Elektrisches Schaltgerät mit permanentem Magneten Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät mit einem die beweglichen Kontakte in ihren Endstellungen haltenden permanenten Magne ten. Bei einem bekannten Schaltgerät dieser Art ist das Schaltglied bzw. der Halteanker als Stabmagnet ausgebildet, dessen Umschaltung durch einen Elek- tro- oder Permanent-Magneten erfolgt. Die Haltekraft des Magneten und damit der Kontaktdruck ist jedoch im Verhältnis zu den Grössenabmessungen des Ge rätes nicht sehr hoch, da in jeder Stellung jeweils nur ein Pol zur magnetischen Haftung herangezogen wird.
Bei derartigen Schaltgeräten ist es zwar auch be kannt, beide Pole eines permanenten Haltemagneten für die Haftung heranzuziehen, jedoch ist hier der Dauermagnet ebenfalls stabförmig ausgebildet und seine Pole liegen den beiden Polen je eines Elektro magneten gegenüber. Der Nachteil dieser Anordnung ist der, dass für die Umschaltung des Ankers infolge der grossen Luftstrecke eine starke Erregung erfor derlich ist. Eine solche Magnetanordnung ist auch bei einem Schalter mit Handbetätigung bekannt, bei wel chem die Umschaltung in der Weise erfolgt, dass ein Magnet in einer senkrecht zur Kontaktbewegungsrich tung liegenden Ebene um 180 gedreht wird. Der diesem Magneten gegenüberliegende Dauermagnet wird daher entsprechend angezogen bzw. abgestossen.
Es ist auch ein Schalter bekannt, der gegenüber den bekannten Anordnungen den Vorteil einer grösseren Haftkraft besitzt und bei dem ferner die Umschaltung des Ankers mit geringerer Leistungsaufnahme der Spule erfolgen kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Permanentmagnet als ringförmige Scheibe mit radialer Magnetisierung ausgebildet ist und in einem Gehäuse untergebracht ist, das zwei gegenüberliegende Polflächen aufweist und dessen innere Mantelfläche mit der Mantelfläche des Magneten einen Luftspalt bildet.
Der magnetische Fluss ist durch diese Mass- nahme nahezu im Eisen kurzgeschlossen und lediglich an der Stelle des grössten Querschnittes des Ankers ist ein Luftspalt vorhanden, der jedoch sehr schmal gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Erregung der Spule eine magneti sierende Wirkung im permanentmagnetischen Anker nicht in der Weise auftritt, wie es sonst der Fall ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Ver besserung einer solchen Anordnung dar. Es wurde nämlich gefunden, dass auf einfache Weise grössere Haltekräfte erzielt werden können, indem bei gleichen Abmessungen des Schaltgerätes ein wesentlich grös- serer Permanentmagnet verwendet wird. Es ist also eine wesentlich bessere Raumausnutzung durch die Erfindung erzielt, so dass bei gleichen äusseren Ab messungen eine ungefähr zwei- bis dreimal so grosse Leistung als sonst zu erreichen ist. Dies wird er- findungsgemäss dadurch erreicht, dass der Permanent magnet als ein den Anker umgebendes ringförmiges Teil mit radialer Magnetisierung ausgebildet ist.
Der Anker ist dabei mit Vorteil in üblicher Weise zylin drisch ausgeführt, wobei auch die Polflächen ent sprechend der Flussführung eine günstige Ausbildung erfahren können, um eine Anpassung der Zugkraft kennlinie in die Kraftbedarfskurve zu erzielen.
Zweckmässig steht der Permanentmagnet mit sei ner äusseren Mantelfläche mit der den magnetischen Rückschluss bildenden Gehäusewand in Verbindung. Zum Zwecke der Betätigung des Ankers schliesst sich an den ringförmigen Permanentmagneten mit Vorteil beiderseits eine Erregerspule an.
Die Erfindung lässt sich ebenfalls in besonders vorteilhafter Weise bei einem Schwingankersystem anwenden.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anordnung gemäss der Erfindung in Anwendung bei einem Schaltgerät und Fig. 2 in Anwendung bei einem Schwinganker- System, Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Federscheibe. Bei dem Schaltgerät nach Fig. 1 sind die Fest kontakte mit 1 bezeichnet. Die beweglichen Kon takte 2 befinden sich an einer Kontaktbrücke 3, die an der mit dem Anker 4 verbundenen Zugstange 5 unter der Wirkung einer Feder 6 gelagert ist.
Der Anker 4 ist in einem Gehäuse 7 unterge bracht, das von einem Mantel 8 aus weichmagneti schem Werkstoff und von den Stirnteilen 9 aus dem gleichen Werkstoff gebildet wird. An die Gehäuse wandung angebaut ist der Permanentmagnet 10, der als ringförmiges Teil ausgebildet und mit radialer Magnetisierung versehen ist. An den Permanent magneten 10 schliessen sich nach den Stirnflächen hin die der Betätigung des Ankers 4 dienenden Spu len 11 und 12 an.
Der Anker 4 ist im gezeichneten Beispiel an seinen Stirnflächen in bekannter Weise mit konusförmigen Vertiefungen 13 versehen, um eine besondere Zug kraftkennlinie zu erzielen. Entsprechend diesen Ver tiefungen weisen die Stirnteile 9 des Gehäuses konus- förmige Erhebungen 14 auf. Die Zugstange 5, die auf der den Kontakten 2 und 1 gegenüberliegenden Seite des Ankers 4 ebenfalls nach aussen verlängert ist, steht unter der Wirkung einer Feder 15. Diese Feder 15 dient dazu, in der Ruhelage die Rückstell- kraft des Magneten weitgehend zu kompensieren. Im Einschaltzustand dient sie zur Erhöhung der Magnet zugkraft.
Die Wirkungsweise der Anordnung erklärt sich leicht aus den in Fig. 1 eingezeichneten Pfeillinien, die den wirksamen magnetischen Fluss angeben. Die durch den Permanentmagneten 10 erzeugten, im wesentlichen im Eisen verlaufenden Kraftlinien sind durch die Pfeillinien 17 im linken Teil der Fig. 1 gekennzeichnet. Das Umschalten des Ankers 4 erfolgt durch Erregung der Spulen 11 und 12 und zwar dadurch, dass diese Spulen ein Feld erzeugen, wie es durch die Pfeillinie 16 dargestellt ist. Durch diese Erregung wird das Kraftfeld des Permanentmagneten 10 im oberen Teil geschwächt und im unteren Teil verstärkt, bis sich der Anker 4 in die andere, nicht dargestellte Endstellung bewegt.
Die Erregung der Spulen 11 und 12 erfolgt also im gleichen Sinne, was schaltungsmässig leicht zu erreichen ist. Durch ge eignete Bemessung der Federn 6 und 15 ist es mög lich, das System so auszulegen, dass der Schalter nur bei erregten Spulen eingeschaltet, bei unerregten hin gegen geöffnet ist. Der Leistungsbedarf der Spulen ist bei einer solchen Anordnung bedeutend geringer als bei einem üblichen Magnetsystem.
In Fig. 2 ist der Erfindungsgegenstand in der Anwendung bei einem Schwingankersystem gezeigt. Die mit dem Anker 4 verbundene Stange 5 ist mit Federscheiben 19 verbunden und zwar auf beiden Seiten des Ankers 4, wobei die Federscheiben 19 mittels Schrauben 20 an der Stirnseite des Gehäuses 7 befestigt sind. Durch die Federscheiben 19 ist der Anker in der Mittelstellung gehalten. Der Fluss des permanenten Magneten 10 verteilt sich also etwa gleichmässig auf den oberen und unteren Luftspalt. Je nach Richtung der Erregung in den beiden Spulen 11 und 12 wird der Fluss auf einer Seite verstärkt und auf der anderen Seite geschwächt. Hierdurch kommt eine Bewegung des Ankers 4 zustande. Bei Erregung mit Wechselstrom muss das System ent sprechend der Frequenz schwingen.
Der Vorteil ge genüber den bisher bekannten Anordnungen besteht darin, dass die Summe der Luftspalte in dem System stets gleich ist und sich somit die Induktion im Eisen nicht ändert.
Electrical switching device with permanent magnet The invention relates to an electrical switching device with a permanent magnet that holds the movable contacts in their end positions - or permanent magnets. However, the holding force of the magnet and thus the contact pressure is not very high in relation to the size of the device, as only one pole is used for magnetic adhesion in each position.
In such switching devices it is also known to use both poles of a permanent holding magnet for the adhesion, but here the permanent magnet is also rod-shaped and its poles are opposite the two poles of an electric magnet. The disadvantage of this arrangement is that a strong excitation is neces sary for switching the armature due to the large air gap. Such a magnet arrangement is also known for a switch with manual actuation, in which the switching takes place in wel chem in such a way that a magnet is rotated by 180 in a plane perpendicular to the direction of contact movement direction. The permanent magnet opposite this magnet is therefore attracted or repelled accordingly.
A switch is also known which, compared with the known arrangements, has the advantage of a greater adhesive force and in which the armature can also be switched over with less power consumption of the coil. This is achieved in that the permanent magnet is designed as an annular disk with radial magnetization and is accommodated in a housing which has two opposite pole faces and whose inner surface forms an air gap with the surface of the magnet.
As a result of this measure, the magnetic flux is almost short-circuited in the iron and there is only an air gap at the point of the largest cross-section of the armature, which, however, can be kept very narrow. Another advantage is that when the coil is energized, a magnetizing effect in the permanent magnet armature does not occur in the way it would otherwise.
The present invention represents a further improvement of such an arrangement. It has been found that greater holding forces can be achieved in a simple manner by using a significantly larger permanent magnet with the same dimensions of the switching device. A significantly better use of space is thus achieved by the invention, so that with the same external dimensions, an approximately two to three times greater performance than usual can be achieved. This is achieved according to the invention in that the permanent magnet is designed as a ring-shaped part surrounding the armature with radial magnetization.
The armature is carried out with advantage in the usual way cylin drical, with the pole faces corresponding to the flux guidance can experience a favorable training to achieve an adaptation of the tractive force characteristic in the power requirement curve.
The permanent magnet is expediently connected with its outer jacket surface with the housing wall forming the magnetic yoke. For the purpose of actuating the armature, an excitation coil is advantageously connected to the ring-shaped permanent magnet on both sides.
The invention can also be used in a particularly advantageous manner in a vibrating armature system.
Based on the drawing, a Ausführungsbei game of the invention is explained in more detail.
1 shows a section through an arrangement according to the invention in use in a switching device and FIG. 2 in use in a vibrating armature system, FIG. 3 shows a plan view of a spring washer. In the switching device according to FIG. 1, the fixed contacts are denoted by 1. The moving con contacts 2 are located on a contact bridge 3 which is mounted on the tie rod 5 connected to the armature 4 under the action of a spring 6.
The armature 4 is placed in a housing 7, which is formed by a jacket 8 made of soft magnetic shem material and the end parts 9 made of the same material. The permanent magnet 10, which is designed as an annular part and is provided with radial magnetization, is built onto the housing wall. At the permanent magnet 10 close to the end faces of the actuation of the armature 4 serving Spu len 11 and 12.
In the example shown, the armature 4 is provided on its end faces in a known manner with conical depressions 13 in order to achieve a special train force characteristic. Corresponding to these depressions, the end parts 9 of the housing have conical elevations 14. The pull rod 5, which is also extended outward on the side of the armature 4 opposite the contacts 2 and 1, is under the action of a spring 15. This spring 15 serves to largely compensate for the restoring force of the magnet in the rest position. When switched on, it serves to increase the magnetic pull.
The mode of operation of the arrangement is easily explained from the arrow lines drawn in FIG. 1, which indicate the effective magnetic flux. The lines of force generated by the permanent magnet 10 and running essentially in the iron are indicated by the arrow lines 17 in the left part of FIG. The armature 4 is switched over by energizing the coils 11 and 12, specifically in that these coils generate a field, as shown by the arrow line 16. As a result of this excitation, the force field of the permanent magnet 10 is weakened in the upper part and reinforced in the lower part until the armature 4 moves into the other end position, not shown.
The excitation of the coils 11 and 12 thus takes place in the same sense, which is easy to achieve in terms of circuitry. By appropriately dimensioning the springs 6 and 15, it is possible, please include to design the system so that the switch is only switched on when the coils are energized and open when the coils are not. The power requirement of the coils is significantly lower in such an arrangement than in a conventional magnet system.
In Fig. 2, the subject matter of the invention is shown in use in a vibrating armature system. The rod 5 connected to the armature 4 is connected to spring washers 19 on both sides of the armature 4, the spring washers 19 being fastened to the end face of the housing 7 by means of screws 20. The armature is held in the central position by the spring washers 19. The flux of the permanent magnet 10 is therefore distributed approximately evenly over the upper and lower air gap. Depending on the direction of the excitation in the two coils 11 and 12, the flow is increased on one side and weakened on the other. This results in a movement of the armature 4. When excited with alternating current, the system must oscillate according to the frequency.
The advantage over the previously known arrangements is that the sum of the air gaps in the system is always the same and therefore the induction in the iron does not change.