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Kontaktlose Schalteinrichtung für Wechselstrom Der vorliegenden Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontaktlose Schalteinrichtung für Wechselstrom
zu schiaffen. Die Schalteinrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch
eine Drosselspule mit einem in sich geschlossenen, sättigbaren Eisenkern, der auf
zwei gegenüberliegenden Schenkeln zwei in Reihe geschaltete, von dem Wechselstrom
durchflossene, gleichsinnige Wicklungen trägt, und durch einen Permlanentmjagneten,
Ider zwischen einer Stellang, in der er den Kern zwischen den Wicklungen diametral
überbrückt und den ;Drosseltern sättigt (»Ein«-Stellung), und einer Stellung, in
der er den Fluß des Kernes im wesentlichen nicht beeinflußt (»Aus«-Stellung), beweglich
ist. Die Wechselstromquelle, der Verbraucher und die genannten Wicklungen sind in
Reihe geschaltet. Wenn die Drosseispule ungesättigt ist, wird der größte Teil der
Wechselspannung von der Drosselspule aufgenommen. Dieser Zustand entspricht der
»Aus«-Stellung eines Schalters mit relativ zueinander beweglichen materiellen Kontaktstücken.
Wenn an dem Verbraucher eine Spannung auftreten soll, wird die Drosselspule durch
Auflegen des permanenten Magneten gesättigt, wodurch die Impedanz der Drossel spule
derart vermindert wird, daß der größte Teil der Wechsel sp annung am Verbraucher
abfällt. Dies entspricht der »Ein«-Stellung eines Schalters mit materialen Kontaktstücken.
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Die Schalteinrichtung nach der Erfindung ist vor allem zur Verwendung
in Steuersystemen geeignet, die magnetisch wirkende, sogenannte logische Schaltelemente
enthalten. Sie ist bei relativ niedrigen Spannungen verwendbar, da eine Verunreinigung
von Kontaktgliedern ausgeschlossen ist; sie weist keinen Kontaktverschleiß auf,
kann öldicht konstruiert und mit besonderem Vorteil auch in explosiven Atmosphären
verwendet wenden, (da beim Schalten keine Lichtbogen auftreten. Infolge ihres einfachen
Auibaues ist sie wirtschaftlich henstellbar und im Betrieb zuverlässig.
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Es ist an sich bekannt, die Induktivität von Spulen mit Eisenkern
durch Annäherung eines Permanentmagneten stetig zu ändern, insbesondere für Zwecke
der Abstimmung von Schwingungskreisen. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art
ist es jedoch weder beabsichtigt noch möglich, die Induktivität derart unstetig
zu ändern, daß die Arbeitsweise der Einrichtung der Wirkung eines üblichen Schalters
mit materiellen Kontaktstücken entspricht.
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Ein genaueres Verständnis des Erfindungsgedan kens wird sich aus
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeicllnungen
engeben.
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Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch eine Schalteinrichtung dar,
in der die wesentlichen Merkmale der Erfindung verkörpert sind; Fig. 2 ist ein Schnitt
längs Ider Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Schaltsystems,
bei dem ein Schalter gemäß den Fig. 1 und 2 verwendet ist; Fig. 4 ist eine schematische
Ansicht der Drosselspule der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung.
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Nach den Figuren, insbesondere Fig. 1 und 2, umfaßt die Schalteìnrichtung
eine Betätigungseinheit2 und eine Drossdeinheit 4. Die Betätigungseinheit 2 ist
öldicht ausgebildet; sie umfaßt einen Stützzylin-
der 6, der vorzugsweise
als Guß stück ausgebildet ist.
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An seinem unteren Ende weist er einen Flansch 8 auf, der mit der unteren
Seite einer Tragplatte 10 ver bunden sein kann. Zwischen dem Flansch 8 und der unteren
Seite der Platte kann eine Dichtungsscheibel2 aus einem geeigneten Dichtungsmaterial,
wie z. B; Gummi, vorgesehen sein.
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Ein Teil des Zylinders 6 ist mit Gewinde versehen, das mit einem
Klemmring 14 zusammenwirkt, der derart ausgebildet ist, daß er beim Anziehen den
Zylinder 6 mit der Platte 10 dicht verbindet. Zwischen dem Klemmring 14 und der
Platte 10 kann eine Einlegscheibe 16 vorgesehen sein.
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Der Stützzylinder 6 der Betätigungseinrichtung des Schalters weist
in seinem Inneren eine transversale Scheibe 18 auf, die ihrerseits eine zentrale
Öffnung besitzt, in der ein Betätigungsstößel 20 gleiten kann.
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Ein Betätigungskopf 22 nach Art eines Druckknopfes, der aus einem
isolierenden Material besteht, ist an dem äußeren Ende des Betätigungsstößels 20
befestigt, vorzugsweise durch Aufgießen bzw. Aufpressen. Zwischen dem Betätigungskopf
22 und einer Platte 26, die auf die Scheibe 18 aufgesetzt ist, ist eine Druckfeder
24 angeordnet, die normalerweise den Betätigungskopf 22 derart vorspannt, adaß er
sich in seiner dargestellten obersten Stellung befindet.
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Zwischen der Platte 26 und !der Scheibe 18 ist eine Dichtungsplatte25
vorgesehen, so daß der Durchtritt von Flüssigkeiten längs des Stößels 20 verhindert
wird.
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Die Bewegung des Betätigtmgskopfes 22 nach außen wird durch einen
permanenten Magneten 28 begrenzt, der mit dem unteren Ende indes Betätigungsstößels
20 bei 30 vernietet ist. Wie aus der Darstellung hervorgeht, berührt der Magnet
28 eine Platte 32, die aus Eisen oder einem anderen magnetischen Material besteht
und dadurch Schrauben 34 mit dem unteren Teil des Zylinders 6 verbunden ist.
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Die Droæseleinheit 4 umfaßt einen Grundkörper 36, der aus einem isolierenden
Material besteht und durch Schrauben 38 mit der Platte 32 verbunden ist. Zwischen
dem Grundkörper 36 und der Platte 32 ist ein isolierendes Abstandsstück40 angeordnet.
Innerhalb des Grundkörpers 36 ist ein rechteckiger,gefensterter Kern 42 angeordnet,
der aus einer Mehrzahl von Blechen eines magnetischen Materials zusammengesetzt
ist. Auf zwei gegenüberliegenden Schenkeln des Kerns 42 ist je eine Wicklung 44
angeordnet. Der rechteckige Kern 42 ist weiterhin an zwei Enden mit je einem Polstück
46 versehen, das aus einem magnetischen Material besteht. Wie aus Fig. 4 hervorgeht,
sind die tbeiden Wicklungen44 in Reihe geschaltet.
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Es sind ferner Anschlußfahnen 47 vorgesehen, die dazu dienen, die
äußeren Leitungen an die Wickluugen 44 heranzuführen.
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, können die Wicklungen der Drosseleinheit
4 in Reihe mit einer WechselstromqueIle 48 und einer Verbraucherschaltung 50 geschaltet
wenden. In der »Aus «-Stellung wird der Permaneutmagnet 28 durch die Druckfeder
24 gegen die Eisenplatte 32 gedrückt, also von der Drosseleinheit entfernt gehalten.
In dieser Stellung wird der größte Teil des Flusses, der vonldemMagnetenerzeugtwird,
durch die Eisenpiatte 32 kurzgeschlossen, so daß die Wicklungen 44 und der Kern
42 als eine Eisenkern-Drosselspule wirken. Wenn die Wicklungen in Reihe mit dem
Verbraucherkreis geschaltet sind und wenn, wie es in Fig. 3 Idargestellt ist, eine
Wechselspannung an die Schaltung angelegt wird, fällt der größte Teil der Spannung
an der Drosseleinheit ab, so daß am
Verbraucher nur eine kleine Spannung auftritt,
solange der Permlanentmiagnet von der Drosseleinheit entfernt gehalten wird.
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Wenn der Druckknopf 22 heruntergedrückt wird, berührt der Magnet
28 die Polstücke 46, die mit dem Drosselkern 42 in Kontakt stehen. Der Fluß des
Permanentmagneten 28 fließt dann durch den Drosselkern. Wie es in Fig. 4 dargestellt
ist, teilt sich der Fluß des Permanentmagneten derart, daß er je zur Hälfte dadurch
einen Schenkel des Kerns fließt. Da die Wicklungen 44 in Reihe liegen, bewirkt der
Gleichfluß in jedem gegebenen Augenblick nur in einer Hälfte des Kerns eine Sättigung,
während die andere Hälfte des Kerns ungesättigt bleibt. Die Wicklung auf dem ungesättigten
Schenkel des Kerns stellt jedoch keine wesentliche Impedanz innerhalb des Kreises
dar, ida der gesättigte Schenkel einen großen wirksamen Luftspalt darstellt. DerPermanentmagnet
selbst hat eine Permeabilität von etwa 4 Gauß/OrstedJ so daß er ebenfalls als breiter
Luftspalt wirkt.
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Wenn daher der Drucklçnopf 22 heruntergedrückt wird, ist die Impedanz
der Drossel niedrig, so daß der größte Teil des Spannungsabfalls der Schaltung an
dem Verbraucher auftritt. Dieser Zustand entspricht der »Ein«- (Schließ,ungs-) Stellung
eines Kontakt- oder Messerschalters. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung von
einem relativ niedrigen Wert, wenn der Druckknopf sich in der normalen oder »Ans
«-S tellung befindet, auf einen Wert umgeschaltet werden, der nahezu gleich Ider
anliegenden Spannung ist, wenn der Druckknopf in die »Ein«-Stellung heruntergedrückt
rist.
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Die Fig. 5 bis 12 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem wider Magnet durch eine Drehbewegung aus der Stellung, in der er den Mlagnetisierungssust,and
Ides iDrosselkerns nicht beeinfluß, in die andere Stellung, in der er den Drosselkern
sättigt, übergeführt wird. Diese Schaltbewegung des Magneten wird durch einen schnell
wirkenden Schnappmechanismus gesteuert, und zwar derart, daß der Schaltvorgang bezüglich
der Bewegung des Betätigungsarmes des Schalters mit einem hohen Grad von Genauigkeit
einläuft. Diese Ausführungsform der Erfindung ist vor allem als Endschalter (Auflaufschalter)
zur selbsttätigen Steuerung von Maschinen geeignet.
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Filg. 5 stellt eine Vordelansicht der Schalteinrichtung dar; Fig.
6 ist ein Schnitt längs der LinieII-II der Fig. 5; Fig. 7 und 8 !stellen Schnitte
zdar, die längs der Linien III-III Ibzw. IV-IV in Fig. 5 geführt sind; Fig. 9 ist
eine Rückansicht der Schalteinrichtung; sie zeigt den Betätigungsmechanismus, verglichen
mit den Filg. Sbis 8, in der anderen Stellung; Fig. 10 ist eine Einzelansicht; sie
zeigt den Magneten in der Stellung, in der er den Drosselkern sättigt; Fig. 11 ist
eine schematische Ansicht, die die Flußverteilung im Drosselkern zeigt; Fig. i2
ist eine schematische Darstellung einer Schaltung, Ibei der eine Schalteinrichtung
gemäß der Erfindung verwendet ist.
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Die Schalteinrichtung nach Iden Fig. 5 bis 9 umfaßt ein Gehäuse 61,
das vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material besteht, und eine Drosselanordnung
62, eine Ankeranordnung63, eine schwenkbare Maguetanordnung 64 und eine Klemmenplatte
65, die in dem einen Teil des Gehäuses angeordnet sind. Ein schnell wirkender Mechanismus,
der etwa von der Art Ider in der USA.-Patentschrift 2 270951 beschriebenen
Einrichtung
sein kann, oder ein anderer geeigneter Schnappmechfanismus kann in einem anderen
Teil des Gehäuses 61, wie in Fig. 9 dargestellt, untergebracht sein. Der schnell
wirkende Mechanisinbus, der später genauer beschrieben wird, verdreht eine Welle66,
an der die Magnetanordnung 64 befestigt ist.
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Die schwenkbare Magnetanordnung 64 umfaßt einen permanenten Magneten
67, der an einem gegabelten Arm 68 mit Hilfe von Schrauben 69 befestigt ist. Der
Arm 68 ist mit der Welle 66 verbunden. Wie aus Ider Fig. 5, 6 und 7 hervorgeht,
hat der Magnet 67 die Form eines rechteckigen Balkens.
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Die Drosselanordnung 62 umfaßt zwei voneinander getrennte L-förmige
Polstücke 71, die an den entgegengesetzten Enden eines Anschlagteiles 72 angeordnet
sind. Das Teil 72 besteht aus nichtmagnetischem M;aterial, vorzugsweise aus Nylon
oder aus einem Stoff von faserartiger Struktur. Der zweischenklige Drosselkern 73,
der aus einer Mehrzahl von magnetischen Blechen aufgebaut sein kann, liegt in Nuten
74, die an den unteren Enden der Polstücke 71 vorgesehen sind. Auf jedem Schenkel
des Drosselkerns 73 ist zwischen den Polstiieken71 eine Wicklung 75 angeordnet.
Die Polstücke 71 können mit dem Anschlagteil 72 durch Schrauben 76 verbunden sein.
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Das Anschlagteil 72 wirkt gleichzeitig als Abstandstück für die Polstücke.
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Die Ankeranordnung 63 hat die Aufgabe, den Fluß des Magneten vom
Drosselkern abzuziehen, wenn sich der Schalter in der »Aus« Stellung befindet. Die
Ankeranordnung umfaßt zwei Polstücke 71, ein Anschlagstück 72, das aus nichtmagnetischem
Material besteht, und einen Ubenbrückungsbalken 77, der aus magnetischem Material
besteht und in Nuten 74 der Polstücke angeordnet ist, in gleicher Weise wie der
Kern 73. Die Polstücke und das Anschlagglied für den Anker sind ebenso wie die entsprechenden,
der Drossel zugeordneten Teile ausgebildet. Die Klemmenplatte 65 weist Anschlußvorrichtungen
78 auf, die dazu dienen können, elektrische Verbindungen an die Schalteinriehtung
anzuschließen. Die Zuleitungsdrähte können durch eine Öffnung 79 in das Gehäuse
61 eingeführt werden.
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Der in Fig. 9 dargestellte Betätigungsmechanismus umfaßt einen Betätigungsarm
81, dessen eines Ende mit dem äußeren Ende einer Welle 82 verbunden ist, die durch
eine Öffnung 83 in das Gehäuse 61 hineinragt. In einem Joch, das von dem anderen
Ende des Armes 81 gebildet wird, ist eine Rolle 84 angeordnet.
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An ,der Rolle 84 kann ein bewegliches Teil der Miaschine oder des
Gerätes langreifen, an der das Gehäuse 61 befestiigt sein kann.
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Auf dem inneren Ende Ider Welle 82 ist ein Hebel 85 drehbar befestigt.
Ein anderer Hebel 86 ist hinter zudem Hebel 85 mit der Welle 82 verbunden. Die Enden
einer Torsionsfeder 87, die im wesentlichen C-Form besitzt, greifen derart an diese
beiden Hebel an, daß der Hebel 86, Ider mit der Welle 82 verbunden ist, den Hebel
85 nachgiebig antreibt.
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Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist im unteren Ende des Hebels 85 ein
verschiebbares Glied 88 angeordnet. An dem Glied 88 ist mit Hilfe fades Stiftes
90 eine Rolle 89 angebracht. Eine Feder 91 drückt das Glied 88 und die Rolle 89
nach unten gegen einen Schwinghebel 92, der an dem einen Ende der Welle 66 befestigt
ist, die am anderen Ende mit dem Magnetarm 68 verbunden ist. An Iden entgegengesetzten
Enden des Schwinghebels 92 sind Klinken 93 angeordnet, die um die Stifte 94 drehbar
gelagert sind. Jede Klinke 93 ist in
Richtung des Schwinghebels 92 durch eine Feder
95 vorgespannt. In jeder Klinke 93 ist eine Vertiefung 96 vorgesehen, Idie das Ende
des Schwinghebels 92 aufnehmen kann.
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Wenn der Hebelarm 81 betätigt wird, werden die Welle 82 und der Hebel
86 gedreht; dadurch wird der Arm 85 über die Feder 87 angetrieben. Die Rolle 89
bewegt sich dann im Sinne der Fig. 9 längs des Schwinghebels 9Q nach links über
den Drehpunkt des Schwinghebels hinaus. Der Schwinghebel kann sich zunächst nur
wenig drehen, bis der Hebel 85 die Klinke 93 gegen einen Anschlag 97 an der Seite
des Gehäuses 61 drückt; dadurch wird das linke Ende des Schwinghebels 92 freigegeben.
Infolgedessen drückt nun die Feder 91 über die Rolle89 Ndas linke Ende des Schwinghebels
schlagartig herunter, so daß die Welle 96 und mit ihr die Magnetanordnung gedreht
wird. Das rechte Ende des Schwinghebels 92 wird durch die rechte Klinke 93 erfaßt
und bleibt in dieser Stellung, bis der Arm 81 in der entgegengesetzten Richtung
bewegt wird.
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Wenn die schwenkbare Magnetanordnung 64 sich in der in den Figuren
dargestellten Lage befindet, so daß der Permanentmagnet 67 zwischen den Polstücken
71 des Ankers liegt, ist der Fluß des Magneten durch den Ankerbalken 77 geschlossen.
Die Drosselspule hat daher eine hohe Impedanz, so daß die Schalteinrichtung keine
Ausgangsspannung liefert.
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Der Magnet kann durch den vorstehend beschriebenen Schnappmechanismus
in die »Ein«-Stellung gebracht werden. In diesem Fall wird der Magnetarni 68 bis
zum Anschlag 72 der Drosselanordnung herüberbewegt, so daß sich der Magnet 67 zwischen
den Polstücken 71 der Drosselspule befindet. Der Magnet unterstützt dann die Wicklungen
75 im Sinne einer Sättigung des Drosselkerns 73, so daß die Ausgangsspannung der
Schalteinrichtung ihr Maximum hat.
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Gemäß Fig. 10 erzeugt der Magnet 67 in dieser Lage einen Fuß 2. Dieser
Fluß sättigt den Drosselkern. Nach Fig. 11 erzeugen die WickLungen75, die in Reihe
geschaltet sind, einen Fluß 1. Während jeder Halbwelle ist der Fluß Ç|2 dein Fluß
ç 1 in einem Schenkel des Drosselkernes entgegengesetzt und im anderen Schenkel
gleichgerichtet. Da der eine Schenkel des Drosselkernes gesättigt ist, fällt nur
wenig Spannung an wider Drosselspule ab, so tdtaß der größte Teil Ider angelegten
Spannung an der Belastung auftritt.
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Die in Fig. 12 dargestellte elektrische Schaltung umfaßt einen Transfor,mator
98, einen Zweiweg-Gleichrichter 99 und die Drosselanordnung 62. Der Transformator
hat eine Primärwicklung 101, die mit einer Wechselstromquelle verbunden sein kann.
Der Transformator hat fernereineSekundärwicklunglO2, deren einer Anschluß mit einem
der Wechselstromanschlüsse des Gleichrichters 99 verbunden ist. Der andere Anschluß
(der Sekundärwicklung 102 ist mit dem anderen Wechselstromanschluß des Gleichrichters
über die beiden Wicklungen 75 der Drosselspule 62 verbunden.
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Die einzelnen Gleiehrichter der Brückenschaltung 99 sind über einen
weiteren Widenstand R2, dessen einer Anschluß mit der negativen Klemme einer besonderen
tGleichstromqluelle G verbunden ist, in Flußrichtung vorbelastet. Der Widerstand
R2 ist so bemessen, daß die Vorbelastung der Höhe des Magnetisierungsstromes entspricht,
den die Drosselspule 62 im ungesättigten Zustand aufnimmt. Dadurch wird erreicht,
daß der Magnetisierungsstrom der ungesättigten Drossel sich unmittelbar über die
Gleichrichter
der Brückenschaltung 9 schließen kann, also nicht
über die Belastung R 1 fließt. Die positive Klemme der zusätzlichen Gleichstromquelle
kann an Erde gelegt werden, ebenso der negative Anschluß des Brückengleichrichters.
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Da der Magnet 67 in der oben beschriebenen Weise zur Steuerung der
Verbraucherspannung schnell bewegt wird, ist die Genauigkeit des erfindungsgemäßen
Schalters ebensogut oder besser als die der bisher benutzten Endschalter vom Kontakttyp.
Da der Anschlag 72 aus Nylon oder einem Faserstoff besteht, bildet er ein Kissen,
Idas ein Prellen des Magneten 67 verhindert. Die Lebensdauer des erfindungsgemäßen
Schalters ist größer als die der bisher bekannten Schalter, und asvar infolge der
Vermeidung von Kontakten, die einer allmählichen Zerstörung durch Lichtbögen und
Verschleiß ausgesetzt sind.
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Die Fig. 13 bis 15 zeigen weitere Au,sführungs;beispiele der Erfindung.
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Fig. 13 stellt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Schalteinrichtung dar, bei der der Permanentmagnet um eine Achse drehbar ist, die
senkrecht zur Verbindung seiner Pole gerichtet ist; Fig. 14 zeigt Iden Permanentmagneten
der Anordnung nach Fig. 13 in einer Stellung, in der er den Kern der Drosselspule
sättigt; Fig. 15 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung, bei dem mehrere zu
schaltende Stromkreise mit einer Steuereinheit verbunden sind.
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Die Schalteinrichtung nach tdenFig. 13 und 14 umfaßt eine Grundplatte
110, an der Winkel 111 und 112 befestigt sind. Eine Montierungsplatte 113 wider
Drosselspule, die aus nichtmagnetischem Material besteht, ist mit Hilfe eines Bolzens
114 justierbar an dem Winkel 111 befestigt. Eine Drosselspule 115 wird an den Endteiten
117 ihres Kernes zwischen zwei Polstücken 116 gehalten; der Kern 115 der Dros.selspule
kann aus U-förmigen Blechen derart zusammengesetzt sein, daß er ein gefenstertes
Rechteck bildet. Die Polstücke 116 sind dadurch Schrauben 118 mit der Montierungsplatte
113 verbunden. Auf jedem Schenkel des Kerns 115 ist eine Wicklung 119 angeordnet.
An der Grundplatte 110 ist ferner ein magnetischer Anker 121 befestigt, dessen Endteile
mit 122 bezeichnet sind; er .bildet mit der Grundplatte 110 einen rechten Winkel.
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An einer Welle 124, die dadurch einen schnell wirkenden Mechanismus
125 verdrehbar ist, ist ein permanenter Magnet 123 befestigt. Der Mechanismus 125
kann von der Art der an sich bekannten Mechanismen sein, wie sie zum Betriebe von
Endlagenschaltern benutzt werden, etwa gemäß der USA.-Patentschrift 1 930047. Der
Mechanismus umfaßt einen Hebel 126 der um einen am Anker 121 befestigten Stift 127
drehbar ist. Mit dem Hebel 126 sind zwei Rollen 128 verbunden. Die Rollen 128 können
abwechselnd von einem Arm oder anderen Teilen erfaßt werden, die einer Werkzeugmaschine
oder einem anderen Gerät angehören, deren Betrieb durch den Endschalter gesteuert
wird.
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Wenn eine der Rollen 128 erfaßt wird, verdreht ein hier nicht dargestellter
Federmechanismus den Magneten 123 in die in der Zeichnung dargestellte Lage.
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Wenn die andere Rolle i28 erfaßt wird, verdreht der schnell wirkende
Federmechanismus den Magneten 123 in eine Lage, in der er sich zwischen den Polstücken
116 und parallel zum Drosselkern befindet.
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Ein Arm 129 des Hebels t26 berührt dabei einen An schlag 131 am Winkel
112, so daß die Bewegung des Mechanismus in der einen Richtung begrenzt ist. Ein
ähnlicher
(nicht dargestellter) Arm wirkt mit einem anderen Anschlag zusammen, so daß auch
die Bewegung in der anderen Richtung begrenzt ist.
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Die Montierungsplatte 113 der Drossel kann in ihrer Stellung dadurch
ju6tiert werden, daß sie gegenüber dem Winkel 111 gedreht wird und in der gewünschten
Stellung fixiert wird. In der Darstellung gemäß Fig. 13 bildet die Drosselspule,
die aus dem Kern 115, den Spulen 119 und den Polstücken 116 besteht, einen Winkel
von 60° -mit der Vertikalen bzw.
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300 mit der Horizontalen. Der Anker 121 ist vertikal montiert; wie
oben erläutert, kann der Magnet 123 von der vertikalen Lage zwischen ,den Enden
122 des Ankers in eine zum Drosselkern parallele Lage übergeführt werden. Wenn der
Magnet 123 parallel zum Drosselkern liegt, befinden sich seine Enden in Nuten 132,
die in den Polstücken 116 vorgesehen sind. Die beiden Wicklungen 119 sind in Reihe
geschaltet Wenn der Magnet 123 sich in der vertikalen Stellung befindet, wie es
in Fig. 13 dargestellt ist, ist sein Fluß durch den Anker 121 geschlossen, so daß
nur ein sehr kleiner Fluß in den Drosselkern gelangt. Die Impedanz der Drosselspule
ist daher sehr hoch.
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Wenn der Magnet 123 durch den schnell wirkenden Mechanismus 125 aus
der vertikalen Lage in eine Lage parallel zur Drossel gebracht wird, fließt der
vom Magneten erzeugte Fluß durch die Polstücke 116 und den Drosselkern (Fig. 14).
Nur ein kleiner Teil des Flusses wird dann durch den Anker 121 geschlossen. Die
Verteilung des Flusses im Kern 115 ist die gleiche wie in dem Kern 73 der Fig. 11;
sie hat eine geringe Impedanz der Drosselspule zur Folge.
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Es ist zu beachten, daß der Magnet 123 mit den Polstücken 116 nicht
in Kontakt kommt, wenn er von der vertikalen Lage in Idie Lage parallel zu den Polstücken
gebracht wird. Es tritt also kein Prellen des Magneten taue, was zu einem erheblichen
Verschleiß oder zum Bruch führen könnte. Das Prellen des Magneten könnte außerdem
eine schädliche Verringerung seines Magnetismus verursachen. Auch zwischen dem Anker
121 und Zudem Permanentmagneten 123 tritt kein körperlicher Kontakt auf.
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Mit der vorstehend be-schriebenen Schalteinrichtung kann ein Verbraucher
in der gleichen Weise verbunden sein, wie es im Zusammenhang mit Fig. 12 geschilder
wurde. In Fig. 13 ist eine andere Möglichkeit der Ausbildung des Verbraucherkreises
dargestellt. Wie sich aus wider Figur ergibt, sind die W7Sticklungen 119 in Reihe
mit einem Widerstand R 2 geschaltet. Der eine Anschluß wider einen Spule ist mit
einem Eingangsanschluß E verbunden. Das eine Ende des Widerstandes R2 ist mit einem
Ausgangsanschluß A einer Steuereinheit verbunden. Zwischen dem Ausgangsanschluß
=4 und einem gemeinsamen Leiter 134 liegt eine Verbraucherschaltung 133. Zwischen
dem Eingangsanschluß E und dem gemeinsamen Leiter 134 liegt eine geeignete Wechselstromquelle.
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Parallel zur Verbraucherschaltung 133 liegt ein Gleichrichterelement
D1, das in der einen Richtung einen hohen Widerstand aufweist. Ein ähnliches Gleichrichterelement
D 2 liegt parallel zum Widerstand R 2.
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Die Kathode des Gleichrichters D 1 ist über einen WiderstandRl an
den Minuspol einer Gleichstromquelle G angeschlossen.
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Wenn sich der Magnet 123 zwischen den Polstücken 116 befindet, ist
der Drosselkern gesättigt, so daß nur ein kleiner Teil der angelegten Spannung von
der Drossel aufgenommen wird, also der größte Teil als Halbwellen-Gleichspannung
am Verbraucher auftritt. Während einer Hälfte jeder Periode, in der die
Spannung
am Anschluß E positiv ist, fließt ein Strom vom Anschluß E durch die Wicklungen
119 der Drosselspule, den Gleichrichter 02 und den Venbraucher 133. zum gemeinsamen
Leiter 134. Während der anderen Haibwelle., in der die Spannung von E negativ ist,
fließt ein Strom vom gemeinsamen Leiter 134 durch den Gleichrichter D 1, faden Widerstand
R 2 und die Wicklungen der Drossel zum Anschluß E.
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Wenn der Magnet 123 sich in der vertikalen Stellung befindet, wie
es in Fig. 13 dargestellt ist, ist sein Fluß durch den Anker 121 geschlossen, so
daß nur ein geringer Teil in den Drosselkern gelangt. Die Imped,anz der Drossel
ist Daher sehr hoch, so daß die gesamte angelegte Spannung von der Drossel aufgenommen
wird.
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Die negative Gleichspannung G verursacht einen Stromfluß von dem
gemeinsamen Leiter 134 durch den Gleichrichter D1 in Flußrichtung. Dieser Strom
durch D 1 nimmt ab, wenn der Magnetisiemngsstro11 der Drosselspule fließt. Der Strom
durch R 1 bleibt jedoch etwa derselbe. Solange der Mlagnetisierungsstrom kleiner
ist als der ursprüngliche Strom durch D 1, fließt noch ein kleiner Vorwärtsstrom
durch D 1, so daß die Spannung an Idem Verbraucher einen kleinen negativen Wert
hat.
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Es ist zweckmäßig, die Gleichspannung zwischen dem Leiter 134 und
dem Anschluß G durch Gleichrichtung der Wechselspannung zu erzeugen, die zwischen
dem Leiter 134 und dem Anschluß E besteht.
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Dann ist jedoch zu berücksichtigen, daß der Magnetisierungsstrom
der Drossel der Spannung am Anschluß E um nahezu .900 nacheilt; er hat daher gegenüber
dem negativen welligen Gleichstrom durch den Gleichrichter D t nicht einen Phasenunterschied
von 1800, wie es an sich erwünscht wäre. Dadurch wird jedoch nur ein geringer Ausgangsimpulls
mit einem Leitfähigkeitswinkel von etwa 600 verursacht. Versuche zeigen, daß dieser
Impuls einen Phasenunterschied von 900 gegenüber der Ausgangsspannung bei gesättigtem
Kern aufweist; dies hat keine nachteilige Wirkung für die Arbeitsweise der logisch
entscheidenden magnetischen Schaltelemente, die durch die Schalteinrichtung gesteuert
werden.
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Man sieht, Idaß (bei positiver Spannung von E der Ausgangsstrom nicht
durch den Widerstand R 2 fließt, sondern den GleichrichterD2, der einen geringen
Flußspannungsabfall aufweist. Auf diese Weise ist die Regelung der Schaltung verbessert.
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Bei negativer Spannung von E fließt durch den Widerstand R2 ein Strom,
der den Drosselkern des Endlagenschalters rückmagnetisiert. Der Ohmbetrag des Widerstandes
R2 kann verhältnismäßig hoch sein, so daß dadurch der Rückmagnetisierungsstrom begrenzt
wird.
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Die vorstehend beschriebene Schaltung ist besonders geeignet für
Steuereinheiten, ldie mit magnetisch wirkenden, logisch entscheidenden Schaltelementen
ausgerüstet sind. Gemäß Fig. 1.5 können mehrere Endlagenscbalter LS1, LS2 und LS3
einer Steuereinheit zur Steuerung einer entsprechenden Anzahl von Verbraucherschaltungen,
die sämtlich mit dem gemeinsamen Leiter 134 verbunden sind, zugeordnet sein. Bei
der vorliegenden Schaltung ist es nicht erforderlich, für jeden Endlagenschalter
eine besondere Sekundärwickliung des Transformators vorzusehen. Weiterhin braucht
man auch nicht für jeden Endlagenschalter eine besondere Gleichstromquelle vorzusehen,
um zu verhindern, daß der Magnetisierungsstrom der Drossel über den Verbraucher
fließt.
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Die einzigen erforderlichen Spannungsquellen sind
die Wechselspannungsquelle
und die negative Gleichspannungsquelle, die bei Steuereinheiten mit magnetisch arbeitenden,
logisch entscheidenden Elementen an sich verfügbar sind. Es versteht sich, daß die
richtige Pha!senlbeziehung zwischen der Wechselspannung und der Welligkeit der negativen
Gleichspannung beachtet wenden muß.
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Schaltungen mit logisch entscheidenden Elementen sind bei Verwendung
Ider erfindungsgemäßen Schalteinrichtungen einfacher und haben bessere Eigenschiaften
als Schfaltungen mit bisher bekannten Endlagenschaltern. Das vorliegende System
erfordert lediglich Gleichrichterelemente und Widerstände in Verbindung mit einem
kontaktlosen Schaltelement mit sättigbaren Drosselspulen. Die erforderlichen Schaltverbindungen
sind unkompliziert; ein relativ große Anzahl von Schalteinheiten kann einer einzigen
Steuereinrichtung zugeordnet werden.
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Die Fig. 16 und 17 zeigen weitere Au,sführungsbeispiele der Erfindung.
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In der in Fig. 16 dargestellten Abwandlung der Erfindung sind die
Wicklungen 119 auf einen Drosselkern angeordnet, der an seinen Endteilen 117 zwischen
zwei Polstücken 116' gehalten wird. In jedes Polstück 116 ist eine Nut 141 eingelasse;i.
Ein Magnet anker 121' besitzt Teile 142, die sich mit der einen Fläche der Nuten
141 auf Idem gleichen Niveau befinden. Ein Magnet 123', der im wesentlichen Hufeisenform
hat, wird von einer Platte 143 getragen, die an einer drehbaren Weile 114 befestigt
ist. Die Platte 143 kann an der Welle 144 durch eine Madenschraube 145, die durch
den Bund 146 geführt ist, befestigt sein.
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Der Magnet 123' wird mit Hilfe der Welle 144 durch einen geeigneten
Mechanismus gedreht. Wenn der Magnet 123' sich in der Lage befindet, wie sie in
Fig. 16 dargestellt ist, wird der Magnetfluß durch den Anker 121' geschlossen, so
daß er den Drosselkern nicht durchsetzt. Der Drosselkern ist daher ungesättigt,
und die Ausgangsspannung des Schaltsystems hat ihren kleinsten Wert. Wenn der Magnet
123' sich zwischen den Polstücken 116' befindet, durchsetzt im wesentlichen sein
gesamter Fluß den Drosselkern.
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Nur ein sehr geringer Teil des Flusses wird durch den Anker geschlossen.
Die Ausgangsspannung des Systems hat dann demnach ihren größten Wert.
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Wenn die Welle 144 weiterrotiert, entfernt sich wider Magnet 123'
vom Drosselkern, so daß die Ausgangsspaunung von ihrem maximalen auf den minimalen
Wert fällt. Der Magnetanker 121' hat die Aufgabe, die Änderungsgeschwindigkeit der
Ausganglsspannung von »Aus« nach »Ein« und umgekehrt zu vergrößern.
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Bei Idem soeben beschriebenen Aufbau entsteht kein körperlicher Kontakt
zwischen den Magneten 123 und den Polstücken 116. Es tritt daher auch kein Prellen
des Magneten gegen die Polstücke oder den Anker auf. Weiterhin kann die Welle 144
bei der Betätigung der Schalteinrichtung in jeder Richtung gedreht werden, wobei
die elektrische Wirkungsweise in jedem Fall dieselbe ist.
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Man erkennt, tdaß die Schalteinrichtung nur während eines kleinen
Teiles jeder Drehung der Welle 144 eine Ausgangsspannung liefert. Ausgangsspannungen
während eines beliebigen vorgegebenen Teiles der Drehung können in der Weise erzielt
werden, daß jeweils eine Drosselspule, deren Ausgangsstrom ein magnetisches Element
eines Steuersystems erregt, an dem geeigneten Punkt Ides Umfanges der Platte 143
angeordnet wird. Eine andere Drosselspule kann
dann an jedem gewünschten
Punkt des Umfanges der Scheibe 143 vorgesehen sein und derart wirken, daß sie das
magnetische Element entregt oder ein anderes magnetisches Element erregt. Falls
eine Uberlappung auftritt, können die einzelnen Einheiten in der Richtung der Welle
144 übereinander angeordnet werden.
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Bei der Konstruktion nach Fig. 17 ist eine lineare Bewegung des Magneten
123' vorgesehen. Der Magnet wird von einer Lage, in der er sich zwischen den Endteilen
des Ankers 121' befindet, in eine andere Lage gebracht, in der er in die Nuten 141
der Polstücke 116' eingreift.
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Der Magnet 123' wird von der hin- und hergehenden Stange 148 getragen,
die in Lagern 149 montiert ist. Ein Nocken 151, der von einer Welle 144' angetrieben
wird, steht in Berührung mit einer Rolle 152, so daß die Stange 148 mit dem Magneten
123' bei der Drehung der Welle 144' hin- und herbewegt wird.
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Eine Feder 153 bewirkt die Rückstellung der Stange 148 und des Magneten
123'. Solange sich der Magnet 123' zwischen den Schenkeln 122' Ides Ankers 121'
befindet, liefert das Schaltsystem keine Ausgangs spannung. Wenn der Magnet sich
zwischen den Polstücken 116' befindet, hat die Ausgangsspannung ihren größten Wert.
Die Welle 144' kann in jeder gewünschten Weise angetrieben und Nocken verschiedener
Arten können verwendet werden, so daß während irgendeines gewünschten Teiles der
Drehung eine Ausgangsspannung auftritt.
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Es ist ersichtlich, daß auch die kontaktlosen Schalter nach den Fig.
16 und 17 Idie an einem Verbraucher liegende Spannung in ähnlicher Weise zu steuern
gestatteten wie Kontakt- oder Messerschalter; sie haben jedoch diesen gegenüber
den Vorteil einer größeren Zuverlässigkeit und Lebensdauer, da sie nicht einem Verschleiß
durch Lichtbogenbildung ausgesetzt sind. Sie sind ebenso wie die früher beschriebenen
Ausführungsbeispiele Ider Erfindung vor allem geeignet, in Verbidung mit logisch
entscheidenden magnetischen Schaltelementen als Endiagenschalter den Arbeitsvorgang
einer Werkzeugmaschine oder eines anderen Gerätes zu steuern.
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PATENTANSPROCHE: 1. Kontaktlose Schalteinrichtung für Wechselstrom,
gekennzeichnet durch eine Drossel spule mit einem in sich geschlossenen, sättigbaren
Eisenkern, der auf zwei gegenüberliegenden Schenkeln zwei in Reihe geschaltete,
von ;dem Wechselstrom durchflossene, gleichsinnige Wicklungen trägt, und Idurch
einen Permanentmagneten, Ider zwischen einer Stellung, in der er den Kern zwischen
den Wicklungen diametral überbrückt und den Drosselker.n sättigt (»Ein«-Stellung),
und einer Stellung, in der er den Fluß des Kernes im wesen lichen nicht beeinflußt
(»Aus «-S teilung), beweglich ist.