DE1299063C2

DE1299063C2 - Elektromagnetische schalteinrichtung fuer impulsbetrieb

Info

Publication number: DE1299063C2
Application number: DE1966S0103543
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7144 Apers; Nietsch Rudolf Dipl.-Ing. 8033 Planegg; Karrer Korbinian; Adler Manfred; 8000 München Mecklenburg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1976-03-11
Also published as: CH475646A; NL6700186A; US3535596A; AT284249B; SE341744B; JPS5434137B1; GB1174644A; BE697756A; DE1299063B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Schalteinrichtung, die mittels eines kurzen Stromimpulses betätigt wird, dessen Zeitdauer kleiner ist als die Betätigungszeit der Schalteinrichtung, und bei der der Abbau des von dem kurzen Stromimpuls im Eisenkreis erzeugten Magnetfeldes durch Wirbelstrombildung verzögert wird.

Bei einer zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Erfindung bereits offenkundig vorbenutzten elektromagnetischen Schalteinrichtung (»Hilfsfernschalter« Bautrt D, gemäß BBC- Liste AN 3i v. April 1957, und Zeichnung der Firma BBC Nr. A42-05.130 Zs) wird eine Verzögerung des Abbaues des jeweils von einem kurzen Stromimpuls im Eisenkreis der Schalteinrichtung erzeugten Magnetfeldes durch Wirbelstrombildung vor •llem mittels einer als Kurzschlußwicklung wirkenden Messinghülse geschaffen. Diese stellt jedoch ein zusatzliches Bauteil dar, für das nicht nur selbst, sondern auch für dessen Montage beim Zusammenbau der Schalteinrichtung Kosten entstehen. Ferner wird das Bestreben nach größtmöglicher Einfachheit des konstruktiven Gesamtaufbaus der Schalteinrichtung mit möglichst wenig Einzelteilen gestört, und schließlich wird auch das notwendige Einbauvolumen vergrößert. Letzteres muß besonders bei Schalteinrichtungen der eingangs genannten Art, welche in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen Verwendung finden, vermieden ^b-< werden, weil dort besonders danach gestrebt wird, die Schalteinrichtung so weit als möglich zu miniaturisieren.

Bei einer weiterhin bekannten Anordnung (DT-PS 9 27 396), erfolgt die einleitend erwähnte Verzögerung des Magnetfeldabbaus durch Wirbelstrombildung in der Weise, daß die Erregerwicklung oder eine eigene Ki-rzschlußwicklung der Schalteinrichtung zu einem geeigneten Zeitpunkt elektrisch kurzgeschlossen wird. Hierzu ist selbst dann, wenn keine zusätzliche Kurzschlußwicklung vorgesehen ist, sondern die ohnedies vorhandene Erregerwicklung als Kurzschlußwicklung benützt wird, in jedem Falle ein besonderer Schaltkontakt erforderlich, so daß analog zu der bereits besprochenen offenkundig vorbenutzten Schalteinrichtung der Firma BBC auch hier zusätzliche Kosten sowie ein erhöhter Raumbedarf und eine Verkomplizierung des Gesamtkonzepts der Schalteinrichtung entstehen. Bei der bekannten Anordnung kann zudem der Kurzschluß der Wicklung und damit der Beginn der Wirbelstrombildung zur Verzögerung des Feldabbaus zwang/äufig erst nach einer gewissen Mindestbewegung des Ankers der Schalteinrichtung einsetzen, so daß Stromimpulse, welche kürzer sind als die zum Aufbau des Magnetfeldes für den Ankerhub notwendige Mindestzeit, überhaupt nicht zur Auswirkung kommen können. Stromimpulse von derartiger Kürze finden jedoch in der Fernmelde- insbesondere Fernsprechtechnik zunehmend Verwendung, weil dort nach dem Entwicklungstrend Schdlteinrichtungen der eingangs genannten Art zunehmend mit elektronischen Steuereinrichtungen zusammenarbeiten.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine elektromagnetische Schalteinrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden, die sich in erwähnter Weise mittels eines kurzen Stromimpulses betätigen läßt, dessen Zeitdauer kleiner ist als die Betätigungszeit der Schalteinrichtung, ohne daß jedoch für die Verzögerung des Abbaus des von dem kurzen Stromimpuls im Eisenkreis erzeugten Magnetfeldes durch Wirbelstrombildung irgendein zusätzliches Bauteil oder eine zusätzliche Schaltungsmaßnahme erforderlich ist.

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung durch eine derartige Ausbildung des Eisenkreises, daß die wirbelstrombildung in seinem weichmagnetischen Teil selbst in zur Betätigung der Schalteinrichtung ausreichender Stärke und Dauer auftritt.

Der vorgenannten technischen Lehre liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei de·· Betätigung einer Schalteinrichtung der eingangs genannten Art deren Anker bzw. der bewegliche Teil der Kontakteinrichtung bereits vom Beginn des Einschaltens des kurzzeitigen Stromimpulses ab aus der Ruhelage bewegt wird, und daß es nach Abschalten des Stromimpulses lediglich notwendig ist, den Anker bis zu einer vollen Betätigung weiterhin mit magnetischer Energie zu versorgen, wobei diese Energie keineswegs in der Anfangsstärke aufrechterhalten werden muß, sondern während der vorgenannten Überbrückungszeit in dem Maße abnehmen darf, in dem sich durch die fortschreitende Bewegung des Ankers der Arbeitsluftspalt zunehmend verkleinert. Es genügt also eine Speicherung der beim Abschalten des kurzzeitigen Stromimpulses vorhandenen magnetischen Energie ausschließlich im Eisenkreis der Schalteinrichtung, um den durch den Stromimpuls jedenfalls in eine von der Stromstärke abhängige Anfangsbeschleunigung versetzten Anker bzw. sonstigen beweglichen Teil der Kontakteinrichtung in seine Endlage zu betätigen.

Der sichere Durchzug des Ankers wird unterstützt, wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung

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die Schalteinrichtung mit einem den Eisenkreis vormagnetisierenden Dauermagneten ausgerüstet, ist, weil hierbei einerseits der Dauermagnet ab einer gewissen Teilbetätigung der Kontakteinrichtung und automatisch einhergehenden Verkleinerung des Arbeitsluftspaltes die restliche volle Betätigung der Kontakteinrichtung auch dann übernimmt, wenn bis dahin die gespeicherte magnetische Energie völlig abgeklungen sein sollte und weil ferner der Dauermagnet die betätigte Kontakteinrichtung in dieser Schaltstellung hält, so daß der Anwendungsbereich der Schalteinrichtung in einer beispielsweise bei Haftrelais bekannten Weise entsprechend erweitert ist.

Besonders kurze Impulszeiten, vorzugsweise in der Größenordnung von Mikrosekunden, lassen sich erreichen, wenn gemäß einem Ausführungsbeisp^l der Erfindung eine Schalteinrichtung mit einem Eisenkreis verwendet wird, der einen senkrecht in eine Trägerplatte eingesetzten, von der Erregerwicklung umschlossenen Stiftkern, ferner einen im wesentlichen parallel zur Trägerplatte angeordneten, mit dem benachbarten Ende des Stiftkerns kontaktgebend zusammenarbeitenden, in seiner Ruhestellung an einer Gegenlage anliegenden magnetisierbaren Anker und einen vorzugsweise parallel zum Sliftkern angeordneten Dauermagnet enthält (DT-AS 11 91 042). Hierbei sind nämlich besonders vorteilhafte magnetische Verhältnisse gegeben und ein prellarmes Arbeiten eines massemäßig kleinen und schnell betätigbaren Ankers gewährleistet. Der als Quelle für den beschriebenen grundsätzlichen Aufbau einer Schalteinrichtung genannten deutschen Auslegeschrift ist keine Anregung entnehmbar, den dort vorhandenen weichmagnetischen Teil des Eisenkreises so zu dimensionieren, daß vorausgehend überhaupt ein ausreichend großer magnetisches Feld aufgebaut wird, dessen Abbau durch Wirbelstrombildung sich so lange verzögern läßt, daß der Anker der Schalteinrichtung auch nach Abschaltung des elektrischen Erregerimpulses in jedem Fall voll betätigt wird.

Die Arbeitsweise einer in vorstehender Weise ausgebildeten Schalteinrichtung wird verbessert und gleichzeitig eine raumsparende Bauweise erzielt, wenn die Schalteinrichtung mit einem das nicht kontaktgebende Ende des Stiftkerns und den Anker magnetisch verbindenden, der Flußrückführung und gleichzeitig der Schirmung dienenden Joch ausgerüstet ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine elektromagnetisch betätigbare Schalteinrichtung im Schnitt,

F i g. 2 ein Kurvenbild über die Abhängigkeit der Erregerimpulszeit von dessen Leistung,

F i g. 3 ein Schaubild über den Verlauf de:, kurzzeitigen Stromimpulses in bezug zur Zeit.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schalteinrichtung ist mit 1 eine Trägerplatte bezeichnet, in welche mittels eines Glaspfropfens in an sich bekannter Druckglaseinschmelztechnik ein magnetisierbarer Stiftkern 3 eingesetzt ist, dessen in das Innere eines mit Schutzgas gefüllten, durch einen auf die Trägerplatte 1 aufgesetzten Deckel 4 gasdicht abgeschlossenen Kontaktraums 5 ragendes Ende kontaktgebend mit einem magnetisierbaren Anker 6 zusammenarbeitet, der über eine Blattfeder 7 beweglich am Deckel 4 gelagert ist. Mit 8 ist eine den Stiftkern 3 umschließende Erregerwicklung bezeichnet, die auf einem Spulenkörper 9 aufgebracht ist. Zwischen Stiftkern 3 und Anker 6 ist ein magnetisierbares Joch 10 angeordnet, das der Flußrückführung und gleichzeitig als Abschirmung dient. Der Eisenkern ist durch einen Dauermagnet 12 vorerregt, dessen Kraft jedoch nicht ausreicht, um den abgefallenen Anker 6 zu betätigen. Mit 13 sind Anschlußelemente bezeichnet, über welche der Stiftkern 3, der Anker 6 und die Erregerwicklung 8 elektrisch anschaltbar sind.

'5 Wird auf die Erregerwicklung 8 ein in seiner Wirkung dem Dauermagnetfluß gleichgerichteter Stromimpuls über eine Zeitdauer gegeben, weiche kleiner ist als die eigentliche zur Betätigung des Ankers 6 betätigte Ansprechzeit der Schalteinrichtung, so wird nach dem Abschalten des impulses die von ihm hervorgerufene magnetische Energie im Eisenkreis durch Erzeugung von Wirbelstrom gespeichert. Dabei ist der Eisenkreis derart bemessen, daß der in ihm entstehende Wirbelstrom eine solche Größe und einen solchen zeitlichen Verlauf hat, daß die vorerwähnte eigentliche Ansprechzeit der Schalteinrichtung überbrückt und der Anker 6 betätigt wird. Dabei wird der Anker 6 von der gespeicherten magnetischen Energie bereits ab Beginn des Einschaltens des kurzzeitigen Stromimpulses aus seiner Ruhelage bewegt, so daß sich der Arbeitsluftspalt 11 zunehmend verkleinert. Ist letzterer genügend klein, so reicht die Kraft des Dauermagneten 12 aus, um den Anker 6 vollends zu betätigen. Hierbei kann, wie aus der F i g. 3 ersichtlich ist, der abklingende Wirbelstrom noch bis zur vollen Betätigung des Ankers 6 wirksam sein, d. h. der von ihm im Eisenkreis erzeugte Magnetfluß gleichgerichtet mit dem Dauermagnetfluß zusammenwirken. Dies ist aber keineswegs unbedingt erforderlich, sondern es muß die gespeicherte Energie lediglich so lange wirksam sein, bis der Anker 6 den kritischen Kippunkt überwunden hat, d. h. im Zuge der Bewegung des Ankers der Arbeitsluftspalt so klein geworden ist, daß der Dauermagnetfluß zur vollen Betätigung allein ausreichend ist. Ist der Anker voll betätigt, so wird er durch den Dauermagnetfluß weiterhin so iange in dieser Schaltstellung gehalten, bis durch einen erneuten Stromimpuls entgegengesetzter Polarität der Dauermagnetfluß aufgehoben wird und der Anker unter der Wirkung der Blattfeder 7 in seine Ruhelage zurückkehrt.

F i g. 2 läßt erkennen, daß die Impulszeit für das Ansprechen und Abfallen der Schalteinrichtung von der Größe des kurzzeitigen Stromimpulses abhängig ist, und zwar wird die Impulszeit um so kürzer, je größer der Impulsstrom ist.

Die F i g. 3 zeigt den Stromverlauf über der Zeit, wobei ersichtlich ist, daß die mit tan bezeichnete eigentliche Ansprechzeit der Schalteinrichtung um ein Vielfaches größer sein kann als die Zeitdauer des kurzzeitigen Erregerstromimpulses.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

12 89 Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Schalteinrichtung, die mittels eines kurzen Stromimpulses betätigt wird, dessen Zeitdauer kleiner ist als die Betätigungszeit der Schalteinrichtung, und bei der der Abbau des von dem kurzen Stromimpuls im Eisenkreis erzeugten Magnetfeldes durch Wirbelstrombildung verzögert wird, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Eisenkreises, daß die Wirbelstrombildung in seinem weichmagnetischen Teil selbst in zur Betätigung der Schalteinrichtung ausreichender Stärke und Dauer auftritt.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Eisenkreis vormagnetisierender Dauermagnet vorgesehen ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkreis einen senkrecht in eine Trägerplatte eingesetzten, von der Erregerwicklung umschlossenen Stiftkern, ferner einen im wesentlichen parallel zur Trägerplatte angeordneten, mit dem benachbarten Ende des Stiftkerns kontaktgebend zusammenarbeitenden, in seiner Ruhesteilung an einer Gegenlage anliegenden magnetisierbaren Anker und einen vorzugsweise parallel zum Stiftkern angeordneten Dauermagneten enthält (F ig. 1).

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein das nichtkontaktgebende Ende des Stiftkerns und den Anker magnetisch verbindendes, der Flußrückführung und gleichzeitig der Abschirmung dienendes Joch vorgesehen ist (Fig.l).

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