DE1224051B

DE1224051B - Verwendung eines Kohlenstoffstahles als Werkstoff fuer den Magnetkern elektromagnetisch verrasteter Schalter

Info

Publication number: DE1224051B
Application number: DEW30260A
Authority: DE
Inventors: Frank Anthony Zupa
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1960-07-13
Filing date: 1961-06-29
Publication date: 1966-09-01
Also published as: US3128418A; BE605899A; NL126658C; NL266598A; GB928119A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 22c

Deutsche Kl.: 40 b-39/56

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

W 30260 VI a/40 b

29. Juni 1961

1. September 1966

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Kohlenstoffstahles als Werkstoff für den Magnetkern elektromagnetisch betätigter verrasteter Schalter.

Es ist bekannt, den Magnetkern eines elektromagnetischen Schalters aus einem Material herzustellen, das eine ausreichende magnetische Festhaltekraft besitzt, um den Schalter zu verrasten, wenn die Erregung des Elektromagneten unterbrochen wird.

Bei einem bekannten, elektrisch geschalteten Gleichstrommagneten soll der Schaltanker und bzw. oder ein anderes Teil seines magnetischen Schlusses aus einem hartmagnetischen Werkstoff hoher Remanenz und geringer Koerzitivkraft bestehen. Hartmagnetische Werkstoffe, beispielsweise ein permanentmagnetisches Material mit hohem Kohlenstoffgehalt, besitzen hohe Remanenz, benötigen aber eine verhältnismäßig große Magnetisierungsfeldstärke. Als permanentmagnetisches Material mit geringer Koerzitivkraft von etwa 70 Oe ist Wolframstahl bekannt. Ein magnetisch verrasteter Schalter unter Verwendung eines solchen Materials benötigt jedoch immer noch eine für viele Anwendungen zu hohe Erregungsleistung, die beispielsweise in Fernsprechanlagen nicht zur Verfügung steht.

Bekannte weichmagnetische Werkstoffe, beispielsweise geglühter Stahl, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind zwar leicht zu magnetisieren, aber ihr remanenter Magnetismus reicht zum magnetischen Verrasten von Schaltern nicht aus. Das gilt auch für ebenfalls bekannte weichmagnetische Werkstoffe mit zwar hoher Remanenz und hoher Permeabilität, aber sehr kleiner Koerzitivkraft von etwa 0,2 Oe. Auch hier ist die magnetisch gespeicherte Energie für die wirksame Verrastung eines Schalters zu klein.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Schaffung magnetisch verrasteter Schalter zu ermöglichen, die mit einer sehr kleinen elektrischen Leistung betätigt werden können und dabei unter vielen Betriebsbedingungen ausreichend magnetisch verrastet sind. Die Erfindung empfiehlt dazu die Verwendung eines Kohlenstoffstahles, bestehend aus

1,2 Vo Kohlenstoff,

0,3% Mangan,

0,22 % Silizium,

0,025 % Schwefel und Phosphor,

0,10% Vanadin,

Rest Eisen,

der etwa 30 Minuten lang bei 802 + 4° C erhitzt, in Wasser abgeschreckt, 30 Minuten lang zwischen 454 und 510° C angelassen und dann in Luft abgekühlt ist, als Werkstoff für den Magnetkern elektromagne-

Verwendung eines Kohlenstoff Stahles als
Werkstoff für den Magnetkern elektromagnetisch verrasteter Schalter

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Frank Anthony Zupa, New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 13. Juli 1960 (42 678) - -

tisch verrasteter Schalter, der 54 bis 64, vorzugsweise 60 Härteeinheiten nach der Rockwell-30-N-Skala, eine Koerzitivkraft zwischen 20 und 27 Oe und eine Restflußdichte zwischen 10000 und 13 500 G nach Magnetisierung mit einer Feldstärke von wenigstens 70 Oe aufweisen muß.

Unter Verwendung eines solchen Werkstoffes lassen sich magnetisch verrastete Schalter herstellen, die bei einer Federbelastung des Ankers zwischen 1,15 und 150 g eine elektrische Leistung von nur 2,5 W erfordern und dabei sicher anziehen und verrasten, ohne daß die üblicherweise zur Freigabe der Schalter benutzten Freigabeimpulse eine fehlerhafte Wiederbetätigung verursachen. Die Leistung braucht nur für eine Zeit von 0,1 Sekunde angelegt zu werden. Mit der Erfindung ist die Auswahl eines Werkstoffes mit sehr günstigen Eigenschaften für elektromagnetisch verrastete Schalter unter der großen Anzahl verschiedener und verschieden behandelter Werkstoffe ermöglicht. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß die Bewertung der magnetischen Eigenschaften eines Stahles nicht nur an Hand der Bedingungen für die Wärmebehandlung, sondern auch in Abhängigkeit von seiner Härte erfolgt.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert werden; es zeigt Fig. 1 die teilweise geschnittene Seitenansicht eines magnetisch verrasteten Schalters,

Fig. 2 die Hysteresisschleife eines Werkstoffes nach der Erfindung mit besonders günstigen Eigenschaften.

609 658/340

Die Schaltervorrichtung 10 gemäß F i g. 1, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, besteht aus einem Bügel 11, an dem ein Kern 12 und eine Erregerspule 13 befestigt sind. Ein um den Bügel 11 drehbarer Anker 14 betätigt mit einem Nocken 15 eine Vielzahl von nur schematisch dargestellten Kontakten 16. Ein Teil des Bügels 11 und des Ankers 14 ist im Schnitt gezeigt, um anzudeuten, daß der Anker und der zugehörige Teil des Bügels, zur Betätigung weiterer Kontakte oder Gruppen von Kontakten verlängert sind. Diese Schaltervorrichtung kann beispielsweise in der vertikalen Reihe eines Koordinatenschalters eingesetzt werden.

Das gegen den Anker 14 gerichtete Ende 17 des Kerns 12 ist sphärisch abgerundet. Dann ist die Berührungszone zwischen dem Anker und der Polfläche im wesentlichen konstant, und man erhält eine bessere Konzentration des Flusses und dadurch eine größere Verrastungskraft auch bei einer geringen Neigung des Ankers oder bei einer Längsverschiebung des Kerns. Bei einem Kern mit einer Länge von 8,9 cm und einem Durchmesser von 0,9 cm ist eine sphärische Endfläche mit einem Radius zwischen 17,5 und 23 cm vorteilhaft.

Der Kern 12 besteht aus dem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt der oben angegebenen Zusammensetzung und ist der angegebenen Wärmebehandlung unterworfen worden.

Bei der Untersuchung verschiedener Stähle und Wärmebehandlungen, die Härtewerte der auch im folgenden benutzten Rockwell-30-N-Skala in einem Bereich von 35 bis 80 ergaben, hat sich gezeigt, daß ein Werkstoff mit den oben angegebenen, vorteilhaften magnetischen Eigenschaften dann erhalten wird, wenn die Härte in einem Bereich zwischen 54 und 64 liegt. Die Ergebnisse waren außergewöhnlich gut bei einer Härte von 60. Da das Ergebnis der Wärmebehandlung, insbesondere der Abschreckung, eine Funktion der Größe des Kernes ist, wurde gefunden, daß die Härtezahl zur Angabe der gewünschten magnetischen Eigenschaften besser geeignet ist als die Angabe einer bestimmten Wärmebehandlung. Mit anderen Worten: Es sollte die Wärmebehandlung innerhalb eines geeigneten Bereichs auf die Größe des zu behandelnden Stückes so zugeschnitten werden, daß sich eine Härte zwischen 54 und 64 ergibt.

Die Hysteresiskurve des genannten Werkstoffes mit der Härte 60 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Daten ergaben sich nach Anwendung eines maximalen Magnetisierungsfeldes H_max von 143 Oe, das eine Sättigungsinduktion B_s von 16 300 G erzeugt. Wie zu ersehen ist, beträgt die Restinduktion B_r 13 300 G, wenn die Magnetisierungsfeldstärke auf Null zurückgeht (H₀). Weiterhin beträgt die Gegenmagnetisierung zur Erzeugung der Induktion Null, d. h. die Koerzitivkraft H_c, 23,5Oe. Die maximale Permeabilität μ_ηαχ für dieses Material und diese Behandlung beträgt 320.

Es sei noch eingefügt, daß der gleiche Stahl bei einer Wärmebehandlung, die eine Härtezahl von 35 ergibt, unter gleichen Prüfbedingungen einen Wert für B_r von ungefähr 10 000 G, für H_c von ungefähr 9 Oe und für μ_ιηαχ von ungefähr 500 besitzt. Andererseits hat der gleiche Stahl bei einer Härtezahl von 81 einen Wert für B₁. von ungefähr 7 500 G, für H_c von ungefähr 44 Oe und für μ_ηαχ von 113.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung eines Kohlenstoffstahles, bestehend aus

1,2% Kohlenstoff,

0,3% Mangan,

0,22% Silizium,

0,025 % Schwefel und Phosphor,

0,10% Vanadin,

Rest Eisen,

der 30 Minuten lang bei 802 + 4⁰C erhitzt, in Wasser abgeschreckt, 30 Minuten lang zwischen 454 und 510° C angelassen und dann in Luft abgekühlt ist, als Werkstoff für den Magnetkern elektromagnetisch verrasteter Schalter, der 54 bis 64, vorzugsweise 60 Härteeinheiten nach der Rockwell-30-N-Skala, eine Koerzitivkraft zwischen 20 und 27 Oe und eine Restflußdichte zwischen 10 000 und 13 500 G nach Magnetisierung mit einer Feldstärke von wenigstens 70 Oe aufweisen muß.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 823 772;
Prospekt der »Magnetics Inc.«, Tape Wound Cores, 1957, S. 8, Fig. 6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 658/340 8.66 © Bundesdruckerei Berlin