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Die Erfindung betrifft eine mehrpolige Magnetanordnung mit Wippdrücker,
insbesondere für elektrische Installationsschalter, mit einem an dessen Unterseite
angebrachten, aus ferromagnetischein Blech bestehenden Magnetanker, der in beiden
Wippendstellungen im Schutzgehäuse magnetisch verrastet ist.
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Die in den französischen Patentschriften 1221 117, 1288 676 beschriebenen
Ausführungen von Wippdrücker verwendeten elektrischen Schaltern zeichnen sich unter
anderem dadurch aus, daß sie zwischen den Polen eines einzigen Magneten einen Drücker
schwingen lassen, der mit einem einzigen Anker versehen ist, dessen Aufgabe es ist,
zugleich die Stabilität des Drückers in seinen vorbestimmten Endstellungen, seine
Instabilität zwischen diesen Stellungen und schließlich die Aufrechterhaltung der
Magnetisierung durch teilweisen Schluß des magnetischen Kreises zu sichern.
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Die hieraus bekannten Vorrichtungen verlangen, daß das mechanische
Kraftmoment jedes Magnetpoles in bezug auf die Drehachse des Drückers genügend groß
ist, um eine feste Stabilität des Drückers in seinen Gleichgewichtsstellungen und
demgemäß im Fall der Anwendung bei elektrischen Schaltern einen guten Kontakt zu
sichern, was außer bei Verwendung kräftiger und somit teurer Magneten den Gebrauch
kurzer Magneten ausschließt.
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Nun gestatten z. B. die Bariumferrite die genaue Herstellung von kurzen,
flachen und breiten Magneten, die im Vergleich zu Stahlmagneten von gleicher Stärke
weniger aufwendig sind.
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Die Erfindung bezweckt es dank einer neuen Art, den Drücker über einen
Magneten wippen zu lassen, für solche Wippdrücker die Verwendung von kurzen und
breiten Magneten geringer Stärke zu ermöglichen, die in den bisher bekannten Vorrichtungen
unbrauchbar wären, aber nichtsdestoweniger vermöge der neuen Anordnung trotz ihrer
geringen Stärke eine gute Stabilisierung des Drückers und damit einen guten Kontakt
in den damit ausgerüsteten elektrischen Schaltern gewährleisten. Infolgedessen wird
vermieden, daß man eine unzureichende Länge des Magneten durch eine Erhöhung seiner
Stärke kompensieren muß.
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Unabhängig hiervon bezweckt die Erfindung es noch, die Einwirkung
des zur Betätigung benutzten Fingers auf den Stößel durch eine hieran angepaßte
Gestaltung von diesem selbst und der ihn umgebenden Flächen zu erleichtern. ; Um
den ersten Zweck zu erreichen, beruht der Grundgedanke der Erfindung zunächst auf
der Beobachtung, daß in allen Fällen, wenn zur Stabilisierung des Drückers das Bestreben
seines Ankers zur Verminderung des magnetischen Widerstandes durch ; Unterbrechung
des maximalen Flusses ausgenutzt wird, neue Mittel der Stabilisierung vorhanden
sein müssen. Der Grundgedanke beruht somit in der Offenbahrung und Auswahl des dem
Zweck entsprechenden Mittels, wie dies im folgenden erläutert wird.
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Während bisher die Stabilisierung erreicht wurde, indem man den Anker
derart wippen ließ, daß er sich abwechselnd der Nordfläche des Magneten mit seinem
einen Außenende und der Südfläche mit seinem anderen Außenende näherte, läßt die
vorerwähnte Beobachtung tatsächlich den Gedanken aufkommen, daß man dies auch erreichen
kann, indem man den Anker derart wippen läßt, daß das eine oder das andere Außenende
sich abwechselnd den Nord-und Südflächen zugleich nähert.
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Nachdem man also bisher die Drehachse des Drükkers und seines Ankers
längs einer zur die Pole verbindenden Linie rechtwinkligen Richtung angeordnet hat,
ist sie erfindungsgemäß längs einer zur Polverbindungslinie N-S parallelen Richtung
zwischen beiden Polpaaren N--S, N'-S' eines quermagnetisierten Stabmagneten von
rechteckigem Querschnitt in einem Schutzgehäuse angeordnet, und der Drücker wippt
mit Magnetanker in einer Ebene über den beiden Polpaaren des Magneten. Der durch
den Anker verlaufende Fluß ist dann maximal, wenn der Anker mit den Rändern der
beiden Polflächen in Kontakt kommt durch das eine oder andere seiner Außenenden.
Daher ergeben sich auch hierbei zwei Stabilitätsstellungen des den Anker tragenden
Drückers, wobei die eine dem Kontakt des Ankers mit einem Rand der Polflächen und
die andere dem Kontakt mit dem anderen Rand dieser Flächen entspricht.
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Diese neue Lösung gestattet die Verwendung von flachen Magneten von
breitem Querschnitt, deren Polflächen zu sehr angenähert sind, als daß bei der Anordnung
der Drehachse des Ankers längs einer zur Pollinie rechtwinkligen Richtung die Anzugskräfte
noch einen ausreichenden Hebelarm hätten. Demgegenüber kann bei gegebener Magnetlänge
die Anordnung der Drehachse des Drückers und seines Ankers längs einer Parallele
zur Polverbindungslinie N=S den Anzugskräften des Ankers am Drücker einen ausreichenden
Hebelarm verschaffen, insbesondere, wenn diese Achse zugleich in der mittleren Ebene
des größeren Ausmaßes des Magneten liegt.
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Diese Maßnahmen ermöglichen es insbesondere bei Bariumferritmagneten,
sie unter günstigsten Bedingungen zu verwenden und sie hier mit den weniger stabilen
und aufwendigeren Stahlmagneten in Wettbewerb treten zu lassen.
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Während im hier betrachteten Fall eines elektrischen Schalters das
im Luftspalt erreichbare Feld durch den geringsten Wert fier Druckkraft der Kontakte
bestimmt wird, ist das geringste Volumen des zu benutzenden magnetischen Werkstoffes
durch die Beziehung B - h - V = k - H2 - v bestimmt, wobei man dem Produkt
Bh den höchsterreichbaren Wert gibt. Es bedeutet B die Induktion,
h das induzierende Feld, V das Volumen des Magneten, k den Hopkinson-Koeffizienten,
H das Feld im Luftspalt, v das Volumen des Luftspaltes. Um aber den Arbeitspunkt
des Magneten an den Punkt von größtem Bh zu bringen, muß im Fall von Bariumferriten
das nach Minimum berechnete Volumen V unterhalb einer geringen Länge infolge der
Form der Charakteristik also realisiert werden, daß der Magnet kurz und breit wird.
Die erörterte Maßnahme gestattet es, wie gesagt, solche Magneten zu verwenden. Sie
benutzt sie aber im übrigen unter günstigsten Bedingungen, weil sie außer der Verschiebung
des Arbeitspunkts in die Nachbarschaft des Punkts von maximalem Bh auch den Luftspalt
auf sein Minimum reduziert, indem sie ihn in den Stabilitätsstellungen praktisch
verschwinden läßt. Daraus ergibt sich ein Streukoeffizient k sehr nahe beim Wert
1 und infolgedessen ein Anwachsen des Feldes im Luftspalt und des Anzugs des Ankers.
Im Verlauf der Wippbewegung des vom Drücker getragenen Ankers schwankt der Arbeitspunkt
des Magneten somit auf einer Rücklaufgeraden,
die mit dem in der
Nachbarschaft des Punkts von maximalem Bh liegenden Teil der Charakteristik zusammenfällt,
so daß damit jede Entmagnetisierung vermieden wird.
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Schließlich besteht die Erfindung zusätzlich in dem Gedanken der Benutzung
der Abdeckplatte von Drückerschaltern zur Führung der Bewegung des Fingers in Richtung
zum Drücker hin, über dem Drücker und jenseits von ihm, d. h. vor, während und nach
der Druckwirkung des Fingers auf den Drücker. Zu diesem Zweck ist der Abdeckplatte
eine konkave Form gegeben, die es ihrer Oberfläche gestattet, sich ohne schroffen
Übergang mit der Oberfläche des Drückers zusammenzupassen. Der Finger tritt infolgedessen
weich auf den Drücker auf und löst sich ebenso von ihm, wenn dieser gewippt hat
und sich von neuem, nun aber mit seinem anderen Ende an die Oberfläche der Abdeckplatte
anpaßt.
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Die Erfindung betrifft im Prinzip die nach den dargelegten Gedanken
konstruierten magnetischen Vorrichtungen mit Drückern. Sie betrifft ferner in deren
Eigenschaft als neues industrielles Erzeugnis die diese Vorrichtungen verwendenden
Geräte und insbesondere die elektrischen Ausschalter und Gegentaktschalter. Schließlich
betrifft die Erfindung noch mehr im einzelnen die Ausführungsformen der Anordnungen
und Geräte, die nun beschrieben werden sollen. Die Beschreibung und Zeichnung der
Beispiele soll nur der Erläuterung und in keiner Weise der Einschränkung der Erfindung
dienen.
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Die Zeichnung hat elf Figuren, die das erste Beispiel eines magnetischen
Wippdrückers für Kurzmagneten betreifen. Es zeigt F i g. 1 eine Aufsicht des Sockels
ohne Drücker und Abdeckung, F i g. 2 einen Schnitt durch den ganzen Schalter in
parallelen Ebenen längs l=m, F i g. 3 desgl. längs p-p, F i g. 4 desgl. längs r-r,
F i g. 5 eine Vorderansicht eines Polstücks, F i g. 6 eine Unteransicht des Drückers,
F i g. 7 eine Rückansicht des Drückers, F i g. 8 eine Seitenansicht des Drückers
von links, F i g. 9 eine Aufsicht des Deckels, F i g. 10 eine Unteransicht des Deckels,
F i g. 1.1 eine Seitenansicht des Deckels von links. Im folgenden wird bezeichnet:
als obere Fläche des Sockels Z diejenige auf der Seite des Deckels C, als untere
Fläche diejenige, die dem Auflager zugekehrt ist, auf dem der Schalter befestigt
werden soll. In gleicher Weise sind die oberen Flächen des Drükkers P und des Deckels
C diejenigen, die entgegengesetzt zum Auflager im Hinblick auf den Sockel liegen,
während die anderen die unteren Flächen sind.
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Ein rechteckiger Magnet A von 20 mm Länge, 6 mm Tiefe, 7 mm Höhe aus
einem Werkstoff von großer Koerzitivfeldstärke, wie z. B. isotropen Bariumferriten,
der in Richtung des Maßes 6, d. h. in waagerechter Richtung, magnetisiert und mit
Weicheisenpolstücken NN' und SS' ausgerüstet ist, ist mit diesen Polstücken
in einen Sockel aus Isolierstoff eingesetzt (F i g. 1 bis 4).
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Die Polstücke sind Abschnitte von einer Weicheisenplatte von 1,5 mm
Dicke (F i g. 5). Sie haben außer dieser Dicke die Form eines Rechtecks von 20 X
8,5 mm mit einem Ausschnitt von 1,5 mm Höhe auf eine Breite über 12 mm in Richtung
ihrer Länge derart, daß an ihren Außenenden auf gleicher Seite zwei Zähne
N und N' (oder S und S') von 4 mm Länge und 1,5 mm Breite gebildet
werden. Diese Zähne, deren Dicke bei 1.,5 mm bleibt, sind dazu bestimmt, den magnetischen
Fluß gegen die Außenenden des Ankers B des Drückers P zu leiten, wie später beschrieben
wird.
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Der Sockel Z hat die Form eines Kreuzes mit vierhochstehenden Außenkanten,
die als eine das Kreuz umgebende Wand einen Schutzkasten um den Schalter bilden.
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Das Kreuz ist an zwei seiner Außenenden für den Durchtritt von Schrauben
zur Befestigung des Schalters an seinem Auflager durchlocht.
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Der Magnet und seine Polstücke sind längs dem Kreuzkörper derart angeordnet,
daß der Mittelpunkt des Magneten mit dem des Kreuzkörpers und die größere Achse
des Magneten mit der Kreuzkörperachse zusammenfallen, während das magnetische Moment
des Magneten (oder seine Pollinie, was auf dasselbe herauskommt) in Richtung der
Arme des Kreuzes gelenkt ist.
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Die Zähne der Polstücke überragen um 1,5 mm bei N, N', S, S'
den Magneten und die obere Fläche des Sockels, unterhalb welcher er eingebaut ist.
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Zwei Ansätze a und b, die auf beiden Seiten des Magneten
über seiner Pollinie gelagert sind, bilden auf der Oberfläche des Kreuzes zwei Vorsprünge
von 4 mm Höhe. Auf jedem dieser Ansätze ist eine halbzylindrische Aushöhlung c bzw.
d von 2 mm Durchmesser und 4 mm Länge, die von der Magnetseite her offen ist, ausgearbeitet,
um als Lagerung für die Drehachse des Drückers zu dienen.
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Zwei Messingstücke e und f vom Maß 8 X 5 X 5 mm sind in senkrechter
Richtung für die Befestigung von Leitungsdrähten durchbohrt und mit je zwei Löchern
von 3 mm Durchmesser im Winkel zueinander und um 3 mm von einem Außenende der Stücke
her versetzt angeordnet. Das eine dieser Löcher ist mit einer Befestigungsschraube
versehen. Die beiden Stücke sind in die Arme des Kreuzes durch Einformung, Einnietung
oder jedes andere übliche Mittel eingelagert, wobei ihre große Dimension in Richtung
der Arme liegt, ihre Mitte von der Seite der Polflächen her nicht durchlocht ist
und ihre (mit der Befestigungsschraube) versehene Oberfläche von 8 X 5 mm um 1,5
mm die obere Fläche des Sockels überragt. Der Abstand zwischen beiden Stücken beträgt
18 mm; ihr Abstand zur Achse der in die Ansätze eingearbeiteten Aushöhlungen beträgt
3 mm.
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In den Isolierstoff des Sockels eingearbeitete Kanäle ermöglichen
die Zuführung der Leitungsdrähte zu den Löchern in den Messingstücken.
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Der Drücker ist ein Isolierstoffstück von 24 mm Länge, 12 mm Breite
und 5 mm Dicke in seinem schwächsten bis zu 6 mm im stärksten Querschnitt. Seine
obere Fläche, auf der (bei der Betätigung des Schalters) der Finger zum Aufsetzen
kommt, ist zylindrisch-konkav mit 100 mm Radius, während seine Unterseite
wie ein Dieder von l50° zueinander geneigte Flächen aufweist.
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Eine Achse g-h aus Stahl von 2 mm Durchmesser und 20 mm Länge durchsetzt
den Drücker transversal über seiner Unterseite und parallel zur kleinen Achse dieser
Fläche. Sie steht auf jeder Seite des Drückers um 4 mm heraus.
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Ein Weicheisenanker B von 1,5 mm Dicke bedeckt die Unterseite des
Drückers, deren diedrische Form übernehmend. Er ist unter dieser Fläche durch Aufklebung
oder
jedes andere gebräuchliche Mittel befestigt.
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Schließlich ist ein federndes Messingblatt L von 23 mm Länge auf 3
mm Breite und 0,4 mm Dicke, das an jedem seiner beiden Außenenden einen Silberkontaktknopf
i bzw. j trägt, zwischen der Unterseite des Drückers und dem Anker im Kreuz zu ihm
befestigt, 4 mm von der Kante des von der Unterseite des Drückers gebildeten Dieders
entfernt, wobei die Silberknöpfe gegen den Anker gekehrt sind.
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Der in dieser Weise ausgerüstete Drücker sitzt über dem Sockel, wobei
der Anker dem Magneten zugekehrt ist und die beiden Außenenden der Drehachse in
den Aushöhlungen der Ansätze gelagert sind. In dieser Weise gelagert, hat der Drücker
zwei Gegengewichtsstellungen, je nachdem das eine seiner Außenenden auf die Zähne
NS oder das andere Ende auf die Zähne NS' hin geneigt ist.
In derjenigen dieser beiden Stellungen, die die Silberknöpfe an dem Federblatt
L auf die Kontaktstücke e und f aufdrückt, wird der Kontakt zwischen ihnen
hergestellt und der Stromkreis geschlossen. In der anderen Stellung ist er offen.
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Die ganze Anordnung aus Sockel, Kasten und Drücker ist zum Schutz
mit dem Deckel C (F i g. 9 bis 11) versehen, in dem sich ein rechteckiges Fenster
F vom Maß 25 X 13 mm befindet, durch das der Drücker herausragt, wenn der Deckel
aufgesetzt ist.
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Die obere Fläche des Deckels weist das Merkmal auf, derart zylindrisch-konkav
zu sein, daß sie sich 'ohne Absatz der oberen Fläche des Drückers an seinem einen
oder anderen Ende auf derjenigen Seite anpaßt, der er zugeneigt ist, wobei der Krümmungsradius
dieser Fläche gleich derjenigen der oberen Fläche des Drückers ist, z. B. 100 mm.
Diese Maß- ; nahme erleichtert die Betätigung des Drückers und macht sie sehr angenehm,
indem sie die Bewegung des Fingers durch Führung an seiner Bewegung.begünstigt.
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Die Befestigung des Deckels kann durch zwei Schrauben erfolgen, deren
-Schaft sich in den Armen des Kreuzes befestigen läßt; hier ist jedoch eine Befestigung
nach Art einer Gleitbahn mit Schieber vorgesehen, die zugleich einfacher, schneller
und eleganter ist. Zu diesem Zweck sind die Wände des Kastens in ihren oberen Teilen
zu einem dem Kasteninnern zugewendeten und teilweise ausgeschnittenen Rahmen T umgebördelt.
Da die Enden des Kreuzes 6 mm von der unteren Fläche der Rahmenteile T entfernt
sind, ist die Aufschiebung des Deckels gut möglich. Der Deckel C trägt auf seinen
Seitenflächen und auf seiner Rückseite (in F i g. 1 nach seiner Anbringung von hinten
gesehen) eine Nut R, in die die Rahmenteile T am Kasten zum Eingriff kommen und
auf diese Weise die Befestigung des Deckels sichern. Die Wand des Kastens ist über
die ganze Länge der Rückseite derart ausgeschnitten, daß der Deckel sich in den
seitlichen Nuten einführen läßt. Man drückt den Drücker von dieser Seite aus, d.
h. nach vorn herunter und schiebt den Deckel auf. In seiner Mittel- ' Stellung angekommen,
läßt er den Drücker wippen, dessen Mitte sich dann zurückbewegen kann, indem sie
in das Fenster des Deckels dessen Weiterbewegung entsprechend eintritt. Ein Keil
K, der an der Unterseite des Deckels angebracht ist und seine Schrägfläche ins Kasteninnere
kehrt, läßt den Deckel am Bewegungsende einrasten und verhindert seine Rückbewegung
ohne Hilfe eines Werkzeugs, mit dem sich der Deckel genügend biegen läßt, um den
Keil aus dem Eingriff der ihn zurückhaltenden Wand herauszubringen. Zu diesem Zweck
weist diese Wand unter dem Deckel eine schwache Aussparung E auf, die z. B. die
Einführung eines Schraubenziehers zuläßt.
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Das nicht dargestellte Beispiel 2 weist die gleiche Anordnung wie
im Beispiel 1 auf; jedoch ist das am Drücker befestigte Federblatt durch ein Federblatt
ersetzt, das an einem der als Kontaktklemmen dienenden Messingstücke befestigt ist.
Der Drücker drückt bei seiner Wippbewegung dieses Blatt auf das andere Kontaktsück
oder läßt es zurücktreten, was den Stromkreis schließt oder öffnet.
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Das nicht dargestellte Beispiel 3 betrifft einen Gegentaktschalter
mit magnetischem Wippdrücker und Kurzmagnet. Die Anordnung ist die gleiche wie in
den Beispielen 1 oder 2, aber mit zusätzlichen identischen zwei Messingkontaktstücken
und einem Federblatt L entsprechend denen der Beispiele 1 oder 2, die in einer symmetrischen
Stellung zueinander derart eingebaut sind, daß sie einen durch die Wippbewegung
des Drückers bewirkten Gegentakt erzeugen.