EP0268804A1 - Elektrische Schaltanordnung - Google Patents

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EP0268804A1
EP0268804A1 EP87115030A EP87115030A EP0268804A1 EP 0268804 A1 EP0268804 A1 EP 0268804A1 EP 87115030 A EP87115030 A EP 87115030A EP 87115030 A EP87115030 A EP 87115030A EP 0268804 A1 EP0268804 A1 EP 0268804A1
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EP
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armature
leg
shaped element
magnetic flux
electrical
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Alec Taylor
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching arrangement with a U-shaped ferromagnetic element, a permanent magnet that generates a magnetic flux in this element, a ferromagnetic armature that can be moved in the longitudinal direction between two opposite legs of the element, with an electrical coil surrounding the armature, which is connected to a control unit and influences the magnetic flux so that the position of the armature can be changed by changing the current direction in the electrical coil and with a switch which is actuated by the armature.
  • a switching arrangement is known from DE-A1-32 46 285.
  • the switch is actuated by the anchor via a slide.
  • the magnetic flux is generated by a permanent magnet arranged between one leg of the U-shaped element and the ferromagnetic armature.
  • two permanent magnets are provided to increase the magnetic flux, each of which abuts the same leg of the U-shaped element. However, this means that the winding space for the coil is lost or the switching arrangement must be extended while the coil dimensions remain the same.
  • a magnet system is known from DE-A1-1 037 593, the position of which can be switched by controlling a coil.
  • An anchor is held in two end positions by two permanent magnets.
  • An electrical coil is arranged on the permanent magnets. When the current flows through the coil in a certain direction, the magnetic field of the permanent magnet is changed so that the position of the armature also changes.
  • This arrangement contains a considerable number of individual parts and is therefore complex to manufacture. In addition, the arrangement is relatively voluminous.
  • the object of the present invention is to implement a switching arrangement of the type mentioned in the introduction such that a high magnetic holding force of the armature is achieved in the end positions with a compact construction of the switching arrangement.
  • the U-shaped element has a fourth leg parallel to the central leg of the U-shaped element, which is connected to one leg of this element, wherein a second permanent magnet is additionally arranged between the fourth leg and the armature.
  • the second permanent magnet increases the magnetic flux and thus the holding force of the armature in the end position without requiring additional space.
  • the armature has a conical first end with a protruding first connection piece, wherein in an end position of the anchor the conical end abuts a corresponding conical socket inserted into one leg of the U-shaped element and the connection piece is in mechanical contact with the switch.
  • the anchor can advantageously have a second end with a protruding second connecting piece, the second connecting piece resting in one end position on one leg of the U-shaped element.
  • the U-shaped element 1 is formed from a further U-shaped element with the legs 1c, 1d and 1e and an L-shaped element with the legs 1a and 1b.
  • Leg 1a lies against leg 1e
  • leg 1b lies parallel to leg 1c and is not in contact with leg 1d.
  • the legs 1a, 1b, 1c form the U-shaped element and the leg 1d is the fourth leg parallel to the central leg 1a.
  • a ferromagnetic armature 3 is arranged to be movable within a tube 6 in the longitudinal direction between the legs 1b and 1c.
  • a first permanent magnet 2a is arranged between the leg 1a and the tube 6 and a second permanent magnet is arranged between the leg 1d and the tube 6. In both permanent magnets 2a and 2b, the same pole points to the tube 6.
  • the part of the tube 6 that is not surrounded by the permanent magnets 2a, 2b is surrounded by an electrical coil 4.
  • the armature 3 is provided at the upper end with a projecting neck 3c and is conical at the lower end 3a and also provided with a projecting neck 3b.
  • the leg 1c of the U-shaped element 1 is provided with an inserted ferromagnetic bushing which has a conical bore which corresponds to the shape of the conical end 3a of the armature 3.
  • the connector 3b is in contact with an electrical switch 5.
  • the electrical switch 5 contains a resilient U-shaped element 5c, which is provided with an electrical contact 5a, which cooperates with a fixed contact 5b.
  • Figures 1 and 2 show the electrical switching unit with the switch 5 in the open position.
  • the armature 3 is held by a force by the magnetic flux is generated by the permanent magnets 2a and 2b, the legs 1a, 1e, 1d and 1c, the inserted socket 1f and the armature 3.
  • the magnetic force is relatively large due to the large contact area between the conical end 3a and the socket 1f.
  • Both permanent magnets 2a and 2b are effective to hold the armature against the force of the resilient element 5c.
  • the coil 4 is driven by a current which generates a magnetic flux in the opposite direction to the magnetic flux caused by the permanent magnets 2a, 2b.
  • the armature 3 moves upwards until the connector 3c comes into contact with the leg 1b.
  • the current can be switched off since the armature 3 is held by the magnetic force generated by the permanent magnet 2a via the legs 1a, 1b, the connector 3c and the armature 3.
  • the magnetic holding force of the armature 3 is lower than in the open position of the switch 5, since only a permanent magnet 2a contributes to this force and the contact area between the connector 3c and the leg 1b is relatively small. This lower holding force is desirable since the armature 3 does not have to act against the force of the resilient element 5 in this position.
  • the switching unit according to the invention Due to the arrangement of the coil 4 and the permanent magnets 2a and 2b between the U-shaped element 1 and the armature 3, the switching unit according to the invention has a very compact design. No control current is required in both end positions of the switch.

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Abstract

Die elektrische Schaltanordnung enthält ein u-förmiges ferromagnetisches Element 1 mit einem Permanentmagneten 2, der einen magnetischen Fluß in diesem Element 1 verursacht. Ein ferromagnetischer Anker 3 ist in Längsrichtung zwischen zwei entgegengesetzten Schenkeln 1b, 1c des Elementes 1 beweglich. Eine elektrische Spule 4 ist mit einer Ansteuereinheit verbunden und beeinflußt den magnetischen Fluß, um die Position des Ankers 3 zu ändern, indem die Richtung des durch die elektrische Spule 4 fließenden Stromes geändert wird. Durch den Anker 3 wird ein Schalter 5 angesteuert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanordnung mit einem u-förmigen ferromagnetischen Element, einem Permanent­magneten, der in diesem Element einen magnetischen Fluß er­zeugt, einem ferromagnetischen Anker, der in Längsrichtung zwischen zwei gegenüberliegenden Schenkeln des Elementes be­wegbar ist, mit einer den Anker umgebenden elektrischen Spule, die mit einer Ansteuereinheit verbunden ist und den magnetischen Fluß so beeinflußt, daß die Position des Ankers durch Wechsel der Stromrichtung in der elektrischen Spule änderbar ist sowie mit einem Schalter, der vom Anker betätigt wird. Eine derartige Schaltanordnung ist aus der DE-A1-32 46 285 bekannt. Dabei wird der Schalter vom Anker über einen Schieber betätigt. Der magnetische Fluß wird durch einen zwischen einem Schenkel des u-förmigen Elementes und dem ferromagnetischen Anker angeordneten Permanentmagneten erzeugt. In einer Ausführungsform sind zur Erhöhung des magnetischen Flusses zwei Permanentmagneten vorge­sehen, die jeweils am selben Schenkel des u-förmigen Elementes anliegen. Damit geht jedoch Wickelraum für die Spule verloren bzw. muß die Schaltanordnung bei gleichbleibenden Spulendimen­sionen verlängert werden.
  • Aus der DE-A1-1 037 593 ist ein Magnetsystem bekannt, dessen Position durch Ansteuerung einer Spule umgeschaltet werden kann.
  • Ein Anker wird in zwei Endstellungen durch zwei Permanentmagnete gehalten. An den Permanentmagneten ist eine elektrische Spule angeordnet. Wenn der Strom durch die Spule in einer bestimmten Richtung fließt, wird das Magnetfeld des Permanentmagneten ge­ändert, so daß auch die Position des Ankers wechselt. Diese An­ordnung enthält eine erhebliche Anzahl von Einzelteilen und ist daher aufwendig herzustellen. Außerdem ist die Anordnung ver­hältnismäßig voluminös.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltanordnung der eingangs genannten Art so auszuführen, daß eine hohe magnetische Haltekraft des Ankers in den Endstellungen bei kom­pakten Aufbau der Schaltanordnung erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das u-förmige Element einen vierten Schenkel parallel zum Mittel­schenkel des u-förmigen Elementes aufweist, der mit einem Schenkel dieses Elementes verbunden ist, wobei zusätzlich zwischen dem vierten Schenkel und dem Anker ein zweiter Per­manentmagnet angeordnet ist. Durch den zweiten Permanent­magneten wird der magnetische Fluß und damit die Haltekraft des Ankers in der Endposition erhöht, ohne daß ein zusätzlicher Raumbedarf entsteht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Anker ein konisches erstes Ende mit einem vorstehenden ersten Stutzen auf, wobei in einer Endstellung des Ankers das konische Ende an einer entsprechenden konischen, in einen Schenkel des u-förmigen Elementes eingesetzten Buchse anliegt und wobei der Stutzen im mechanischen Kontakt mit dem Schalter ist.
  • Vorteilhafterweise kann der Anker ein zweites Ende mit einem vorstehenden zweiten Stutzen aufweisen, wobei der zweite Stutzen in einer Endposition an einem Schenkel des u-förmigen Elementes anliegt.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei zeigt
    • FIG 1 die Schaltanordnung in Draufsicht,
    • FIG 2 die Schaltanordnung in Schnittdarstellung.
  • Das u-förmige Element 1 ist gebildet aus einem weiteren u-­förmigen Element mit den Schenkeln 1c, 1d und 1e und einem l-förmigen Element mit den Schenkeln 1a und 1b. Dabei liegt der Schenkel 1a am Schenkel 1e an, der Schenkel 1b liegt parallel zum Schenkel 1c und steht mit dem Schenkel 1d nicht in Berührung. Die Schenkel 1a, 1b, 1c bilden das u-förmige Element und der Schenkel 1d ist der vierte, zum Mittelschenkel 1a parallele Schenkel.
  • Ein ferromagnetischer Anker 3 ist innerhalb eines Rohrs 6 in Längsrichtung zwischen den Schenkeln 1b und 1c beweglich ange­ordnet. Ein erster Permanentmagnet 2a ist zwischen dem Schenkel 1a und dem Rohr 6 und ein zweiter Permanentmagnet ist zwischen dem Schenkel 1d und dem Rohr 6 angeordnet. Bei beiden Permanent­magneten 2a und 2b weist jeweils derselbe Pol zum Rohr 6.
  • Der Teil des Rohrs 6, der nicht von den Permanentmagneten 2a, 2b umgeben ist, ist von einer elektrischen Spule 4 umgeben.
  • Der Anker 3 ist am oberen Ende mit einem vorstehenden Stutzen 3c versehen und am unteren Ende 3a konisch ausgeführt und eben­falls mit einem vorstehenden Stutzen 3b versehen. Der Schenkel 1c des u-förmigen Elementes 1 ist mit einer eingesetzten ferro­magnetischen Buchse versehen, die eine konische Bohrung auf­weist, die der Form des konischen Endes 3a des Ankers 3 ent­spricht.
  • Der Stutzen 3b steht in Kontakt mit einem elektrischen Schal­ter 5. Der elektrische Schalter 5 enthält ein federndes u-förmiges Element 5c, das mit einem elektrischen Kontakt 5a versehen ist, der mit einem feststehenden Kontakt 5b zusammen­arbeitet.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen die elektrische Schalteinheit mit dem Schalter 5 in der offenen Stellung. In dieser Stellung wird der Anker 3 durch eine Kraft gehalten, die durch den magnetischen Fluß durch die Permanentmagneten 2a und 2b, die Schenkel 1a, 1e, 1d und 1c, die eingesetzte Buchse 1f und den Anker 3 erzeugt wird. In dieser Position ist die magnetische Kraft aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen dem konischen Ende 3a und der Buchse 1f verhältnismäßig groß. Beide Per­manentmagneten 2a und 2b sind wirksam, um den Anker gegen die Kraft des federnden Elementes 5c zu halten.
  • Um die Position des Schalter 5 zu ändern, wird die Spule 4 durch einen Strom angesteuert, der einen magnetischen Fluß in Gegenrichtung zu dem durch die Permanentmagneten 2a, 2b ver­ursachten magnetischen Fluß erzeugt. Der Anker 3 bewegt sich nach oben, bis der Stutzen 3c mit dem Schenkel 1b in Kontakt kommt.
  • In dieser Position kann der Strom ausgeschaltet werden, da der Anker 3 durch den vom Permanentmagneten 2a über die Schenkel 1a, 1b, den Stutzen 3c und den Anker 3 erzeugte magnetische Kraft gehalten wird. In dieser Position ist die magnetische Haltekraft des Ankers 3 geringer als in der offenen Position des Schalters 5, da nur ein Permanentmagnet 2a zu dieser Kraft beiträgt und die Kontaktfläche zwischen dem Stutzen 3c und dem Schenkel 1b relativ klein ist. Diese geringere Haltekraft ist erwünscht, da der Anker 3 in dieser Stellung nicht gegen die Kraft des federnden Elementes 5 wirken muß.
  • Um die Schaltposition wieder zu ändern, wird ein Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Spule 4 geschickt.
  • Aufgrund der Anordnung der Spule 4 und der Permanentmagneten 2a und 2b zwischen dem u-förmigen Element 1 und dem Anker 3 weist die erfindungsgemäße Schalteinheit eine sehr kompakte Bauform auf. In beiden Endstellungen des Schalters ist kein Steuerstrom notwendig.

Claims (3)

1. Elektrische Schaltanordnung mit einem u-förmigen ferro­magnetischen Element (1), einem Permanentmagneten (2), der in diesem Element (1) einen magnetischen Fluß erzeugt, einem ferromagnetischen Anker (3), der in Längsrichtung zwischen zwei gegenüberliegenden Schenkeln (1b, 1c) des Elementes (1) bewegbar ist, mit einer den Anker (3) umgebenden elektrischen Spule (4), die mit einer Ansteuereinheit verbunden ist und den magnetischen Fluß so beeinflußt, daß die Position des Ankers (3) durch Wechsel der Stromrichtung in der elektrischen Spule (4) änderbar ist sowie mit einem Schalter (5), der von dem Anker (3) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das u-förmige Element (1) einen vierten Schenkel (1d) parallel zum Mittelschenkel (1a) des u-förmigen Elementes (1) aufweist, der mit einem Schenkel (1c) dieses Elementes (1) verbunden ist, wobei zusätzlich zwischen dem vierten Schenkel (1d) und dem Anker (3) ein zweiter Permanentmagnet (2b) angeordnet ist.
2. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) ein konisches erstes Ende (3a) mit einem vorstehenden ersten Stutzen (3b) aufweist, wobei in einer Endstellung des Ankers (3) das konische Ende (3a) an einer entsprechenden konischen, in einen Schenkel (1c) des u-förmigen Elementes (1) eingesetzten Buchse (1f) anliegt und wobei der Stutzen (3b) im mechanischen Kontakt mit dem Schalter (5) ist.
3. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) ein zweites Ende mit einem vorstehenden zweiten Stutzen (3c) aufweist, wobei der zweite Stutzen (3c) in einer Endposition an einem Schenkel (1b) des u-förmigen Elementes (1) anliegt.
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GB868625724A GB8625724D0 (en) 1986-10-28 1986-10-28 Electric switching arrangement

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DE (1) DE3775529D1 (de)
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