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Elektrische Schalteinrichtung Es ist bekannt, elektrische Schaltkontakte
durch magnetische Kräfte zu betätigen, indem die ferromagnetisch ausgebildeten Kontaktträger
beim Einschaltvorgang einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, das beim Ausschaltvorgang
wieder zum Verschwinden gebracht wird. Insbesondere hat man dieses Verfahren bei
Relais angewendet, indem man die ferromagnetischen Schaltkontaktträger in den elektromagnetischen
Kraftlinienfluß der Relaisspule einschaltete, so daß sich beim Einschalten des Spulenstromes
die Kontakte gegenseitig anzogen und in Kontaktberührung kamen, während sie beim
Abschalten des Spulenstrornes durch Federkraft sich wieder voneinander entfernten.
Neuerdings umschließt man noch zur Vermeidung der Korrosion der Schaltkontakte das
Kontaktpaar mit einem evakuierten oder einem mit inertem Gas gefüllten Gehäuse,
beispielsweise einem Glaskolben, aus dem die Kontaktträger herausgeführt sind (Schutzrohrkontakte).
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Es ist auch schon bekanntgeworden, zur Betätigung von Schaltkontakten
einen Permanentmagneten zu verwenden, der beim Einschaltvorgang den Schaltkontakten
genähert und beim Ausschaltvorgang wieder von ihnen entfernt wird. Hierbei handelt*
es sich also um mechanisch betätigte Schalteinrichtungen, bei denen durch die Schaltbewegung
der Permanentmagnet relativ zu dem Kontaktträgerpaar bewegt wird.
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Bei einer ebenfalls bekannten Schalteinrichtung werden die Kontaktträger
zum Zwecke des Ausschaltend zwischen zwei gleichnamige Magnetpole gebracht, so daß
eine Abstoßung zwischen den Kontaktträgern erfolgt. Das Einschalten (Schließen der
Kontakte) wird dadurch bewirkt, daß die Magnetpole in Längsrichtung der Kontaktträger
von der Kontaktstelle wegbewegt werden, wodurch diese in den Bereich von Streukraftlinien
kommt, welche in Längsrichtung der Kontaktträger bzw. innerhalb derselben verlaufen.
Hierzu ist ein verhältnismäßig großer Schaltweg erforderlich. Ferner kann bei dieser
Schalteinrichtung, da die Schließkraft für die Kontakte von den schwachen Streukraftlinien
aufgebracht wird, der Kontaktdruck nur dementsprechend gering sein, oder es müßten,
um die geringe Kraftliniendichte aufzuwiegen, extrem starke Magnete verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft indessen eine elektrische Schalteinrichtung
mit durch magnetische Kräfte sich anziehenden Schaltkontakten, vorzugsweise Schutzrohrkontakten,
bei der durch Relativbewegung zwischen einem Permanentmagneten und einem ferromagnetischen
Kontaktträgerpaar dieses Kontaktträgerpaar beim Einschaltvorgang den ungleichnamigen
Polen des Permanentmagneten genähert und beim Ausschaltvorgang von diesem entfernt
wird.
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Die bisher bekannten Schalteinrichtungen der vorstehend vorausgesetzten
Art haben noch den Nachteil, daß beim Ausschaltvorgang der Permanentmagnet um eine
wesentlich größere Strecke relaitv zu den Kontakten bewegt werden muß, als dies
beim Einschaltvorgang erforderlich ist, da beim Einschaltvorgang der Permanentmagnet
in seiner Ausgangslage von den Kontaktträgern nur so weit entfernt zu sein braucht,
daß gerade noch keine Anziehung der beiden Kontaktträger stattfindet. Der Unterschied
zwischen Einschalt- und Ausschaltweg rührt teils von der Remanenz in den Kontaktträgern
her, teils davon, daß der magnetische Widerstand für den Kraftlinienfluß infolge
gegenseitiger Berührung der beiden Kontakte herabgesetzt ist, so daß also die für
das Öffnen der Kontakte erforderliche Schwächung des Kraftlinienflusses erst durch
ein weiteres Entfernen des Permanentmagneten von den Kontaktträgern erzielt wird.
Da damit die Entfernung zwischen Ruhe- und Arbeitsstellung der Schalteinrichtung
durch den Ausschaltweg bestimmt wird, so arbeiten die bekannten Einrichtungen mit
verhältnismäßig großen Schaltwegen. Dies ist bei vielen Anwendungen solcher Schalteinrichtungen
ein Nachteil, insbesondere dann, wenn - wie beispielsweise bei manchen Regel- oder
Endschalteinrichtungen - nur geringe Schaltwege und geringe Schaltkräfte zur Verfügung
stehen.
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Die Erfindung zeigt, wie sich der Ausschaltweg wesentlich verkleinern
läßt. Erfindungsgemäß wird beim Ausschaltvorgang das Kontaktträgerpaar demselben
oder einem anderen Permanentmagneten in zu der beim Einschalten vorhandenen Polung
entgegengesetzter Polung genähert. Der Betrag der Relativbewegung beim Ausschaltvorgang
wird nur so groß bemessen, daß in den Kontaktträgern eine solche
Schwächung
bzw. Umkehrung des ursprünglichen Kraftlinienflusses eintritt, daß sich die Kontakte
öffnen. Dies läßt sich in einfacher Weise durch Begrenzungsanschläge für die Schaltbewegung
nach beiden Seiten verwirklichen.
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Zur Schaffung der durch die Erfindung geforderten weiteren Magnetpole
ist es nicht notwendig, einen zweiten Permanentmagneten zu benutzen, man kann vielmehr
auch nur einen Permanentmagneten anordnen, aber dessen Kraftlinienfluß durch Verzweigung
seiner Polschuhe verzweigen und durch entsprechende Führung der Polschuhe zur Ausbildung
von weiteren Magnetpolen an den erforderlichen Stellen gelangen.
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Zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens dienen die schematischen
Abbildungen.
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In den A b b. 1 und 2, wobei A b b. 2 einen Grundriß der Darstellung
in A b b. 1 zeigt, ist der bisherige Stand der Technik, also der Ausgangspunkt der
Erfindung dargestellt.
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Die A b b. 3 bis 7 zeigen Beispiele für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens.
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In A b b. 1 und 2, ist mit 1 ein zu einer Baueinheit vereinigtes Kontaktpaar
mit den Kontaktträgern 2, 3 bezeichnet, das in einen Glaskolben so eingeschmolzen
ist, daß sich die Kontakte im Ruhezustand in einem gewissen Abstand befinden. Außerdem
ist ein Permanentmagnet NS angeordnet, dessen Pol durch abgekröpfte Polschuhe in
die Nähe der Kontaktträger 2 und 3 herangeführt sind und die Magnetpole N1, S1 bilden.
Zur Herstellung einer Kontaktverbindung wird entweder die Kontakteinheit 1 oder
der Permanentmagnet NS um die räumliche Achse O so lange verdreht, bis die
Kontaktträger 2 und 3 so weit in den Wirkungsbereich der Magnetpole Ni, S1 gelangen,
daß der Kraftlinienfluß über die Kontaktträger 2, 3 eine Stärke erreicht, bei der
sich die Kontaktträger anziehen und die Kontakte sich berühren. Mit K1 und K2 sind
die elektrischen Anschlüsse an die Kontaktträger angedeutet.
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Die bekannte Anordnung kann auch so verwirklicht sein, daß die Schaltbewegung
nicht in einer Drehung der Kontakteinheit relativ zu dem Permanentmagneten, sondern
in einer Translationsbewegung eines dieser beiden Teile besteht. In diesem Fall
liegen die beiden Kontaktträger 1 und 3 auf derselben Seite des Permanentmagneten
P.
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Gemäß A b b. 3 ist zur Verwirklichung der Erfindung außer dem Permanentmagneten
P, noch ein zweiter Permanentmagnet P2 angeordnet, der gegenüber dem Permanentmagneten
P1 um die Achse O um einen gewissen festen Winkel verdreht ist. Die Polschuhe beider
Permanentmagnete sind so, wie in A b b. 1 für den Permanentmagneten P dargestellt,
senkrecht zur Zeichenebene abgekröpft. Zwischen den Polschuhen Ni, S1 des Permanentmagneten
P1 und den Polschuhen S2, N2 des Permanentmagneten P2 befindet sich, wie durch die
gestrichelte Linie 2-3 angedeutet, die um die Achse O drehbare Kontakteinheit. Durch
eine relative Drehung der Kontakteinheit 2,3 gegenüber den Permanentmagneten
P1 und P2 gelangen die beiden Enden der Kontaktträger 2 und 3 in den Wirkungsbereich
beispielsweise des Permanentmagneten P1, und zwar beim Einschaltvorgang so weit,
daß der die Kontaktträger durchfließende magnetische Fluß eine Schließung der Kontakte
hervorruft. Beim Ausschaltvorgang dagegen werden durch eine rückläufige Drehung
die Kontaktträger 2 und 3 dem Wirkungsbereich des Permanentmagneten P1 entzogen
und gelangen bei geringfügiger überschreitung der Mittellage in den Wirkungsbereich
des Permanentmagneten P2, der eine Umkehr der Flußrichtung durch die Kontaktträger
hervorzurufen bestrebt ist. Dadurch verschwindet die Änziehungskraft -zwischen den
.beiden Kontaktträgern; und die Schaltkontakte öffnen sich.
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An welcher Stelle im Eisenkreis die verwendeten Permanentmagneten
liegen, ist für die Erfindung belanglos, ebenso die Formgebung der Polschuhe oder
Magnetjoche.
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Die A b U. 4 zeigt eine Anordnung, bei der wieder die Polschuhe der
beiden Permanentmagneten P1 und P2 (wie in A b b. 1) nach oben abgekröpft sind,
so daß die Pole Ni, S1 bzw. S2, N2 in der Nähe der Kontaktträger 2 und 3 liegen.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach A b b. 3 steht hier jedoch der Kontaktträger
2 in unveränderlicher magnetischer Verbindung mit den Polen Si* bzw. N2 der Permanentmagneten
Pi und P2; der Kontaktträger 2 kann beispielsweise zwischen diese beiden Pole eingeklemmt
sein. Durch Bewegen des freien Endes des Kontaktträgers 3 in der Richtung des eingezeichneten
Pfeiles, wobei sich beide Kontaktträger federnd durchbiegen, gelangt der Kontaktträger
3 in den Wirkungsbereich des Pols S2 des Permanentmagneten P2. Beim Einschaltvorgang
wird diese Bewegung so lange fortgesetzt, bis sich die Kontakte der Kontakteinheit
1 anziehen. Beim Ausschaltvorgang bedarf es nur eines geringfügigen überfahrens
der Mittellage des Kontaktträgers 3 zwischen den Polen S2 und N1, um zu erreichen,
daß sich die Kontakte öffnen.
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In der A b b. 5 ist schematisch veranschaulicht, daß sich eine zweckentsprechende
Anordnung auch unter Verwendung nur eines Permanentmagneten verwirk-' lichen läßt.
Von den Polen N, S dieses Permanentmagneten P sind je zwei Joche oder Polschuhe
J1 und J2 bzw. J3, J4 so abgezweigt, daß den freien Enden der durch eine
gestrichelte Linie angedeuteten Kontaktträger 2 und 3 jeweils zwei ungleichnamige
Magnetpole auf beiden Seiten gegenüberstehen. Die Polschuhe N1, S1 und N2, S2 sind
wieder wie in A b b. 1 nach oben abgekröpft. Die Arbeitsweise dieser Anordnung entspricht
der für die A b b. 3 beschriebenen.
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A b b. 6 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Permanentmagenten, die
unter Zwischenschaltung des Kontaktträgers 2 mit ungleichnamigen Polen aneinandergefügt
sind, während an den freien Polen N bzw. S Polschuhe mit den Polenden N1 und S2
angeschlossen sind.
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Diese Ausführungsform entspricht grundsätzlich der in A b b. 4 dargestellten;
nur die Lage der Permanentmagneten, die unter Zwischenschaltung des Polschuhe ist
geändert. Beim-Einschaltvorgang wird der Kontaktträger 3 durch eine in der Richtung
des eingezeichneten Pfeiles wirkende mechanische Kraft unter elastischer Durchbiegüng
dem Pol N1 genähert, so daß die Kontakte in der Kontakteinheit 1 sich berühren.
Beim Ausschaltvorgang wird der Kontaktträger 3 von dem Pol N1 entfernt und nähert
sich schon bei geringfügiger überschreitung seiner Mittellage zwischen den Polen
Ni und S2 dem Pol S2, der einen magnetischen Kraftlmienfluß von entgegengesetzter
Richtung durch die beiden Kontaktträger zu treiben versucht, so weit, daß sich die
beiden Kontakte der Kontakteinheit 1 wieder voneinander entfernen.
Schließlich
zeigt noch A b b. 7 eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Großflächenmagneten,
und zwar A b b. 7 a im Grundriß, A b b. 7 b im Aufriß und A b b. 7 c im Seitenriß.
Der Permanentmagnet P hat die Form eines Stabes, der in seiner Querrichtung magnetisiert
ist. Ni, N2, S1, S2 sind wieder die durch Polschuhe an die Kontakteinheit 1 herangeführten
Magnetpole. Die Kontakteinheit 1 ist relativ zu der Magnetanordnung um eine raumfeste
Achse O drehbar.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung hat gegenüber solchen, bei
denen die Schaltkontakte ausschließlich durch mechanische Kräfte bewegt werden,
den großen Vorteil, daß auch bei kriechender Schaltbewegung die Schaltkontakte ruckartig
zusammenstoßen bzw. ruckartig auseinanderspringen, ohne daß es besonderer Schnappschalteinrichtungen
bedarf.