DD139492A1

DD139492A1 - Magnetschalter

Info

Publication number: DD139492A1
Application number: DD20868378A
Authority: DD
Inventors: Herbert Hoeft; Andreas Hartmann
Original assignee: Herbert Hoeft; Andreas Hartmann
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1980-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetschalter, der in der Elektrotechnik/Elektronik Anwendung findet. Sie hat das Ziel, einen Magnetschalter herzustellen, der einfach im Aufbau ist und geringe Herstellungskosten aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen technisch zuverlässigen Magnetschalter ohne mechanische Federwirkungen zu realisieren, der hohe Kontaktkraft und große Schaltgeschwindigkeit ermöglicht und gleichzeitig prellarm bzw. prellfrei schaltet. Erfindungsgemäß werden ein oder zwei Permanentmagnete und zwei oder drei harte oder weiche ferromagnetische elektrische Leiter so angeordnet, daß sie eine kraftschlüssige, elektrische isolierte MIM- oder MIMIMStruktur ergeben. Dabei werden jeweils zwei metallische Leiter mittels einer beweglichen, elektrisch leitenden ferromagnetischen Wippe elektrisch und magnetisch kurzgeschlossen. Bei Verwendung von zwei oder drei ferromagnetischen Leitern wird eine bistabile Schaltung aufgebaut, bei Verwendung von zwei ferromagnetischen Leitern und einem nichtmagnetischen eine monostabile Schaltung. Die bistabile Schaltung kann auch so aufgebaut sein, daß eine Umschaltung zwischen ···· »ie# «.»..„den äußeren Kontakten erfolgt.

Description

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Magnetschalter .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Magnetschalter, der in der Elektrotechnik/Elektronik Anwendung fijndet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Schalter sind vorwiegend so ausgeführt, daß die Kontaktkraft und die Rückstellkraft durch Federwege oder durch Magnetkräfte in Verbindung mit mechanischen Federn oder Permanentmagnete auf den beweglichen Kontakten realisiert werden.

Es sind Schalter bekannt, die Magnetfelder für die Erzeugung von Kontaktkräften nutzen und deren konstruktiver Aufbau mit hohen magnetischen Streuflüssen verbunden ist. Dies bewirkt eine verminderte Ausnutzung der möglichen magnetischen Kräfte (DT- OS 2.322.949). Dabei wird in der Regel der Permanentmagnet bewegt.

Es gibt auch Lösungen, bei denen die Federn oder Zungen durch Magnetkräfte ausgelenkt werden. Da Kontaktkraft und Rückstellkraft in der Regel direkt antiparallel liegen, ist die effektiv wirkende Kontaktkraft kleiner als die aufgebrachte Kontaktkraft. In Verbindung mit der Rückstellkraft und der kinetischen Einsehaltenergie kommt es oft zu nicht vertretbaren und unzureichenden statischen Kontaktkräften. Eine sichere Kontaktstelle benötigt eine ausreichend hohe Kontaktkraft.

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Um Prellungen zu vermeiden, wird eine Kraftcharakteristik angestrebt, die etwa umgekehrt proportional zum Kontaktabstand ist. Damit kann auch eine hohe Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit erreicht werden.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, einen Magnetschalter herzustellen, der einfach im Aufbau ist und geringe Herstellungskosten aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen technisch zuverlässigen Magnetschalter ohne mechanische Federwirkungen zu realisieren, der hohe Kontaktkraft und große Schaltgeschwindigkeit ermöglicht und gleichzeitig prellarm bzw. prellfrei schaltet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein oder zv/ei Permanentmagnete und zwei oder drei harte oder v/eiche ferromagnetische elektrische Leiter so angeordnet sind, daß sie eine kraftschlüssige, elektrisch isolierte MIM- oder MIMIM-Struktür ergeben. Die Anordnung erfolgt so, daß jeweils zwei metallische Leiter mittels einer beweglichen, elektrisch leitenden ferromagnetischen Wippe oder eines Zwischenstückes elektrisch oder magnetisch kurzgeschlossen werden. Das bewirkt, daß die gesamte Magnetenergie für die Anziehungskraft ausgenutzt wird, wodurch bei' minimalstem magnetischem Streufluß eine maximale Kon-. taktkraft auftritt, die höchste Zuverlässigkeit und niedrigen Durchgangswiderstand garantiert.

Die Permanentmangete bestehen aus hochohraigen Ferriten, wodurch in der Regel keine weitere elektrische Isolierung benötigt wird.

Bei unzureichendem Isolationswiderstand der Permanentmagnete werden dünne elektrisch isolierende Schichten zwischen

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oder auf den Leitern und/oder den Permanentmagneten aufgebracht.

Für Schalter mit niedrigen Zuverlässigkeitsansprüchen können ferromagnetische Leiter direkt als Kontaktwerkstoff verwendet werden.

Pur Schalter mit höheren Zuverlässigkeitsansprüchen werden die Kontaktstellen mit Edelmetallschichten versehen. Mchtmagnetische Edelmetallschichten bewirken eine geringfügige Scherung des Magnetflusses. Es ist deshalb in bestimmten 10. Fällen günstig, die Kontaktstellen mit ferromagnetischen Schichten, z.B. PtGo, zu versehen.

Bei Verwendung von zwei oder drei ferromagnetischen leitern in der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine bistabile Schaltung als Um-, Ein- oder Ausschalter aufgebaut.

Bei Verwendung von zwei ferromagnetischen Leitern und einem nichtmagnetischen Leiter wird eine monostabile Schaltung als Taste, Mikrotaste oder Mikroschalter aufgebaut .

Diese beiden Schaltungen können jeweils in Reihe oder auch flächenhaft angeordnet werden.

Die ferromagnetischen elektrischen Leiter können durch das Magnetfeld des Permanentmagneten an diesem gehalten werden, oder sie sind mit oder ohne Isolierzwischenschicht auf dem Permanentmagnet befestigt,

Als Betätigungsorgan der Wippe dient ein geeignet geformtes Isolierstück. Ein Zapfen in einer öffnung der Wippe bestimmt die Horizontallage des Mittenkontaktes.

Zwei erfindungsgemäße Schalter mit einer bistabilen Schaltung können auch so angeordnet sein, daß eine Umschaltung zwischen den äußeren Kontakten durch einen Flachhebel erfolgt. Dabei können die Mittenkontakte weggelassen und eine Schwenklagerung verwendet werden.

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Anstelle der mechanischen Einwirkung kann die Betätigung des Schalters durch zwei elektromagnetische Spulen erfolgen. Der erfindungsgemäße Schalter kann auch als elektromagnetische Sicherung bzw. Schutz ausgeführt werden, so daß die Einschaltung mechanisch und die Ausschaltung bei einem Überstrom elektromagnetisch erfolgt.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Magnetschalter als Umschalter mit links geschlossenen und rechts offenen Kontakten,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Magnetschalters mit einem Permanentmagneten,

Fig. 3 die Vorderansicht zu Fig. 2,

Fig. 4 die Seitenansicht mehrerer Schalter nach Fig. 1 oder Fig. 2,

Fig. 5 die Draufsicht auf eine flächenhafte Anordnung nach Fig. 1 oder Fig. 2,

Fig. 6 eine doppelte Anordnung nach Fig. 1 mit einer . Wippe und

Fig. 7 eine elektrisch steuerbare Anordnung im Sinne eines polarisierten Relais oder einer Überstromsicherung.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wird durch den kompakten Aufbau der gesamte Magnetfluß für die Kontaktkraft ausgenutzt, indem die Permanentmagneten 1 auf ihren Nord-Süd-Flächen mit ferromagnetischen Kontaktstücken 2, 3t -4 belegt und diese magnetisch durch die Wippe 5 kurzgeschlossen werden. Als Permanentmagnete 1 eignen sich hochohmige Ferrite oder metallische Magnete mit entsprechender elektrischer Isolierung.

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Bei ausreichendem Volumen der ferromagnetischen Kontaktstücke 2,3,4 und der Wippe 5 wird die gesamte Magnetenergie an den Kontaktstellen 6 ausgenutzt. Eine Betätigung der Wippe 5 schließt den Stromkreis über 3, 4 oder 4, 4 und öffnet ihn über 2, 3 oder 2, 2.

Sind die Kontaktstucke 2, 3, 4 ferromagnetisch, so ist der Aufbau bistabil und als Um-, Ein- und Ausschalter einsetzbar. Besteht eines der Kontaktstücke 2 oder 4 aus einem nichtmagnetischen elektrischen Leiter, so ist der Aufbau monostabil und als Taste geeignet. In diesem Fall kann ein Permanentmagnet 1 in Pig. 1 durch ein isoliertes Zwischenstück ersetzt werden.

Die elektrischen Anschlüsse 7 an den ferromagnetischen Kontaktstücken 2, 3» 4 werden auf üblichem Wege befestigt, z.B. mit Schrauben.

Die Kontaktstellen 6 können bei energiereichen Magneten, wie z.B. AlMCo 800 und bei nicht zu hohen Zuverlässigkeitsforderungen direkt aus dem ferromagnetischen Material bestehen oder bei höheren Zuverlässigkeitsforderungen veredelt werden. Wenn nötwendig, kann auf die Edelmetallschichten eine magnetische Schicht, z.B. aus PtCo oder Ui, aufgebracht werden.

. Pur die Betätigung der Wippe 5 sind als Berührungsschutz elektrisch isolierende Griffelemente notwendig. Dazu eignen sich übliche Wippenhebel 8 oder Anordnungen als Schiebeschalter, Kipphebel oder Drehhebel. Ein Berührungsschutz wird durch ein Isoliergehäuse 9 realisiert.

Um die Wippe 5 mechanisch rutscharm auszuführen, können ein Zapfen am Mittenkontakt 3> eine Öffnung oder Rollen mit entsprechender Lagerung des Mittenkontaktes 3 vorgesehen werden. Um Reibungsoxydation an dieser Stelle zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Lagerstelle zu versilbern. "

Es können entsprechend Pig. 4 einzelne Schalter aufgereiht oder mehrere Kontaktstücke 2, 3, 4 auf langen Magneten angeordnet werden.

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Eine flächenhafte Anordnung, wie sie Pig. 5 als Schalteroder Tastenfeld zeigt, läßt sich ebenfalls durch Einzeloder Reihenschalter leicht aufbauen. Magnetische Kontaktstücke halten im allgemeinen selbst durch die Magnetkraft. liehtmagnetische Kontaktstücke v/erden geklebt, geklemmt, geschraubt oder nach anderen üblichen Methoden positioniert. Dies ist auch für ferromagnetische Kontaktstücke zusätzlich möglich.

Entsprechend Fig. 6 lassen sich zwei Schalter nach Pig, 1 bo anordnen, daß sie als Umschalter wirken. Die Wippe 5 wird hier zweckmäßig als Flachhebel mit einem geeigneten Griffelement 10 ausgeführt. Dabei können die Mittenkon-. takte 3 durch eine Schwenk- oder Drehlagerung ersetzt werden. ,

Die Betätigung kann auch durch zwei Spulen 11 entsprechend Fig. 7 mit geeignetem Anzugsmoment ausgelöst werden. Für die Umschaltung genügt ein Stromimpuls. Läßt man eine der Spulen 11 weg, so ist der gleiche Aufbau als Überstrom·» schutzschalter oder elektromagnetische Sicherung mit mechanischer Ein- und elektrischer Ausschaltung verwendbar. Das Einschalten eines zweiten Stromkreises bei Überstrom ist auch möglich.

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Magnetschalter ohne zusätzliche elastische Federkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder zwei Permanentmagnete (T) und zwei oder drei harte oder weiche ferromagnetische elektrische Kontakte (2, 3₅ 4) in einer kraftschlüssigen elektrisch isolierten MIM- oder MIMIM-Struktur angeordnet sind, von denen jeweils zwei Kontakte (2, 3, 4) mittels einer beweglichen, elektrisch leitenden ferromagnetisehen Wippe (5) oder eines Zwischenstückes elektrisch und magnetisch kurzgeschlossen werden.
2. Magnetschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (1) aus hochohmigen Perriten bestehen.
3. Magnetschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß dünne elektrisch isolierende Schichten zwischen oder auf den Kontakten (2, 3» 4) und/oder den Permanentmagneten (1) aufgebracht sind.
4. Magnetschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische elektrische Kontakte (2, 3_f 4) direkt als Kontaktwerkstoff verwendet werden oder die Kontaktstellen (6) mit Edelmetallschichten und ferromagnetischen Schichten versehen sind.
5. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei ferromagnetische Kontakte (2, 3» '4) und zwei Permanentmagnete (1) als bistabile Schaltung angeordnet sind.
6. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder vier ferromagnetische elektrische Kontakte (3, 4)) und ein Permanentmagnet (1) als bistabile Schaltung angeordnet sind.

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7. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ferromagnetische elektrische Kontakte (2, 3 oder 3, 4) und ein nichtmagnetischer Kontakt (2 oder 4) als monostabile Schaltung angeordnet sind.
8. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen in Reihe oder flächenhaft angeordnet sind.
9. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (2, 3, 4) durch das Magnetfeld am Permanentmagneten (1) gehalten v/erden oder mit bzw. ohne Isolierzwischenschicht auf dem Permanentmagneten befestigt sind..
10. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 6, 8 und 9> dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schalter so angeordnet sind, daß eine Umschaltung zwischen den äußeren Leitern (2, 4) mittels eines Griffelementes (10), insbesondere eines Flachhebels erfolgt.
11. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 6 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenkontakte (3) weggelassen und eine Dreh- oder Schwenklagerung verwendet wird.
12. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung durch zwei elektromagnetische Spulen (11) im Sinne eines polarisierten Relais erfolgt. ·
13. Magnetschalter nach Punkt 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Einschaltung und eine elektromechanische Ausschaltung bei einem Überstrom im Sinne von elektromagnetischen Sicherungen bzw. Schützen erfolgt.

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