufweisen. Diese angestrebten Verhältnisse für die

IllMll I CUIII LZUILIIUIkJO^I L** Ut»l ^MUUI IJLIII.II

beweglichen Elektrode resultieren aus Untersuchungen, die nachfolgend beschrieben werden; hierbei wurden zylindrische bewegliche Elektroden mit verschiedenen Abmessungen hergestellt und hinsichtlich ihrer Anziehungskraft F₃ untersucht: weiterhin wurde die äußere Stoßkraft Fc, mit der Anzeihungskraft F₃ verglichen.

Jede bewegliche Elektrode bestand aus einem Permanentmagneten der gleichen Zusammensetzung, wie sie bei den obigen Versuchen zur Bestimmung der Lebensdauer mit Bezugnahme auf Fig.4 verwendet worden sind: abweichend davon wiesen die beweglichen •F'ektrodcn aus Zweckmäßigkeitsgründen weder eine haftvermittelnde Metallschicht noch eine metallische Kontaktschicht auf. Im Verlauf der Untersuchungen wurden die Abmessungen der beweglichen Elektrode verändert.

Zwei stabförmige, feststehende Elektroden mit einem Durchmesser von 1,5 mm wurden in der Weise angebracht, daß die beiden feststehenden Elektroden parallel zueinander ausgerichtet und durch einen Spalt von 0,33 mm voneinander getrennt waren. Unter Verwendung dieser beiden feststehenden Elektroden und der oben beschriebenen beweglichen Elektrode wurde die Anziehungskraft F₃ bestimmt; die auf die bewegliche Elektrode einwirkende äußere Stoßkraft F_G wurde wie folgt berechnet:

Die Anziehungskraft F₃ wurde durch die Messung derjenigen Kraft bestimmt, die erforderlich war, um die bewegliche Elektrode aus der Berührung mit den feststehenden Elektroden mittels eines Zugspannungs-Prüfgerätes zu entfernen. Die äußere Stoßkraft Fg so wurde auf der Basis der nachfolgenden Gleichung, entsprechend U. S. MIL STD 202 E bestimmt:

F₀ = m(l + H)g = (1 + H) ρ ^- D² Tg „

hierbei bedeuten:

m — Masse der beweglichen Elektrode;

H = Wert der äußeren Stoßkraft;

g = Erdbeschleunigung; ρ = Dichte der beweglichen Elektrode;

D = Durchmesser der beweglichen Elektrode;

T = Dicke der beweglichen Elektrode.

Die Versuchsergebnisse sind mit Fig.5 dargestellt; hierbei ist längs der Ordinate die Kraftdifferenz (F₃- Fg) dargestellt und längs der Abszisse das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser; die Linien fund F zeigen die Abhängigkeil zwischen der Kraftdifferenz F₃-Fg und den Verhältnissen von Höhe T zu Durchmesser D bei zylindrischen beweglichen Elektroden. Der Durchmesser der beweglichen Elektrode betrug 3,3 mm. Für die Kurve £MW=0,5 ■ 10-⁶ J

wird ein max, Wert für die Krafldifferenz bei einem Verhältnis von Höhe Γ zu Durchmesser D von 0,91

erreicht. Für die Kurve F [W= 10~⁶ - V| wird der max. \ cm-j

Wert für die Kraftdifferenz bei einem Verhältnis von Höhe 7*zu Durchmesser D von 0,73 erreicht.

In Fig. 6 sind die Verhältnisse von Höhe zu Durchmesser, bei denen die Kraftdifferenzen einen max. Wert erreichen, in Abhängigkeil vom Durchmesser aufgetragen: längs der Ordinate ist das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser aufgetragen und längs der Abszisse der Durchmesser der beweglichen Elektrode:

10

und die

bei einer Feldstärke von W= 0,5

' VIII '

Kurve F auf die Messungen bei einf r Feldstärke von (W=IO" *■■,).

\ tnr '

Ein für die Praxis akzeptierbares kleinstes Verhältnis Von Höhe zu Durchmesser wurde nach folgendem Verfahren für bewegliche Elektroden mit unterschiedlichen Verhältnissen von Höhe T zu Durchmesser D bestimmt. Jede bewegliche Elektrode wurde ungefähr 5 mm oberhalb von zwei feststehenden Elektroden festgehalten, welche aufrecht angeordnet und keiner erregenden Kraft ausgesetzt waren. Die bewegliche Elektrode fiel auf die Enden der feststehenden Elektroden, wobei sie durch ihr eigenes Gewicht und die magnetische Kraft nach unten gelrieben wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind mit Fig. 7 dargestellt. Mit Kreuzen sind diejenigen Fälle angegeben, wo die beweglichen Elektroden zerbrachen, bevor sie lOOmal fallengelassen wurden; mit vollen Punkten sind diejenigen Fällen dargestellt, wo die beweglichen Elektroden nicht zerbrachen, nachdem sie ungefähr lOOmal fallengelassen worden sind.

Im Hinblick aul die mit den t-1 g. b und 7 dargestellten Versuchsergebnisse soll das Verhältnis von Höhe Tzu Durchmesser D vorzugsweise im Bereich von 03 bis 1,0 liegen; besonders bevorzugt soll dieses Verhältnis im Bereich von 0,6 bis 0,9 liegen.

Bei dem erfindungsgemäßen fliegenden Schalter kann jede Gruppe von feststehenden Elektroden aus mehr als 2 Stäben aus magnetischem Material bestehen. Gewöhnlich besteht jedoch jede Gruppe aus zwei stabförmigen Elektroden, wie sie mit Fig.8A dargestellt sind. Wie mit den Fig.SA und 8B dargestellt, weisen die feststehenden Elektroden vorzugsweise einen Querschnitt auf, der einem verlängerten Kreis, etwa einer Ellipse und dgl., entspricht. Die beiden Elektroden 2,2 mit elliptischem Querschnitt sind an einem Ende des zylindrischen Gefäßes 4 befestigt, vorzugsweise in der Weise, daß der Hauptdurchmesser di jeder Ellipse parallel zum anderen Hauptdurchmesser und senkrecht zu einer gedachten Ebene verläuft, in der die beiden Längsachsen der beiden feststehenden Elektroden 2,2 verlaufen. Das Verhältnis der Längen des Hauptdurchmessers d, zum kleineren Durchmesser d₂ kann vorzugsweise ungefähr 2 :1 betragen. Derartige feststehende Elektroden, mit Querschnitten, die einem verlängerten Kreis entsprechen, können eine zylindrische bewegliche Elektrode beständiger festhalten, als

die üblichen feststehenden Elektroden mit runden Querschnitt.

Wenn die Querschnittsflächen der oben beschriebenen feststehenden Elektroden 2,2 gleich groß sind wie bei üblichen runden Stäben, und der Abstand zwischen den Achsen der beiden feststehenden Elektroden %2 jeweils der gleiche ist, dann ist der Abstand zwischen den beiden fes'ätehenden Elektroden 2,2 mit elliptischem Querschnitt größer, als bei üblichen feststehenden Elektroden mit rundem Querschnitt. Welin beispielsweise der Abstand zwischen 2 feststehenden Elektroden mit rundem Querschnitt 0,4 mm beträgt, dann beträgt dieser Abstand im Falle von feststehenden Elektroden mit elliptischen Querschnitten 0,6 mm, vorausgesetzt, daß jeweils die Schaltkapazität die is gleiche ist. Im allgemeinen nimmt die Durchschlagsspannung zwischen zwei feststehenden Elektroden sowohl bei Verwendung von Gleichstrom wie bei Verwendung von Wechselstrom mit einem Anstieg des Abstandes zwischen diesen Elektroden zu; dieses Ergebnis ist mit F i g. 9 dargestellt. In F i g, 9 ist längs der Ordinate die Durchschlagsspannung und längs der Abszisse der Abstand zwischen den Elektroden aufgetragen. Wie aus F i g. 9 zu entnehmen ist, weist ein Schalter mit solchen feststehenden Elektroden, deren Querschnitte länglichen Kreisen entsprechen, und die im Abstand von 0,6 mm zueinander angeordnet sind, Durchschlagsspannungen von ungefähr 2000 Volt Wechselstrom und ungefähr 2700 Volt Gleichstrom auf, während übliche Schalter, mit im Querschnitt runden, feststehenden Elektroden, die im Abstand von 0,4 mm zueinander angeordnet sind, Durchschlagsspannungen von ungefähr 1800VoIt Wechselstrom und ungefähr 2300 Volt Gleichstrom aufweisen.

Mit Bezugnahme auf Fig. 10 soll die gesamte Baueinheit eines erfindungsgemäßen Schalters kurz beschrieben werden. Ein den magnetischen Nebenschluß gewährleistender Ring 8 aus weichmagnetischem Material ist verschieblich in einem Spalt rund um das Glasrohr herum zwischen den Erregerspulen L\ und Li angeordnet. Wenn die Erregerspulen L\ und Li in einer Richtung (etwa in der mit den Pfeilen bezeichneten Richtung) erregt werden, wird der Nebenschlußring 8 als Folge der magnetischen Kraft an einer bestimmten Stelle angeordnet, und daraufhin ist jeder magnetische Kreis M\ und Mi geschlossen. Wenn andererseits die Erregerspulen L\ und Li in entgegengesetzter Richtung erregt werden, dann wird die bewegliche Elektrode 3 in Berührung mit den feststehenden Elektroden 1,1 gebracht, d. h., nicht in Berührung mit den feststehenden Elektroden 2,2, so daß der Nebenschlußring 8 näher zu der Erregerspule Li verschoben wird. Obwohl die beiden geschlossenen Magnetkreise M\ und M2 als Folge der unterschiedlichen Stellungen der beweglichen Elektrode zeitweilig unterschiedliche Grenzlinien aufweisen, ist es möglich, zu verhindern, daß sich die beiden magnetischen Kraftflüsse gegenseitig stören.

Hierzu 4 lilatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schalter mit zwei Gruppen feststehender, stabförmiger Elektroden aus magnetischem Material und einer zwischen den einander gegenüberstehenden Enden der beiden feststehenden Elektrodengruppen hin- und herbewegbaren zylindrischen, beweglichen Elektrode aus einem Permanentmagneten, innerhalb eines zylindrischen Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Elektrode (3) aus einem Kern (5) au., einem Seltenen Erdmetall-Kobalt-Permanentmagneten, einer Kontaktschicht (7) aus Rhodium, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Legierungen aus diesen Metallen, einer Silber/Wolfram-Legierung oder einer Gold-Chrom-Legierung; sowie aus einer zwischen dem Kern (5) und der Kontaktschicht (7) angeordneten Zwischenschicht (6) aus Silber, Nickel, Kupfer oder deren Legierungen besteht; und
wenigstens die Materialien des Kerns (5) und der Zwischenschicht (6) thermisch gegenseitig ineinander diffundiert sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Seltene Erdmetall-Kobalt-Permanentmagnet >j aus einerseits Samarium, Cer und/oder Praseodym und andererseits Kobalt oder Kobalt und E.sen besteht; und

das Atomverhältnis von Seltenem Erdmetall zu Kobalt oder Kobalt und Eisen im Bereich von 1:5 jn bis 1 : 8.5 liegt.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil von Kot·· Jt oder von Kobalt und Eisen durch 0,5 bis 6 Gew.-% Vanadium und 7 bis 19Gew.-% Kupfer ersetzt ir, jeweils bezogen η Huf das Gesamtgewicht des Seltenen Erdmetalls und Kobalt oder Kobalt und Eisen.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische bewegliche Elektrode (3) für das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser einen Wert im Bereich von ©,3 bis 1,0 hat.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise angeordneten, feststehenden Elektroden (1, 2) im -n wesentlichen elliptische Querschnitte aufweisen, deren Hauptdurchmesser (d\) parallel zueinander und senkrecht zu einer gedachten Ebene angeordnet $ind. in der die beiden Längsachsen der beiden feststehenden Elektroden (1,2) verlaufen. ;n

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die bewegliche Elektrode von Magnetkräften betätigbar ist, die von um das zylindrische Gefäß (4) herum angeordneten Erregerspulen (Lu L2) bei j Stromdurchgang erzeugt werden; und
ein Nebenschlußring (8) aus weich-magnetischem Material verschieblich in einem Spalt rund um das tylindrische Gefäß (4) zwischen den Erregerspulen (Li, L2) angeordnet ist. 6ii