DE2033839A1

DE2033839A1 - Schutzrohrankerkontakt

Info

Publication number: DE2033839A1
Application number: DE19702033839
Authority: DE
Inventors: John Chicago 111 Kutyla (V St A ) P
Original assignee: Clare & Co C P
Current assignee: Clare & Co C P
Priority date: 1969-07-28
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1971-02-18
Also published as: SE359685B; CA924358A; US3579158A; GB1302255A; FR2049806A5; DE2033839B2; BE752407A; JPS541900B1

Description

Patentanwalt _ München, den 8. Juli 1970 DipL-ing. G. W. Schmidt _w. _n ■'■■ _v ^ ■ _Λ

8 München 5 Mexn Zeichen: Kutyla Case 80

Buttermelcherstraße. 19.

CP. Clare & Company, Chicago, Illinois, V. St. A,

Schutzrohrankerkontakt

Die Erfindung betrifft einen durch ein magnetisches Feld steuerbaren Schutzrohrankerkontakt mit einem geschlossenen Isolierstoffgehäuse und mindestens zwei dicht in dieses eingeführten, starren Anschlüssen, deren einer den beweglichen Anker trägt. Dabei kann es sich um eine Ausführung mit quecksilberbenetzten oder trockenen Kontakten handeln.

Solche Schutzrohrankerkontakte haben mittlerweile vielerlei Anwendungen gefunden. Vielfach werden sie in mit niedriger Spannung betriebenen Schwachstromkreisen verwendet, bei denen ihre Ansprechempfindlichkeit eine bedeutende Rolle spielt. Herkömmliche solche Kontakte besaßen gewöhnlich einen einzigen Arbeitsspalt, der sich zwischen dem beweglichen Anker und einem zugleich als Polstück dienenden Anschluß befand.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schutzrohrankerkontakt der obengenannten Art so auszubilden, daß er vor allem eine erhöhte Ansprechempfindlichkeit besitzt.»

Zu diesem Zweck kennzeichnen «ich der erfindungsgenäße 109808/1823

Schutzrohrankerkontakt dadurch, daß der eine Anschluß eine im wesentlichen querverlaufende Stirnfläche besitzt, welcher eine ebensolche Fläche des Ankers gegenüberliegt, der hierzu einen seitlichen Vorsprung oder eine seitliche Abbiegung aufweist, und daß der Anker mit dem betreffenden Anschluß durch eine Feder so verbunden ist, daß die beiden Stirnflächen unter Bildung eines zusätzlichen Arbeitsspalts einen geringen gegenseitigen Abstand einnehmen.

Die den Anker auf dem betreffenden Anschluß lagernde Feder ist gewöhnlich eine Blattfeder, die selbst aus fe magnetisierbarem Material besteht und auf einem Teil ihrer Länge bis zu dem zusätzlichen Arbeitsspalt dicht an einer Seite des Anschlusses entlangläuft. Die Länge des zusätzlichen Arbeitsspalts in Richtung des magnetischen Flusses beträgt größenordnungsmäßig vorzugsweise etwa 0,125 Millimeter. Die in dem zusätzlichen Spalt auftretenden magnetischen Kräfte unterstützen die in dem ersten Arbeitsspalt am freien Ende des Ankers wirksamen Kräfte, um die Ansprechempfindlichkeit des Kontakts zu erhöhen.

Gemäß einer bevorzugten Aus.führungsfora wird di® querverlaufende Fläche des Ankers am zusätzlichen Arbeitsspalt durch eine L- oder J-formige Abbiegung geschaffen« Der Anker kann P einem oder zwei festen Anschlüssen zur Koataktgab© gegenübertreten.

Das Wesen der Erfindung geht am besten aus der nachfolgen» den Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele hervor, die in den Figuren dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen @rfindungsg@- mäßen Schutzrohrankerkontakt mit Quecksilberbenetzung;

Fig. 2 ist eine perspektivisch® Ansicht des Ankers aus dem gleichen Schutzrohrankerkositakt mit samt d©s ihn tragenden An»

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Schlusses und

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Schutzrohrankerkontakt 10 mit quecksilberbenetzten Kontaktflächen besitzt ein langgestrecktes, im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 aus Glas oder einem sonstigen abdichtenden Isoliermaterial« In ein Ende dieses Gehäuses sind zwei einander gleiche Anschlüsse bzw. Polstücke 14 und 16 aus ferromagnetischem Material eingesetzt. Am anderen Ende des Gehäuses befindet sich ein einzelner ferromagnetischer Anschluß 26, der gleichfalls ein Polstück bildet. Ein starrer ferromagnetischer Anker 22 ist in dem Gehäuse 12 so angeordnet, daß sein im wesentlichen ebenes freies Kontaktende mit den Anschlüssen 14 und 16 die Spalte 29A bzw. 29 bildet. Das andere Ende des Ankers, welches J-förmig abgebogen ist, ist an der Spitze des Anschlusses 26 mit Hilfe einer Blattfeder 23 beweglich befestigt, wobei ein zweiter Spalt, 28, innerhalb des magnetischen Kreises besteht_o Gerät der gezeigte Kontakt in ein magnetisches Feld, so veranlassen die Kräfte innerhalb des Spaltes 28 und 29 bzw. 29A den Anker, sich an einen der Anschlüsse 14 und 16 anzulegen. Der Hinzutritt des zweiten Spaltes 28 in dem magnetischen Kreis führt zu der gewünschten vergrößerten Empfindlichkeit.

Die beiden Anschlüsse 14 und 16 sind gegeneinander abgekröpft, und ihre inneren Enden 14A bzw. 16A in dem Hohlraum 18 des Gehäuses verlaufen in einem gewissen Abstand zueinander im wesentlichen parallel. Jedes der beiden Enden 14A und 16A trägt ein im wesentlichen kugelförmiges Kontaktelement 20, das mit dem betreffenden Ende des Ankers 22 in Berührung tritt. Im unteren Ende des Hohlraumes 18 befindet sich ein Quecksilbersumpf 24, um den Anker zu benetzen. Die Art und Weise, wie sich der Anker und die Enden 14A und 16A der beiden Anschlüsse 14 und 16 benetzen lassen, ist bekannt. Der Kontakt kann so ausge-

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bildet sein, daß durch die Kontaktelemente 20 die Kontaktgabe mit dem Anker vor oder nach der Kontaktunterbrechung an dem
gegenüberliegenden Anschluß erfolgt.

Das untere Ende des Ankers 22 ist, wie gesagt, J-fÖrmig
abgebogen, um mit der im wesentlichen flachen Stirnfläche des Anschlusses 26 den zweiten Arbeitsspalt 28 zu bilden. AMf den
oberen Teil des Anschlusses 26 sind gerillte oder auf sonstige Weise mit einer kapillaren Oberfläche versehene ferromagnetische Platten 27 und 27A aufgeschweißt, um die Kriechfähigkeit des Quecksilbers zu erhöhen und so eine hinreichende Benetzung des Kontaktendes des Ankers sicherzustellen. Die Blattfeder bildet sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung des Ankers 22 mit dem Anschluß 26₀ Die Feder 23 ist mit
dem Anker 22 in der.Nähe eines Punktes 21, beispielsweise durch Punktschweißung an dem nach oben ragenden Schenkel der Ankerabbiegung, befestigt. An dem Anschluß 26 ist die Feder 23 durch Befestigung an der Platte 27A in der Nähe eines Punktes 21A angebracht. Auch in diesem Falle erfolgt die Befestigung normalerweise durch Punktschweißen. Der allgemeine Aufbau des Ankers samt seiner Halterung durch die Blattfeder 23 am oberen Ende
des Anschlusses 26 ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich.

Das den Kontakt durchsetzende magnetische Feld wird über den Anschluß 26 und den Anker geleitet. Dabei erfolgt der
Kraftfluß zum Teil über den Spalt 28, der einen minimalen
magnetischen Widerstand bildet, da er in Flußrichtung gesehen sehr kurz ist und dabei einen großen Querschnitt besitzt.
Hinzu kommt, daß ja eine magnetische Verbindung auch über die Feder 23 besteht. Diese muß hinreichend lang sein, um eine
nicht zu starke Vorspannkraft auszuüben und eine genügende Beweglichkeit des Ankers zu ermöglichen. Daher erfolgt ihre Befestigung wie gesagt an einem Punkt 2IA, der eine gewisse
Strecke vom Ende des Anschlusses 26 entfernt liegt. Da die
Feder 23 einen recht geringen Querschnitt aufweist, setzt sie jedem vom Punkt 21A zum Punkt 21 durch sie hindurchgeleiteten

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magnetischen Fluß einen verhältnismäßig großen Widerstand entgegen. Indem die Feder jedoch dicht an dem Ende des Anschlusses 26 entlangläuft, besteht in Wirklichkeit nur ein geringer Weg auch für denjenigen Teil des magnetischen Flusses, der durch die Feder 23 hindurchläuft· Damit ist eine magnetische Kupplung des als Polstück dienenden Anschlusses 26 mit dem Anker 22 mit geringem Gesamtwiderstand gegeben. Indem man den Abstand zwischen der Feder 23 und dem Anschluß 26 sehr gering hält, kann der magnetische Widerstand auf einem ebenfalls geringen, konstanten Niveau gehalten werden, währenddie Ansprechempfindlichkeit des Kontakts nicht beeinträchtigt wird.

Die Blattfeder 23 hält den Anker 22 nachgiebig in einer Ruhelage, in der das freie Ende des Ankers von beiden Kontaktelementen 20 einen Abstand einnimmt, um einen polarisierten Kontakt zu schaffen«, Zu diesem Zweck erhalten die beiden Anschlüsse 14 und 16 auf bekannte Weise, etwa durch Anbringung von Permanentmagneten, eine entgegengesetzte Magnetisierung. Diese Magnetisierung kann eine solche sein, daß der Kontakt bistabil oder monostabil ist, je nach der Stärke, der beiderseitigen Magnetpole.

Nimmt man an, daß der Kontakt 10 betätigt werden soll, um über den Anker 22 und das Kontaktelernent 20 an dem An- ä Schluß 16 einen Stromkreis zu schließen, so wird eine (nicht gezeigte) Wicklung erregt oder eine sonstige Quelle eines magnetischen Feldes wirksam gemacht, um zwischen dem Anker 22 und dem Anschluß 16 einen die Vormagnetisierung überlagernden magnetischen Fluß zu erzeugen, der die Vormagnetisierung des Anschlusses 14 unterstützt oder schwächt. Das in dem Arbeitsspalt zwischen dem Anker 22 und dem Anschluß 16 auftretende magnetische Feld veranlaßt das freie Ende des Ankers, sich an das betreffende Kontaktelement 20 anzulegen. Dies wird dadurch unterstützt, daß das den Arbeitsspalt 28 von großem Querschnitt durchsetzende Feld das J-förmig abgebogene Ende des Ankers nach Fig. 1 etwas nach unten und

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rechts zieht in Richtung auf die Stirnfläche des Anschlusses Vorzugsweise kommt der Anker jedoch nicht auf der Stirnfläche des Anschlusses 26 zum Aufsitzen, um jede Gefahr eines "Klebens" auszuschließen.

Durch die Anordnung des zweiten Arbeitsspaltes 28 wird die Empfindlichkeit des Schalters vergrößert. Obgleich man von einem idealisierten Fluß annehmen könnte, daß er praktisch die gesamte Länge oder zumindest einen beträchtlichen Teil des magnetischen Kreises des Kontaktes 10, d. h. die Anschlüsse 14, 16 und 26 sowie den Anker 22, durchsetzt, gibt es in Wirklichkeit örtliche Felder von beträchtlicher Stärke bei beschränkter Ausdehnung. Durch Schaffung der beiden Arbeitsspalte, nämlich des Spaltes 28 und des Spaltes am freien Ende des Ankers 22, wird der aus der äußeren Quelle stammende magnetische Betätigungsfluß weit besser ausgenützt.

Im wesentlichen der umgekehrte Vorgang findet statt, wenn der von außen her aufgebrachte Fluß die Vormagnetisierung des Anschlusses 14 unterstützt. Jedoch trägt in diesem Falle der Arbeitsspalt 28 weniger zur Ankerbewegung bei. Dies kann allerdings, um in beiden Richtungen eine gleiche Empfindlichkeit zu erhalten, dadurch ausgeglichen werden, daß der Anschluß 14 eine größere Vormagnetisierung erhält.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Schutzrohrankerkontakt 40 lediglich einen Arbeitskontakt aufweist, der quecksilberbenetzt oder trocken sein kann. Wiederum kann das langgestreckte, zylindrische Gehäuse, in diesem Fall mit 42 bezeichnet, aus Glas oder einem sonstigen geeigneten Isoliermaterial bestehen, in das an beiden Enden magnetisch leitende Anschluss© bzw. Polstücke 44 und 56 eingefügt sind» In dem Gehäusehohlraum 48 befindet sich ein im wesentlichen flacher, starrer, ferromagaetisefeer Anker 52, dessen freies Ende dem inneren Ende 44A des Anschlusses 44 gegenübersteht, so daß ein Arbeitsspalt 59 gebildet wird» Das

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dere Ende des Ankers 52 ist L-förmig abgebogen und beweglich mittels einer Blattfeder 53 gehalten, so daß die Stirnfläche des Anschlusses 56 dem abgebogenen Schenkel des Ankers unter Bildung eines zweiten Arbeitsspaltes 58 dicht gegenüberliegt. Der Hinzutritt dieses zweiten Arbeitsspaltes kurzer Länge jedoch großen Querschnitts innerhalb des magnetischen Kreises verleiht dem Kontakt die gewünschte erhöhte Empfindlichkeit·

Außer zur Halterung des Ankers an dem Anschluß 56 dient die Blattfeder 53 zur elektrischen Verbindung des Ankers mit dem Anschluß und verleiht dem Anker eine solche Vorspannung, g daß er in Abwesenheit eines magnetischen Feldes von dem Kontaktelement 50 auf dem Anschluß 44 entfernt bleibt und der Kontakt geöffnet ist. Die Feder 53 greift nahe dem L-förmig abgebogenen Ende des Ankers an einer Stelle 51 an diesem an und andererseits an dem Anschluß 56 an einer Stelle 5IA. Auch hier ist die Verbindung normalerweise durch Punktschweißen hergestellt.

Ein an den Kontakt 40 angelegtes magnetisches Feld durchsetzt im wesentlichen den Luftspalt 58 zwischen dem Anschluß 56 und dem Anker 52. Da auch die Feder 53 aus magnetisierbarem Material besteht, bildet sie zwischen dem Anker 52 und dem Anschluß 56 einen zweiten magnetischen Pfad. Sie muß bei geringem ^ Querschnitt von hinreichender Länge sein, um die erforderliche Elastizität für die Vorspannung und Lagerung des Ankers zu besitzen, so daß der magnetische Widerstand der Feder verhältnismäßig groß sein kann. Da die Feder jedoch dicht an dem Anschluß 56 entlanglauft, besteht dennoch über die Feder ein magnetischer Pfad geringen Widerstandes zwischen dem Anschluß 56 und dem Anker 52. Die Bedeutung dieses Pfades wurde bereits eingehend in Verbindung mit dem Kontakt 10 beschrieben,,

Auf einer Flachseite nahe dem freien Ende des Ankers ist an diesem ein Anschlagstück 49 angeschweißt. Dieses ist so ausgebildet, daß es nicht von Quecksilber benetzt wird, indem es normaler-

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weise aus rostfreiem Stahl bestellt «ad kugelförmig ausgebildet ist. Die Anbringung dieses Anscfelagstüekes 49 an dea Äaker, das beim Öffnen des Kontakts an dem Gehäuse 42- zur Aelage kommt, dient dazu, Schwingungen des Ankers 52 zu dämpf©»», Würde es nicht vorhanden sein, so bestand© die Möglichkeit, daß der Anker an dem Anschluß 44 durch Flattern ©inen falschen Kontakt machen würde· Bei früheren Ausführungen wurden Schwingungen des Ankers durch eine Warze im Inneren des Glasgehäuses gedämpft. Wenn solche Warzen jedoch in Verbindung mit quecksilberbenetzten Ankern Verwendung finden, können dies© auf Grund der Adhäsion des Quecksilbers an den beiderseitigen Berührungsflächen an der Warze anhaften. Da das Anschlagstück 49 jedoch nicht benetzbar ist, kommt im vorliegenden Fall ein trockener Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Anker zustande, so daß eine Adhäsion ausgeschlossen ist.

Wird der Kontakt auf den Κορί gestellt, s© kömmt es darauf an, daß jedes überschüssige Quecksilber von den Anker 52 rasch abfließen kann, sofern es sich um einen quecksilberbenetzten Kontakt handelt. Könnte der Anker unmittelbar an dem Gehäuse 42 anliegen, so bestünde in diesem Falle ein enger Kapillarspalt zwischen dem Anker und dem Gehäuse, in den Quecksilber eingesaugt würde, so daß das Ablaufen des Quecksilbers von dem Anker, insbesondere vor dem ersten Arbeitsspiel des Kontaktes nach der Umkehrung desselben, unmöglich gemacht würde« Die Anordnung «des Anschlagstückes 49 schützt den Anker davor, sich am das Gehäuse anzulegen, so daß eine solche kapillare Ansammlung des Quecksilbers unterbleibt und dieses unbehindert abfließen kann* Auf diese Weise wird sich die Empfindlichkeit beim ersten Inbetriebsetzen des Kontaktes nach der Umkehrung nicht von derjenigen unterscheiden, die der Kontakt bei seiner nachfolgenden Arbeitsweise besitzt.

Soll der Kontakt 40 betätigt werden, so wird ©in magnetisches Feld beliebiger Polarität angelegt, auf Grund dessen Kräfte in dem Spalt 59 den Anker 52 gegen das Kontaktelement 50 we Ende 44A des

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Anschlusses 44 bewegen. Zusätzlich ziehen magnetische Kräfte in dem Spalt 58 den abgebogenen Schenkel des Ankers gegen die Stirnfläche des dortigen Anschlusses 56. Wie aus Fig. 3 zu erkennen, wird hierdurch gleichfalls das freie Ende des Ankers gegen das Kontaktelement 50 gezogen. Mit den beiden räumlich voneinander getrennten Spalten wird der magnetische Fluß besser ausgenützt und die Empfindlichkeit des Kontaktes erhöht* Verschwindet das angelegte Feld, so wird durch die Elastizität der Blattfeder 53 der Ausgangszustand nach Fig. 3 wieder hergestellt« Der abgebogene Schenkel des Ankers 52 kommt indessen nie in elektrische Berührung mit der Stirnfläche des Anschlusses 56, so daß der elektrische Stromkreis über die Blattfeder 53 ge- * schlossen wird. In diesem wie in dem vorherigen Beispiel beträgt die Länge des Spaltes 58 bzw. 28 vorzugsweise etwa 0,125 mm. ^!

Die Ausführung nach Fig. 3 bringt auch noch die Lösung eines anderen, häufig bei Schutzrohrankerkontakten anzutreffenden Problems mit sich. Bei denjenigen Kontakten, bei denen ein an einem Ende fest eingespannter, langer Anker, der in der Nähe seiner Einspannstelle in dem Glasgehäuse einen gleichmäßigen Querschnitt besitzt, in sich selbst hin-und hergebogen wird, kann die gewünschte Biegsamkeit nur dadurch erreicht werden, daß die Dicke des Ankers in der Nähe der Einspann- Λ stelle erheblich vermindert wird. Da die Biegesteifigkeit des Ankers indessen mit der dritten Potenz seiner Dicke zunimmt, unterliegt diese Dicke an der betreffenden Stelle einer sehr engen Toleranz. Dagegen ist es viel einfacher, die Dicke des Materials der Blattfeder 53 zu beherrschen, so daß sich andererseits viel engere Arbeitstoleranzen für den Kontakt 40 erzielen lassen. Das gleiche gilt übrigens auch bezüglich des vorher beschriebenen Kontaktes 10.

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Claims

München, den 8. Juli 1970 Mein Zeichen: Kutyla Case 8Ö

- 10 Patentansprüche

Durch ein magnetisches Feld steuerbarer Schutzrohrankerkontakt mit einem geschlossenen Isolierstoffgehäuse und mindestens zwei dicht in dieses eingeführten, starren Anschlüssen, deren einer de» beweglichen Amker trägt, dadurch gekennzeichnet _s daß der eine Anschluß (26, 56) eine im wesentlichen querverlaufend© Stirnfläche besitzt, welcher eine ebensolche Fläche des Ankers (22„ 52) gegenüberliegt, der hierzu ©ine» seitlichen Vorsprang oder eine seitliche Abbiegung aufweist ₉ wad daß eier AEker mit dem betreffenden Anschluß (26, 56) durch eine Feder ' ~ (23, 53) so verbunden ist, daß die beiden Stirnflächen unter Bildung eines zusätzlichen Arbeitsspalts (28, 58) einen geringen gegenseitigen Abstand ©annehmen,,

2· Schutzrohrankerkontakt n&eh Ansprueh- I₆ dadurela g © Js β η η zeichnet , UaM di© Feel©? (SS, 53) ©in© Blattfeder ist»

3· Schutzrohrankerkontakt, aaeh Anspiels 2„ ύ

magnetiscbea Material bestellt umü ©naf ©ia©a Tail £ta@£· Länge bis zu dem zusätzlichen As^>b©itsspalt (2B_S 58) dielst mn eiaes* Seit© des dea Anker (2S₅ 52) trai©ia<ä©m Anschluss©© (2© _B 56) entlangläuft.

4» Schutzrohrankerkontakt ssael Asaspriaek 2 Quer $._v gekeanzeielisiet _B düß dos¹ Asak©r (5g) Im liehen flach. am®g©bil<S©t sows,© sa ©©Im©® ä®m Arbeitsspalt (58) Mietendem Emu® IL^föffraig ©,feg©b©g@m ist umü daß die Feder (53) aa <&®m Äwih,®^ im iiffl®dit©lfoas'©£^> Nälhe äie@©2 Abbieguag angr©lft_e

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5. Schutzrohrankerkontakt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) im wesentlichen flach ausgebildet sowie an seinem den zusätzlichen Arbeitsspalt (28) bildenden Ende J-förmig abgebogen ist, so daß sich ein Schenkel (22A) des Ankers im wesentlichen parallel zu dem Hauptabschnitt des Ankers erstreckt, und daß die Feder (23) an diesem Schenkel des Ankers angreift.

6. Schutzrohrankerkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (22, 52) mit dem ihn-tragenden Anschluß (26, 56) im wesentlichen fluchtet. "

7. Schutzrohrankerkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des zusätzlichen Arbeitsspalts (28, 58) in Richtung des ihn durchsetzenden magnetischen Flusses größenordnungsmäßig etwa 0,125 mm beträgt.

8. Schutzrohrankerkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er am Anker und/oder an dem mit dem Anker in Kontakt tretenden Anschluß (14, 16, 44) mit einem quecksilberbenetzten Kontaktelement (20, 50) ausgestattet ist» λ

9. Schutzrohrankerkontakt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (52) in der Nähe seines freien Endes ein unbenetzbares Anschlagstück (49) trägt, das in der Ruhelage des Ankers an dem Gehäuse (42) zur Anlage kommt.

10. Schutzrohrankerkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das freie Ende des Ankers (22) zwischen zwei mit ihm wechselweise in Kontakt tretenden Anschlüssen (14, 16) hin-und herbeweglich ist.

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