DE2043042A1

DE2043042A1 - Bistable electrical switch

Info

Publication number: DE2043042A1
Application number: DE19702043042
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl.-Ing. Nordborg Hounsgaard (Dänemark). P
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1970-08-31
Filing date: 1970-08-31
Publication date: 1972-03-09
Also published as: GB1365104A; US3729697A; DE2043042C3; DE2043042B2; DK136680C; DK136680B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bistabilen elektrischen Schalter mit Dauermagnet, der um eine Mittelachse schwenkbar gelagert und durch zwei aus der Mittelebene versetzte Weicheisenpole in jeweils einer der stabilen Stellungen gehalten ist, wobei ein Stell-Dauermagnet etwa senkrecht zum Schalt-Dauermagneten an dessen einem Pol vorbeiführbar und der bewegliche Kontakt mit einem Weicheisenanker verbunden ist.The invention relates to a bistable electrical switch with a permanent magnet, which can be pivoted about a central axis stored and held in one of the stable positions by two soft iron poles offset from the center plane is, with an adjusting permanent magnet approximately perpendicular to the switching permanent magnet one pole of which can be passed and the movable contact is connected to a soft iron armature.

Derartige bistabile elektrische Schalter haben den Vorteil, daß man den Schaltmechanismus völlig eingekapselt anordnen und mit Hilfe des Stell-Dauermagneten von außen, also ohne mechanische Verbindung, betätigen kann.Such bistable electrical switches have the advantage that the switching mechanism can be arranged completely encapsulated and with the help of the permanent magnet from the outside, i.e. without mechanical connection, can operate.

Bei einem bekannten Schalter dieser Art sind dem einen Pol des Schalt-Dauermagneten zwei Weicheisenpole zugeordnet, die an einem schwenkbaren Weicheisenanker angebracht sind. Der Weicheisenanker ist um eine Symmetrieachse schwenkbar und trägt den beweglichen Kontakt«In a known switch of this type are one pole of the Switching permanent magnets assigned to two soft iron poles, which are attached to a swiveling soft iron armature. The soft iron anchor can be pivoted around an axis of symmetry and carries the moving contact «

Hierbei treten jedoch Schwierigkeiten auf. Will man einen ausreichend starken Kontaktdruck, so muß man den Weicheisenpol dicht an den Pol des Schalt-Dauermagneten heranschwenken lassen, However, difficulties arise here. If you want a sufficiently strong contact pressure, you have to swing the soft iron pole close to the pole of the permanent magnet,

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Dann aber besteht die Gefahr, daß der Stell-Dauermagnet nicht mehr genügend Kraft ausüben kann, um den Schalt-Dauermagneten in die andere stabile Stellung umzustellen. Wählt man umgekehrt einen solchen Abstand zwischen Weicheisenpol und Pol des Schalt-Dauermagneten, daß dieser durch den Stell-Dauemagneten unter allen Umständen umgestellt werden kann, sind die im Kontaktsystem auftretenden Kräfte begrenzt.But then there is the risk that the permanent magnet will not work can exert enough force to switch the permanent magnet to the other stable position. If you choose the other way around such a distance between the soft iron pole and the pole of the switching permanent magnet that this is under can be changed under all circumstances, the forces occurring in the contact system are limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen elektrischen Schalter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem einerseits eine leichte Verstellbarkeit des Schalt-Dauermagneten sichergestellt ist, andererseits aber im Kontaktsystem größere Kräfte auftreten können.The invention is based on the object of a bistable electrical Specify switch of the type described above, in which, on the one hand, easy adjustability of the switching permanent magnet is ensured, but on the other hand greater forces can occur in the contact system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Weicheisenpole an festen Polschuhen ausgebildet, je einem Pol des Schalt-Dauermagneten zugeordnet und nach der gleichen Seite aus der Mittelebene versetzt sind, daß der bewegliche Kontakt von einer Öffnungsfeder belastet ist und daß der Weicheisenanker mit dem einen Polschuh einen Luftspalt veränderlicher Größe bildet, über den in der der Schließstellung zugeordneten Stellung des Schalt-Dauermagneten ein wesentlicher Teil des vom Weicheisenpol aufgenommenen Magnetflusses geht.This object is achieved according to the invention in that the soft iron poles formed on fixed pole pieces, each assigned to a pole of the switching permanent magnet and off to the same side the center plane are offset, that the movable contact is loaded by an opening spring and that the soft iron armature with the one pole piece forms an air gap of variable size over which in the position associated with the closed position of the Switching permanent magnets a significant part of the magnetic flux absorbed by the soft iron pole goes.

Bei dieser Konstruktion sind durch die feststehenden Weicheisenpole definierte Verhältnisse geschaffen, die es erlauben, den Schalt-Dauermagneten mit geringen Kräften von außen zu verstellen. Die Schließkraft im Kontaktsystem dagegen hängt vom Luftspalt zwischen dem Weicheisenanker und dem einen Polschuh ab. Da dieser Luftspalt zu Null werden kann, ergeben sich allein mit den im System vorherrschenden Magnetkräften sehr hohe Schließkräfte. Die Kraft der Öffnungsfeder kann in einem großen Bereich frei gewählt werden. Wenn sie nur dem Offenhalten dienen soll, kann sie sehr schwach ausgebildet sein, wenn sie das öffnen unterstützen oder als Schließfeder für einen Gegenkontakt dienen soll, kann sie innerhalb des durch die magnetische Schließkraft vorgegebenen Bereichs stärker ausgebildet sein.With this construction, the fixed soft iron poles Defined conditions created that allow the switching permanent magnet to be adjusted with low external forces. The closing force in the contact system, on the other hand, depends on the air gap between the soft iron armature and one of the pole pieces. Since this air gap can become zero, the magnetic forces that are present in the system alone result in very high closing forces. The force of the opening spring can be freely selected over a wide range. If it should only serve to keep it open, it can be very weak if it supports opening or serves as a closing spring for a counter contact should, it can be made stronger within the range predetermined by the magnetic closing force.

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Zweckmäßigerweise haben die Polschuhe ausgeprägte Pole und einen etwas über die Mittelebene ragenden Fortsatz. Auf diese Weise wird ein großer Teil des magnetischen Flusses über den Polschuh geleitet.The pole shoes expediently have pronounced poles and one appendix protruding slightly above the median plane. In this way a large part of the magnetic flux gets over the pole piece directed.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Luftspalt zwischen dem einen Polschuh und dem Weicheisenanker auf der dem Pol gegenüberliegenden Seite der Mittelebene liegt. Auf diese Weise ist unabhängig von allen anderen konstruktiven Gegebenheiten sichergestellt, daß der Magnetfluß zum Teil über den Weicheisenanker, zum Teil über den Polschuh fließt. Hierdurch entfällt nicht nur die magnetische Anziehungskraft zwischen den beiden Teilen, sondern es entsteht sogar eine Abstoßungskraft, die die Öffnungskraft verstärkt. It is particularly useful if the air gap between the a pole piece and the soft iron armature lies on the side of the center plane opposite the pole. In this way, regardless of all other structural conditions, it is ensured that that the magnetic flux is partly via the soft iron armature, partly flows over the pole piece. This not only eliminates the magnetic attraction between the two parts but rather there is even a repulsion force that increases the opening force.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist die Öffnungsfeder eine den beweglichen Kontakt tragende Blattfeder, so daß Kontaktträger und Kontaktfeder durch ein Bauelement gebildet werden. ■In a particularly simple embodiment, the opening spring is a leaf spring carrying the movable contact, so that Contact carrier and contact spring are formed by one component. ■

Sehr günstig ist es hierbei, wenn der Schalt-Dauermagnet beim Verlagern in die der Öffnungsstellung des Schalters zugeordnete Stellung gegen die Blattfeder anschlägt. Auf diese Weise ergibt sich im Kontaktsystem eine weitere Öffnungskraft. Im Extremfall kann also diese Stoßkraft, die Öffnungskraft der Feder und die Abstoßungskraft zwischen Anker und Polschuh wirksam sein, so daß sich selbst verschweißte Kontakte öffnen lassen.It is very favorable here if the switching permanent magnet at Shifting into the position assigned to the open position of the switch strikes against the leaf spring. That way results There is a further opening force in the contact system. In the extreme so this impact force, the opening force of the spring and the repulsive force between armature and pole piece can be effective, so that let self-welded contacts open.

Für die konstruktive Ausgestaltung empfiehlt es sich, daß der Weicheisenanker durch einen Winkel gebildet ist, dessen einer Schenkel mit seinem freien Ende den Luftspalt bildet und dessen anderer Schenkel an der Blattfeder angebracht ist und den beweglichen Kontakt trägt. Es genügt dann ein Befestigungsmittel, um Kontakt und Winkel an der Blattfeder anzubringen. Außerdem ist der Kontakt durch den Winkel verstärkt.For the structural design, it is recommended that the soft iron anchor is formed by an angle, one of which Leg forms the air gap with its free end and its other leg is attached to the leaf spring and the movable Contact carries. A fastener is then sufficient to attach the contact and angle to the leaf spring. Also is the contact is reinforced by the angle.

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Um ein besonders genaues Arbeiten zu erzielen, kann die Schwenkbewegung des Schalt-Daue magneten durch einen Anschlag begrenzt sein. Damit ergeben sich genau definierte stabile Stellungen und daher auch genau definierte Kräfte im Schalter.In order to achieve particularly precise work, the pivoting movement of the switching permanent magnet must be limited by a stop. This results in precisely defined stable positions and hence precisely defined forces in the switch.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert» Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment explained in more detail »It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schalters in Verbindung mit einem Schwimmer,Fig. 1 is a schematic representation of the switch according to the invention in connection with a float,

Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt durch den Schalter bei geschlossenen Kontakten undFig. 2 shows a horizontal longitudinal section through the switch with closed contacts and

Fig. 3 die Darstellung der Fig. 2 bei offenen Kontakten.3 shows the illustration of FIG. 2 with open contacts.

Der Schalter besteht aus einem Arbeitssystem 1 und einem Stell-Dauermagneten 2. Letzterer ist über eine Stange 3 mit einem Schwimmer 4 verbunden und wird durch das Niveau einer Flüssigkeit 5 in Richtung der Pfeile 6 auf und ab bewegt.The switch consists of a working system 1 and a permanent magnet 2. The latter is connected to a float 4 via a rod 3 and is level with a liquid 5 moves up and down in the direction of arrows 6.

Das Arbeitssystem ist von einem Keramiksockel 7 und einer Glashülle 8 eingeschlossen. Am Sockel 7 sitzt ein Träger 9 für einen festen Kontakt 10 und ein Traggestell 11, an dem über eine Bronzefeder 12, die in Öffnungsrichtung vorgespannt ist, ein winkelförmiger Weicheisenanker 13 mit einem beweglichen Kontakt 14 angebracht ist. Das Traggestell 11 weist ferner einen Bügel 15 auf, in welchem ein Schalt-Dauermagnet 16 um seine Mittelachse 17 schwenkbar gelagert ist. An einem weiteren Bügel 18 ist ein aus Weicheisen bestehender Polschuh 19 mit einem ausgeprägten Pol befestigt. Ein dritter Bügel 21 trägt einen Weicheisen-Polschuh 22 mit einem ausgeprägten Pol 23. Die beiden Pole 20 und 23 sind gegenüber der Mittelebene 24 nach der gleichen Seite versetzt. Die Polschuhe erstrecken sich vom Pol bis etwas über diese Mittelebene 24. Ein Steg 25 am Traggestell 11 dient als Anschlag für den Schalt-Dauermagneten 16 in seinen beiden Schaltstellungen.The working system consists of a ceramic base 7 and a glass envelope 8 included. On the base 7 sits a carrier 9 for a fixed contact 10 and a support frame 11 on which a bronze spring 12, which is pretensioned in the opening direction, an angular soft iron armature 13 with a movable contact 14 is attached is. The support frame 11 also has a bracket 15, in which a switching permanent magnet 16 about its central axis 17 is pivotably mounted. On a further bracket 18 is a pole piece 19 made of soft iron and having a pronounced pole attached. A third bracket 21 carries a soft iron pole piece 22 with a pronounced pole 23. The two poles 20 and 23 are offset from the center plane 24 on the same side. The pole shoes extend from the pole to slightly above this center plane 24. A web 25 on the support frame 11 serves as a stop for the switching permanent magnet 16 in its two switching positions.

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Der Polschuh. 19 und der Anker 13 bilden auf der dem Pol 20 gegenüberliegenden Seite der Mittelebene einen parallel zu dieser Mittelebene verlaufenden Luftspalt 26, der in Fig. 2 gleich Null ist und in Fig. 3 seinen Größtwert einnimmt.The pole piece. 19 and the armature 13 form on the one opposite the pole 20 Side of the central plane an air gap 26 running parallel to this central plane, which in FIG. 2 is equal to zero and in Fig. 3 assumes its maximum value.

In Fig. 2, also in der Schließstellung der Kontakte 10, 14, hat der Dauer-Schaltmagnet 16 die veranschaulichte Stellung. Der größte Teil der von der Stirnfläche des Südpols S ausgehenden Magnetlinien sammelt sich am Pol 20 und wird über den Luftspalt . 26 bis zum Anker 13 geführt. Die Magnetlinien treten aus dem Anker aus und verlaufen durch die Luft zur Stirnfläche des Nordpols N. Infolgedessen entsteht zwischen Polschuh 19 und Anker 13 eine starke Anziehungskraft, die die Kontakte 10, 14 trotz der Öffnungskraft der Feder 12 geschlossen hält. Damit die übrigen Bauteile das magnetische System nicht beeinflussen, können die Kontakte 10, 14 aus Silber sein, der Träger 9 und das Traggestell 11 aus Messing und die Feder 12 aus Bronze.In Fig. 2, that is, in the closed position of the contacts 10, 14, has the permanent solenoid 16 the illustrated position. Most of the ones emanating from the face of the south pole S. Magnetic lines collects at pole 20 and is across the air gap. 26 out to anchor 13. The magnetic lines emerge from the armature and run through the air to the face of the north pole N. As a result, a strong attractive force arises between the pole piece 19 and armature 13, which the contacts 10, 14 despite the opening force the spring 12 keeps closed. So that the other components do not influence the magnetic system, the contacts 10, 14 made of silver, the carrier 9 and the support frame 11 made of brass and the spring 12 made of bronze.

Wird nun der Stell-Dauermagnet 2 nach oben bewegt, so wird der Südpol S des Schalt-Dauermagneten 16 angezogen. Er schnappt in die Stellung der Fig. 3 um und wird dort, auch bei einer Weiterbewegung des Magneten 2, stabil festgehalten, weil der ausgeprägte Pol 23 in Verbindung mit den Magnetkräften den Magneten 16 in der veranschaulichten Lage hält. Bei der Öffnungsbewegung ändern sich zunächst die magnetischen Verhältnisse am Luftspalt 26, weil ein Teil des. magnetischen Flusses, der von der Stirnfläche des Südpols S des Schalt-Dauermagneten 16 ausgeht, über den Polschuh 19, der andere Teil aber über den Anker 13 verläuft. Infolgedessen hört nicht nur die Anziehungskraft zwischen den beiden Weicheisenteilen auf , sondern es entsteht sogar eine Abstoßungskraft. Die vorgespannte Feder 12 gibt einen weiteren Antrieb in Öffnungsrichtung. Schließlich trifft auch noch der Magnet 16 mit seinem Südpol gegen die Feder 12, so daß selbst bei verschweißtem Kontakt ein öffnen erfolgt.If the permanent magnet 2 is now moved upwards, the South pole S of the switching permanent magnet 16 attracted. He snaps in the position of FIG. 3 and is held there in a stable manner, even if the magnet 2 continues to move, because the salient pole 23 in connection with the magnetic forces pushes the magnet 16 into place the illustrated situation holds. During the opening movement, the magnetic conditions at the air gap 26 initially change because a part of the magnetic flux which emanates from the end face of the south pole S of the switching permanent magnet 16 via the pole piece 19, but the other part runs over the anchor 13. As a result, not only does the force of attraction stop between the two soft iron parts on, but there is even a force of repulsion. The pretensioned spring 12 provides a further drive in the opening direction. Finally, the magnet 16 also hits with his South pole against the spring 12, so that even with welded contact an opening takes place.

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Claims

PATENT CLAIMS

Bistable electric. Switch with permanent magnet, which can be pivoted about a central axis and two from the central plane offset soft iron poles is held in one of the stable positions, with a permanent magnet about perpendicular to the switching permanent magnet at one of its poles and the movable contact is connected to a soft iron armature, characterized in that the soft iron poles (20, 23) formed on fixed pole pieces (19, 22), each assigned to a pole (S, N) of the switching permanent magnet (i6) and after on the same side are offset from the center plane (24) that the movable contact (14) is supported by an opening spring (12) is loaded and that the soft iron armature (13) with one pole piece (19) forms an air gap (26) of variable size, A substantial part of that of the soft iron pole is via the position of the switching permanent magnet in the closed position recorded magnetic flux goes.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the pole pieces (19, 22) have pronounced poles (20, 23) and an appendage protruding slightly above the central plane (24).

3. Switch according to claim 1 or 2, characterized in that the air gap (26) between the one pole piece (19) and the Soft iron anchor (13) lies on the side of the central plane (12) opposite the pole (20).

4. Switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the opening spring (12) is a leaf spring carrying the movable contact (14).

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5. Switch according to claim 4, "characterized in that the Switching permanent magnet (16) when moving into the position assigned to the open position of the switch against the leaf spring (12) suggests.

6. Switch according to claim 4 or 5, characterized in that . the soft iron anchor (13) is formed by an angle, one leg of which with its free end the air gap (26) and the other leg of which is attached to the leaf spring (12) and carries the movable contact (14) «

7. Switch according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the pivoting movement of the switching permanent magnet (16) is limited by a stop (25).

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