DE917135C

DE917135C - Schaltpatrone

Info

Publication number: DE917135C
Application number: DEK12742A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Degler; Dr Fritz Kesselring
Original assignee: FKG AG
Current assignee: FKG AG
Priority date: 1946-07-05
Filing date: 1952-01-06
Publication date: 1954-08-26
Also published as: CH299616A

Description

Das Patent 842 809 betrifft eine Sohaltpatrone, die in einem geschlossenen Isoliergehäuse mindestens ein bewegliches, magnetisch beeinflußbares Schaltelement aufweist, welches mindestens in einer Stellung zwei feststehende Kontakte elektrisch verbindet. Bei einer bevorzugten Ausfüihrungsfo'rm sind die Querschnitte der Stromdurchführungen überall mindestens so groß, daß die beim Betrieb der Schaltpiatrone im Schaltelement erzeugte Wärme größtenteils über die Stromdurchführungen abgeleitet wird.

Die Erfindung befaßt sich mit einer solchen Schaltpatrone; sie bezweckt, die Fabrikation zu vereinfachen und damit die Patrone selbst zu verbilligen. Erfindungsgemäß ist im Isoliergehäuse eine Grundplatte aus wärmefestem, formbeständigem Isoliermaterial untergebracht, auf welche zwei als Stromzuführungen dienende Metallstücke, die die feststehenden Kontakte tragen, mindestens zwei lamelilierte Einschaltmagnetpole und mindestens die Po'lsohuhe eines Ausechaltmagnetsystems angeordnet sind, wobei in dem durch die Polschuhe der Ein- und Ausschaltmagnetpole definierten zylindrischen Raum mindestens ein scheibenförmiges, außer durch die Schwerkraft nur magnetisch beeinflußte'S Schaltelement angeordnet ist. Für viele Anordnungen kann es zweckmäßig sein, als Ausschaltmagnetsystem einen innerhalb des Isoliergehäuses angeordneten permanenten Magneten zu \*erwenden, dessen Polflächen zweckmäßig mit

einem gegenüber dem Magnetmaterial weicheren Material bedeckt sind. Hierfür können in Frage kommen magnetisierbare Werkstoffe, wie Eisen, Nickeleiseniverbindungen, oder unmagnetisierbare Werkstoffe, wie Silber, Kupfer und Isoliermaterial. Infolge seiner guten Dämpfungseigenschaften eignen sich Bedeckungen aus Hartgewebe, Hartpapier od. dgl. Um nach erfolgter Einschaltung den Anker festzuhalten, kann es zweckmäßig sein, isoliert

ίο zwischen den Einschaltmagnetpalen einen· perma,-nenten Magneten anzuordnen. Für eine einfache Montage und gute Bearbeitbarkeit ist es τοη Vorteil, die Einschaltmagnetpole in je einer Nut der beiden Metalls tücke anzuordnen, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß keine Kurzschluß windungen entstehen. Die Polflächen der Einschaltmagnetpole werden mit Vorteil in einer Ebene mit den die feststehenden Kontakte tragenden Flächen. der Metallstücke angeordnet, wobei die feststehenden Kontakte an diesen Flächen der Metallstücke gut leitend befestigt sind, jedoch darüber hinausragen und die Polflächen der Einschaltmagnetpole mindestens teilweise überdecken. Damit beim Einschalten durch Prellen keine Kontaktabhebungen

as auftreten, ist es ferner zweckmäßig, für die kontaktmachenden Teile federnde oder stark dämpfende Elemente vorzusehen. Man kann entweder den Anker starr und die feststehenden Kontakte in Richtung¹ der magnetischen Einschaltkräfte federnd anordnen oder umgekehrt die Oberfläche des Ankers federnd ausführen und die feststehenden Kontakte starr auf den Polfläahen der Einschaltmagnetpole aufliegen lassen. Eine gute Dämpfung erzielt man auch mit einem Schaltelement, das ein geschlossenes, mindestens an der Oberfläche gut leitendes, starres Gehäuse aufweist, dessen Inneres mindestens teilweise magnetisierbare Teilchen enthält. Beim Auf treffen auf die ebenfalls starr ausgebildeten feiststehenden Kontakte tritt dann zwischen den magetisierbaren Teilchen eine starke Reibung auf, wodurch ein Zurücikprellen des Sdhaltelementes verhindert ist. Um möglichst geringen Durchgangswiderstand zu erzielen, wird man zweckmäßig die Kontaktoberfläche des Schaltelementes aus einem gegenüber dem magnetisierbaren Material besser leitenden Material herstellen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es stellt dar

Fig. ι eine erste beispielsweise Ausführungsform des Ernndungsgegenstandes,

Fig. 2 ein Längsschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit der Ausführungsform nach Fig. ι in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Anordnung für die Zuführung des Stromes und des Magnetflusses für eine Schaltpatrone nach Fig. I,

Fig. 5 eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer Schaltpaitrone nach, der Erfindung,

Fig. 6, 7 und 8 drei beispielsweise Ausführungsformen von Schaltelementen.

In Fig. ι und 2 bedeutet 1 eine rechteckige Grundplatte aus wärmefestem, formbeständigem Material, z. B. Porzellan, das eine Temperaitur von 150⁰ C ohne Beeinflussung seiner Form und Eigenschäften aushalten kann; 2 und 2' sind Metallkörper aus gut leitendem Material, z, B. Kupfer, Messing, Alumimium, die mit Hilfe der Schrauben 3 und 3' auf der Grundplatte 1 befestigt sind; 4 und 4' sind Magnetpole aus lamelliertem, magnetisch, gut leitendem Material, beispielsweise Dynamoblech; sie sind mit Hilfe der Schrauben 5 und 5' in Nuten der Körper 2 und 2' befestigt. Zur Vermeidung von Kurzschlußwindungen dienen, diie Isolierzwischenlagen 6 und 6'. Mit 7 sind silberplattierte, scheibenförmige Anker als Schaltelemente bezeichnet, 8 und 8' sind Kontaktfedern, die mit Hilfe der Schrauben 9 und 9' auf den Metallstücken, 2 und 2' befestigt sind (s. auch Fig. 3). Ein, permanenter Magnet 10 mit den Polschuhen 23 und 23' ist mittels der kreisförmigen Platte 11 und der Schraube 12 gegen die Grundplatte 1 gepreßt. Das im wesentlichen rechteckige Gehäuse 13 aus Porzellan! weist Nuten 14 und 14' auf, in die elektrisch, und magnetisch gut leitende und mit versilberter Oberfläche ausgeführte AbscMußbleehe 15 und 15' eingekittet sind. Die Magnetjodie 16 und 16' eines Magnetsystems sind miit Hilfe der Isolation: 17 voneinander getrennt, ihre oberen. Enden stehen mit den Polen 4 und 4' möglichist ohne Luftspalt in Verbindung. Sie werden mit Hilfe der Traversen 18 und i8' und der Schrauben 19 und 19' zusammengepreßt. Mit 20 ist eine Erregerwicklung bezeichnet, 21 und 21' sind die Strarnzufuhrungen, die durch nicht gezeichnete Mittel geigen die Metallstücke 2 und 2' bzw. die Abschlußbleche 15 und 15' gepreßt werden. Aus Fig. 2 erkennt man insbesondere die Form des PoTzellangehäuses 13 mit den gegenüber den beweglichen Schaltelementen angeordneten Fenstern 22 und 22'.

In Fig. 3 ist die Anordnung der Kontaktlamellen 8 und 8' noch, etwas größer dargestellt. Zwischen dem Metallstück 2 und der Kontaktfeder 8 befindet sich eine gut leitende Zwischenlage 25, durch die die Kontaktfeder 8 von dem Metallkörper 2 distanziert ist. Um eine möglichst sichere Stromverbindung zu erzielen, ist zusätzlich noch ein Anpreßstück 26 angeordnet.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In unerregtem Zustand der Spule 20 werden die Anker 7 von dem permanenten Magneten 10 in der Ausschaltlage festgehalten. Die Metallstücke 2 und 2' sind elektrisch voneinander isoliert. Bei Erregung der Spule 20 treten entgegengesetzt gerichtete Kräfte zwischen den, Ankern. 7 und den Magnetpolen 4 und 4' auf. Sowie die anziehende Kraft des Elektromagneten die Haltekraft des permanenten Magneten 10 übersteigt, bewegen sich die Anker 7 nach unten. Sie kommen zunächst in Berührung mit den Kontaktfedern 8 und 8', die dann gegen die Polschuhe 4 und 4' und damit auch gegen die Metallkörper 2 und 2' gepreßt werden. Hierdurch werden die Schienen, 21 und 21' leitend miteinander verbunden. Wird die Erregung der Spule 20 so« weit geschwächt, daß die Zugkraft des permanenten Magneten 10 überwiegt, so bewegen sich

die Anker 7 wieder nach oben, wodurch die Schienen. 21 und 21' wieder voneinander elektrisch isoliert sind.

Die Kontaktfedern 8 und 8' dienen im wesentliehen dazu, Prellungen, beim Einschalten des Stromkreises zu vermeiden. Heben sich nämlich die Anker 7 etwas ab, so folgen ihnen die Federn 8 und 8' nach, ohne daß dabei eine Unterbrechung zustande kommt. Eine entsprechende Wirkung läßt sich auch dadurch erzeugen, daß man dem Schaltelement eine gewisse Elastizität gibt (s. Fiig. 5 und 6), wobei die Lamellen 8 und 8' dann als feststehende und von den Metallstücken 2 und 2' nicht mehr distanzierte Stromzuführungen ausgebildet werden.

Fig. 4 zeigt eine zweckmäßige Anordnung zur Strom- und Magnetflußzuführung für eine Scbaltpatrone nach Fig. 1. Der Übersichtlichkeit halber ist die Schaltpatrone in Fig. 4 nicht dargestellt.

Die Magnetjoche 16 und i6' sind von Wicklungen 30 und 31 umgeben, die im. wesentlichen die Funktion der Einschaltwicklung 20 nach Fig. 1 übernehmen. Hinzu kommt noch die Wirkung von Hauptstroimwindungen, bestehend aus der Zuleitungsschiene 32, den: Verbindungsstücken 33 und 34, den Verbindungsstücken 34' und 33' (nicht sichtbar) und der Ableifcungsschiene 32'. An Stelle der Schienen. 21 und 21' sind bürstenartige, feststehende Kontakte 35 und 35' angeordnet. Die Schienen 32 und 32' sind durch. Schrauben 36 und 37 zusammengehalten, wobei; diese Schrauben mit Hilfe der Isoilierplatten 38 und 39 und nicht gezeichneten Isolierrohre von den leitenden Teilen isoliert sind. Die Schienen 32 und 32' sind außerdem durch eine Isolierzwischenlage 40 gegeneinander und je auf einer Seite durch Isolierplatten gegen die Verbindungsstücke isoliert, wobei nur die Isolation 41' in der Fig. 4 sichtbar fet. Die eigentliche Schaltpatrone wird nun zwischen, die Kontakte 35 und 35' bzw. die Joche 16, 16' eingeschoben. Der Stromverlauf ist aus den eingezeichneten Pfeilen zu ersehen. Aus Fig. 4 sieht man, daß der zu schaltende Strom zur Erzeugung des Eiiinschaltmagnetfeldes mitbenutzt wird. Dies hat den Vorteil, daß bei hohen Strömen und insbesondere bei Kurzschluß ein hoher Kontaktdruck gewährleistet ist.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsfoirm einer Schaltpatrone nach der Erfindung. Die miilt Fig. 1 übereinstimmenden. Bestandteile tragen die gleichen Bezugszeichen. Hinzugekommen sind ein permanenter Magnet 60, der sich, zwischen den Polen 4 und 4' befindet; die Anker 7 sind gemäß Fig. 8 ausgeführt. An Stelle der Kontaktfedern 8 und 8' werden nun die starren Siilberplattierungen 61 und 61' verwendet, die auf die Pole 4 und 4' übergreifen. Die Pole 62 und 62' des Ausschaltmagnetsystems sind mittels der Schrauben 63 und 63' auf der Grundplatte 1 befestigt; ihre Stirnflächen weisen Plattierungen 64 und 64' auf. Zwischen den Polen 62 und 62' ist ein permanenter Magnet 65 angeordnet, der mit Hilfe der Platten 66 und 66' isorliert ist. Das Gehäus 13 ist durch magnetisch gut leitende und mit versilberter Oberfläche ausgeführte Bleche 67 und 67' abgeschlossen, die in. diesem Fall auf die Stirnflächen des Porzellangehäuses 13 in an sich bekannter Weise aufgelötet sind, wodurch ein. hermetischer Abschluß des Gehäuses 13 bewirkt werden kann. Durch dünne Isolationszwischenlagen 72 und "]2' sind die Joche 62 und 62' von den Blechen 67 und 67' isoliert. Die voneinander durch Zwischenlagen 69 und 69' isolierten Joche: 68 und 68' des Ausschaltmagnetsystems werden durch die Isolierplatten 70 zusammengehalten. Die Ausschaltspule ist. mit 71 bezeichnet.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Der Anker 7 befindet sich zunächst in der Ausschaltstellung, d. h. er steht in Berührung mit den Polblechen 64 und 64' und wird durch die Zugkraft des permanenten Magneten 65 festgehalten. Es wird nun der Einschaltspule 20 ein Stromimpuls aufgedruckt; hierdurch kann erreicht werden, daß die Zugkraft des permanenten Magneten, 60, verstärkt um die Wirkung des Elektromagneten 16, 16', die Haltekraift des permanenten Magneten 65 überwiegt. Die Anker 7 bewegen sich nach, unten und treffen auf die Silberplattierungen 61 und 61' auf, wodurch die Stromschienen 21 und 21' miteinander verbunden werden. Um die Ausschaltung zu bewirken, wird in gleicher Weise der Ausschaltspule 71 ein kurz dauernder Stromimpuls aufgedrückt, wo·- durch die Ausschaltkräfte größer werden als die Haltekraft des permanenten, Magneten 60. Es ist auch möglich, jeweils die beiden Spulen 20 und 71 gleichzeitig zu, erregen, wobei dann, diejenige Spule, die eine Schaltänderung bewirken soll, so zu erregen ist, daß die Zugkraft des zugehörigen permanenten Magneten verstärkt, die des anderen permanenten, Magneten geschwächt wird.

An Stelle der üblichen Magnetsysteme, wie sie in den, Fig. 1 und 3 beschrieben sind, können, mit Vorteil auch sogenannte Sperrmagneten verwendet werden.

Da sich die Schaltelemente leicht auswechseln lassen, kann es, wie bereits angedeutet, zweckmäßig sein, die feststehenden Kontakte 8 und 8' als starre, gut leitende Plättchen, bei spiele weise aus Silber, auszuführen. Es müssen dann jedoch die Schaltelemente entweder an ihrer Oberfläche eine gewisse elastische Nachgiebigkeit aufweisen, oder, sofern sie starr ausgeführt sind, genügend große innere no Dämpfung besitzen. Ausfuhrungsbeispiele dieser Art zeigen die Fig. 6 bis 8.

In Fig. 6 bedeutet 75 einen magnetisch gut leitenden Eisenkern, 76 und ¹JJ sind elektrisch gut leitende, elastische Kontaktfedern, z. B. aus silberplattiertem Stahl, die an den Stellen 78 und 79 mit dem Eisenkern 75 verbunden, z. B. verschweißt oder verlötet sind. Sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten können die Lamellen 76 und yj etwas durchfedern, wodurch Prellungen vermieden werden.

Fig. 7 zeigt eine etwas andersartige Ausführung. Der Eisenkern 80 ist von einem elektrisch gut leitenden, elastischen Reifen 81, beispielsweise aus mindestens außen silberplattiertem Stahlblech, umgeben, der an den. Stellen 82 und 83 mit dem Kern 80 verbunden ist. Beim Ein- undAusschalten kann

sich der Reifen Si etwas deformieren., wodurch ebenfalls eine Unterbrechung infolge Kontafctprellung vermieden ist.

Man kann nun aber das Prellen von Kontakten auch dadurch vermeiden, daß die innner en Verluste erhöht werden. Eine Ausführungsform eines Ankers, bei der dieses Grundprinzip zur Anwendung gelangt, zeigt Fig. 8 In einem allseitig geschlossenen Gehäuse 85 aus gut leitendem und mechanisch widerstandsfähigem Material ist feinverteiltes Eisen 86, z. B. in Form von Feiispänen. oder KarbcHiyleisen, untergebracht. Die magnetische Zugkraft greift nun an den einzelnen Teilchen an, wodurch diese zusammen, mit dem Gehäuse 85 be- schleunigt werden. Beim Auftreffen auf die Magnetpole¹ 4, 4' (s. Fig. 5) wird ein großer Teil der kinetischen Energie der Eisenteilchen durch innere Reibung vernichtet, wodurch das Prellen, wie Versuche zeigen, vermieden ist. Das gleiche ist der Fall, wenn ein derartiger Anker gegen die Pole des Ausschaltmagneten auftrifft. Diese Arikerkonstruktion hat den Vorteil, daß keine, federnden Elemente mehr notwendig sind. Da die reibenden Teilchen hermetisch abgeschlossen sind, ist infolge Sauerstoffmangels die sogenannte Blutrostbildung· vermieden. Auch kann der Schalter selbst durch die sonst immer auftretende Staubbildung infolge Reibung nicht verunreinigt werden, da, allfällig entstehender Staub ebenfalls in dem hermetisch, abgescMossenen Gehäuse 85 zurückgehalten wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Schaltpatrone, die in einem geschlossenen Isoliergehäuse mindestens ein bewegliches, ma,-gnetisch beeinflußbares Schaltelement aufweist, das mindestens in einer Stellung zwei, feststehende, in das Gehäuse eingeführte Kontakte elektrisch verbandet, nach Patent 842 809, gekennzeichnet durch eine im Isoliergehäuse untergebrachte Grundplatte aus wärmefestem, formbeständigem Isoliermaterial, auf welche zwei als Stromzufülhrungen dienende Metallstücke, die die feststehenden Kontakte tragen, mindestens zwei lamellierte Einschaltmagnetpole und mindestens die Polschuhe eines Ausschaltmagnetsystems angeordnet sind, wobei in dem durch die Polschuhe der Ein- und Ausschaltmagnetpole definierten, zylindrischen Raum mindestens ein, scheibenförmiges, außer durch die Schwerkraft nur magnetisch beeinflußtes Schaltelement angeordnet ist.
2. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschaltmagnetsystem aus einem innerhalb des Isoliergehäuses angeordneten permanenten. Magneten besteht, dessen Polflächen mit einem gegenüber dem Magnetmaterial weicheren Material bedeckt sind.
3. Schaltpatrone nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß isoliert zwischen den, Einschaltmagnetpolen ein permanenter Magnet angeordnet ist.
4. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltmagnetpole in je einer Nut der beiden MetaHstücke angeordnet sind.
5. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen: der Einschaltmagnetpole., in einer Ebene mit den die feststehenden Kontakte tragenden, Flächen der MetaHstücke liegen.
6. Schaltpatrone nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß die feststehenden Kontakte über die Metallstücke hinausragen und die Polflächen der Einschaltmagnetpole mindestens teilweise überdecken.
7. Schaltpatrone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Kontakte in! Richtung der magnetischen Einschaltkräfte federnd, das Schaltelement jedoch starr ausgebildet sind.
8. Schaltpatrone nach Anspruch, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Kontakte in Richtung der magnetischen Einschaltkräfte starr, die Kontaktflächen des Schialtelementes jedoch federnd ausgebildet sind.
9. Schaltpatrone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Kontakte und die Oberfläche des ein geschlossenes Gehäuse aufweisenden Schalteletnentes starr sind, wobei das Innere dieses Gehäuses mindestens teilweise magnetisierbare Teilchen enthält.
10. Schaltpatrone nach, Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Kontaktoberflächen des Schaltelementes aus einem gegenüber dem magnetisierbaren; Material elekirisch besser leitenden Material bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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