DE1789007B2 - Elektromagnetisch betaetigte schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigte Schaltvorrichtung, deren Anker im gepolten Magnetfeld zwei stabile Lagen einnehmen kann, wobei diesen stabiler Lagen verschiedene Schaltzustände von Kontakten zugeordnet sind, mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse, in dessen Innenraum zwei feststehende äußere Flußlenkjoche aus elektrisch leitendem Material angeordnet sind, die aus dem Gehäuse als elektrische Anschlußkontakte herausgeführt sind, und zwischen denen innerhalb des Gehäuses mindestens ein Körper konstanten magnetisehen Kraftfeldes, z. B. ein Dauermagnetkörper, aus elektrisch nicht leitendem Stoff, oder mit solchem umgeben angeordnet ist.

Bei einer solchen aus der britischen Patentschrift 046 902 bekannten Schaltvorrichtung wird ein auf einer Blattfeder befestigter Anker benutzt, der innerhalb seiner als Luftspule ausgebildeten elektrischen Wicklung angeordnet ist, die je nach Beaufschlagung mit einem Speisestrom unterschiedlicher Polarität den Anker in eine von zwei möglichen Richtungen auslenkt. Der Anker der bekannten Schaltvorrichtung besteht aus einem elektrisch leitendem Material und ist an seinem einen dem Drehpunkt des Ankers benachbarten Ende mit einer elektrischen Zuleitung verbunden. Das andere Ende des Ankers wirkt als Schaltkontakt, der jeweils in den beiden Extremlagen des Ankers an weitere ortsfest angeordnete elektrische Kontakte angedrückt wird. Die ortsfesten elektrischen Kontakte werden von jeweils einem Polschuh aus ebenfalls elektrisch leitendem Material gebildet, die ihrerseits wiederum mit den magnetisch unterschiedlich gepolten Enden eines aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellten Permanentmagneten fest verbunden sind. Die mit diesen Enden des Permanentmagneten verbundenen Enden der Polschuhe sind außerdem mit elektrischen Zuleitungen verbunden. Der aus dom elektrisch nicht leitenden Material bestehende Permanentmagnet bewirkt die Polarisierung der bekannten Schaltvorrichtung, d. h., daß der von der elektrischen Wicklung beaufschlagte Anker immer nur dann seine jeweils gerade einnehmende stabile Schaltlage verläßt, wenn die elektrische Spule einen Strom solcher Polarität erhält, daß ein den Anker vom jeweils diesen berührenden Polschuh abstoßendes Magnetfeld erzeugt wird, das gleichzeitig eine Anziehung des Ankers an den jeweils anderen Polschuh bedingt. Infolge der mit dem Anker verbundenen Blattfeder werden also auf diesen drei unterschiedliche mechanische Kräfte ausgeübt, die von der Blattfeder, dem Magnetfeld der elektrischen Wicklung und dem Magnetfeld des Permanentmagneten bzw. der mit diesem verbundenen Polschuhe erzeugt werden.

Die Abstimmung dieser von voneinander unabhängigen Einrichtungen erzeugten Kräfte in der Weise, daß sowohl eine stabilie Beibehaltung des jeweiligen Schaltzustandes der Schaltvorrichtung bei nicht erregter elektrischer Wicklung sichergestellt ist, als auch gleichzeitig eine relativ leichte Ansprechbarkeit, also Überwindung der den jeweiligen Schaltzustand der Schaltvorrichtung beibehaltenden Kräfte, erreicht wird, ist relativ schwierig und damit aufwendig, wobei außerdem die mechanischen Kräfte der Blattfeder in Abhängigkeit der von der Schaltvorrichtung bereits zurückgelegten Betriebszeit Änderungen unterworfen sind. Da die den Anker betätigende elektrische Spule als Luftspule ausgebildet ist, wird weder in einer der beiden stabilen Schaltstellungen der Schaltvorrichtung noch in einer Zwischenstellung eine vollständige Schließung des magnetischen Kreises über ein Material geringen magnetischen Widerstandes erreicht, so daß der Energiebedarf zur Erzeugung der für ein sicheres Umschalten erforderlichen Magnetfelder relativ hoch ist. Außerdem macht dieser nur durch die Luft geschlossene Magnetkreis die gesamte Schaltvorrichtung auch gegenüber äußeren magnetischen Streufeldern relativ empfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche bekannte Schaltvorrichtung derart zu verbessern, daß diese insbesondere bei einer Großserienherstellung keine aufwendigen Justierarbeiten erfordert, im Betrieb bei minnimalem Energieverbrauch für den Schaltvorgang ein sicheres Umschalten und auch sicheres Beibehalten des jeweils gewünschten stabilen Schaltzustandes unabhängig von äußeren mechanischen Kräften oder aber äußeren magnetischen Streufeldern ermöglicht

1

007

und sowohl elektrisch als auch mechanisch konstruktiv einfach und verschleißfest aufgebaut ist.

Bei einer Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art ist die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen den äußeren Flußlenkjochtn zusätzlich ein feststehendes mittleres Flußlenkjoch ebenfalls aus elektrisch leitendem Material und als Anschlußkontakt aus dem Gehäuse herausragend angeordnet ist, wobei dieses mittlere Flußlenkjoch mit den äußeren Flußlenkjochen je einen Luftspalt bildet, in welchen je ein Teil, z. B. je ein Schenkel, des ebenfalls aus elektrisch leitendem Material bestehenden Ankers hineinragt, der im Kraftfeld einer Erregerspule derart angeordnet ist, daß er in der einen stabilen Lage das mittlere und das eine äußere Flußlenkjoch. in der anderen stabilen Lage das mittlere und das andere äußere Flußlenkjoch elektrisch leitend überbrück;.

Bei der ciTmdungsgcmäßen Schaltvorrichtung ist der Umschalter durch drei ortsfest angeordnete Flußlenkjoche gebildet, die durch einen zwei Kontaktflächen aufweisenden Anker miteinander wechselweise verbunden werden, wobei die beiden als Kontaktflächen ausgebildeten Enden des Ankers jeweils gleichzeitig in zwei voneinander unabhängigen und jeweils durch zwei ebenfalls als Kontaktflächen wirkende Enden der Flußlenkjoche gebildeten Luftspalten bewegt werden. Gegenüber der bekannten Schaltvorrichtung lassen sich durch diese Anordnung erhebliche Vorteile erzielen, da der Anker gleichzeitig je nach Flußrichtung des von der elektrischen Wicklung erzeugten Magnetfeldes an seinen beiden Enden durch magnetische Kräfte in der jeweils gleichen Richtung entweder zu einer Beibehaltung der jeweils gerade eingenommenen Schaltstellung oder aber zu einer Umschaltung in die jeweils andere Schaltstellung veranlaßt wird. Tn jeder stabilen Schaltstellung weist der Anker dabei zusammen mit jeweils einem der Permanentmagnete und den jeweils zugehörigen Flußlenkjochen einen geschlossenen und ausschließlich durch ein Material niedrigen magnetischen Widerstandes verlaufenden magnetischen Weg auf. Sowohl zum Beibehalten der jeweiligen Schdltstellung als auch zum Umschalten in die jeweils andere Schaltstellung sind daher nur relativ geringe Schaltenergien erforderlich, da einmal die magnetischen Verluste infolge des geschlossenen magnetischen Weges gering und andererseits die auf Grund des erzeugten Magnetfeldes im Zusammenwirken mit den beiden Permanentmagneten erzeugten mechanischen Kräfte relativ groß sind.

Auch die elektrischen Eigenschaften des Umschalters der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung unterscheiden sich vorteilhaft gegenüber denen der bekannten Schaltvorrichtung, da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei jedem Schaltvorgang gleichzeitig der Stromkreis an zwei getrennten Stellen aufgetrennt wird, wodurch sowohl die wirksame Schaltzeit bis zur Auftrennung des Stromkreises verringert als auch die Neigung zur Bildung von Abreißfunken bei der Auftrennung des Stromkreises wirksam vermindert wird.

Zusätzlich zu diesen funktionellen Vorteilen der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gegenüber der bekannten Schaltvorrichtung wird ein sehr einfacher konstruktiver Aufbau erreicht, der nicht nur die Betriebssicherheit der Schaltvorrichtung erhöht und ihre Herstellungskosten vermindert, sondern außerdem auch einen einfachen und übersichtlichen Anschluß der elektrischen Verbindungen zu den zu schaltenden Stromkreisen und den Steuerspannungen für die elektrische Wicklung ermöglicht. Auf Grund dieser mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gegenüber den vergleichbaren bekannten Schaltvorrichtungen erzielbaren Vorteile wird mit dem Anmeldungsgcgenstand auch ein erheblicher technischer Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erreicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht der Körper konstanten magnetischen Kraftfeldes aus

ίο zwei gleich gestalteten Teilen, die zwischen je einem äußeren Flußlenkjoch derart angeordnet sind, daß beide Teile mit den gleichen Polen am mittleren Flußlenkjoch anliegen.

Mit Hilfe dieser konstruktiven Ausbildung ist in sehr einfacher Weise ein betriebssicherer bistabiler Umschalter aufzubauen, der durch das Fehlen jeglicher elektrischen Isolation zwischen den Flußlenkjochen dann besonders einfach wird, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Körper

ao konstanten magnetischen Kraftfeldes ein keramischer Dauermagnet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, in denen

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbei-

spieles des erfindungsgemäßen polarisierten elektromagnetischen Schalters darstellt.

F i g. 2 zeigt eine Einzelheit der Fig.! in einer anderen Betriebslage des Ausführungsbeispiels.

Keramische Magnete 1 und 2 sind zwischen Fluß-

lenkjochen 3, 4 und 5 derart angeordnet, daß z. B. ihre Nordpole einander gegenüberliegen. Auf diese Weise wird das mittlere Joch 4 einen nördlichen Pol bilden, während die äußeren Joche 3 und 5 Südpole darstellen.

Der magnetische Schalter weist ferner einen Anker 6 auf, der aus einem Material guter magnetischer Leitfähigkeit hergestellt und in der F i g. 1 durch den Magnet 1 angezogen dargestellt ist. Die andere Betriebslage des Ankers 6 geht aus F i g. 2 hervor, wo sie

durch die Zugkraft des Magnets 2 gehalten ist.

Der Anker 6 ist aber nicht nur bestimmt, den magnetischen Kreis in den erwähnten beiden Lagen zu schließen, sondern auch die Flußlenkjoche 3 und 4 in der Betriebslage gemäß F i g. 1 bzw. die Flußlenk-

joche 4 und S in der Betriebslage gemäß F i g. 2 elektrisch leitend zu verbinden, da die Joche infolge der elektrisch nicht leitenden bzw. isolierenden Eigenschaft der Magnete 1 und 2 voneinander isoliert sind. Auf diese Weise können die Flußlenkjoche 3, 4, 5 sowie die Magnete 1 und 2 als elektrische Stromleiter dienen, die in ihre Lagen durch eine Isolierhülle 7 festgehalten sind. Da die Flußlenkjoche 3, 4 und 5 über öffnungen der Tsolierhülle hindurchreichen, können sie auch als elektrische Anschlüsse verwendet werden.

Die Tsolierhülle 7 sorgt auch für das Festhalten eines Spulenkörpers 10 zum Haltern von Spulen 8 und 9. Der Anker 6 bewegt sich frei in einer Bohrung des Spulenkörpers 10, wobei er von den Windungen der

Spulen 8 und 9 umgeben ist. Zuführungen der Spulen 8 und 9 sind an Anschlüsse 12,13,14 bzw. 15 angeschlossen, die über einen Abschlußdeckel 11 aus Kunststoff hindurchgeführt sind.
Wird den Spulen 8 und 9 ein Gleichstrom zuge-

6s führt, der der an den Enden des Ankers eine der Schaltlage zugeordneten Polarität entgegengesetzte Polarität im Anker 6 erregt, dann wird der Anker 6 an einem Ende abgestoßen, während am anderen Ende

eine Zugkraft auftritt, so daß der Anker 6 in seine andere stabile Lage umgeschnappt wird.

Das Zurückkippen in eine vorherige Lage kann dadurch erreicht werden, daß einer der Spulen ein Gleichstrom zugeführt wird, der die Spule in dem vorherigen entgegengesetzten Sinn erregt.

Die Erfindung kann in zahlreichen anderen Ausführungsformen erscheinen. Es ist dabei möglich, im Inneren einer Wicklung mehr als einen voneinander getrennte Anker anzubringen und an jeden Anker je eine Einheit mit zwei Magneten anzuschließen. Dann werden Spule und Anker durch zwei ringförmige Magnete umgeben, wobei jedem Anker je drei voneinander getrennte Flußlenkjoche zugeordnet sind. Dies kann derart erreicht werden, daß an zwei kreisringförmige Magnete ringförmige Flußlenkjoche angeschlossen sind, wobei der Anker aus zwei Scheiben und aus einem Zylinder besteht, der die beiden Scheiben miteinander verbindet. Kontakte, die in beiliebiger Anzahl an beiden Seiten des Schalters angeordnet sind, werden durch den Anker über Isolierstäbe bewegt, wobei sie beliebige Schaltaufgaben verrichten können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigte Schaltvorrichtung, deren Anker im gepolten Magnetfeld zwei stabile Lagen einnehmen kann, wobei diesen stabilen Lagen verschiedene Schaltzustände von Kontakten zugeordnet sind, mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse, in dessen Innenraum zwei feststehende äußere Flußlenkjoche aus elektrisch leitendem Material angeordnet sind, die aus dem Gehäuse als elektrische Anschlußkontakte herausgeführt sind, und zwischen denen innerhalb des Gehäuses mindestens ein Körper konstanten magnetischen Kraftfeldes, z. B. ein Dauermagnet- körper, aus elektrisch nicht leitendem Stoff, oder mit solchem umgeben, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äußeren Flußlenkjochen (3, 5) zusätzlich ein feststehendes mittleres Flußgelenkjoch (4) eben- ao falls aus elektrisch leitendem Material und als Anschlußkontakt aus dem Gehäuse (7) herausragend angeordnet ist, wobei dieses mittlere Flußlenkjoch mit den äußeren Flußlenkjochen je einen Luftspalt bildet, in welchen je ein Teil, z. B. je ein Schenkel, des ebenfalls aus elektrisch leitendem Material bestehenden Ankers (6) hineinragt, der im Kraftfeld einer Erregerspule (8, 9) derart angeordnet ist, daß er in der einen .stabilen Lage das mittlere und das eine äußere Flußlenkjoch, in der anderen stabilen Lage das mittlere und das andere äußere Flußlenkjoch elektrisch leitend überbrückt.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper konstanten magnetischen Kraftfeldes aus zwei gleich gestaiteten Teilen (1, 2) besteht, die zwischen je einem äußeren Flußlenkjoch (3, 5) und dem mittleren Flußlenkjoch (4) derart angeordnet sind, daß beide Teile mit den gleichen Polen am mittleren Flußlenkjoch anliegen.

3 Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper konstanten magnetischen Kraftfeldes ein keramischer Dauermagnet ist (1, 2).