DE2043042A1

DE2043042A1 - Bistabiler elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE2043042A1
Application number: DE19702043042
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl.-Ing. Nordborg Hounsgaard (Dänemark). P
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1970-08-31
Filing date: 1970-08-31
Publication date: 1972-03-09
Also published as: DE2043042C3; US3729697A; DE2043042B2; DK136680B; GB1365104A; DK136680C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bistabilen elektrischen Schalter mit Dauermagnet, der um eine Mittelachse schwenkbar gelagert und durch zwei aus der Mittelebene versetzte Weicheisenpole in jeweils einer der stabilen Stellungen gehalten ist, wobei ein Stell-Dauermagnet etwa senkrecht zum Schalt-Dauermagneten an dessen einem Pol vorbeiführbar und der bewegliche Kontakt mit einem Weicheisenanker verbunden ist.

Derartige bistabile elektrische Schalter haben den Vorteil, daß man den Schaltmechanismus völlig eingekapselt anordnen und mit Hilfe des Stell-Dauermagneten von außen, also ohne mechanische Verbindung, betätigen kann.

Bei einem bekannten Schalter dieser Art sind dem einen Pol des Schalt-Dauermagneten zwei Weicheisenpole zugeordnet, die an einem schwenkbaren Weicheisenanker angebracht sind. Der Weicheisenanker ist um eine Symmetrieachse schwenkbar und trägt den beweglichen Kontakt«

Hierbei treten jedoch Schwierigkeiten auf. Will man einen ausreichend starken Kontaktdruck, so muß man den Weicheisenpol dicht an den Pol des Schalt-Dauermagneten heranschwenken lassen,

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Dann aber besteht die Gefahr, daß der Stell-Dauermagnet nicht mehr genügend Kraft ausüben kann, um den Schalt-Dauermagneten in die andere stabile Stellung umzustellen. Wählt man umgekehrt einen solchen Abstand zwischen Weicheisenpol und Pol des Schalt-Dauermagneten, daß dieser durch den Stell-Dauemagneten unter allen Umständen umgestellt werden kann, sind die im Kontaktsystem auftretenden Kräfte begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen elektrischen Schalter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem einerseits eine leichte Verstellbarkeit des Schalt-Dauermagneten sichergestellt ist, andererseits aber im Kontaktsystem größere Kräfte auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Weicheisenpole an festen Polschuhen ausgebildet, je einem Pol des Schalt-Dauermagneten zugeordnet und nach der gleichen Seite aus der Mittelebene versetzt sind, daß der bewegliche Kontakt von einer Öffnungsfeder belastet ist und daß der Weicheisenanker mit dem einen Polschuh einen Luftspalt veränderlicher Größe bildet, über den in der der Schließstellung zugeordneten Stellung des Schalt-Dauermagneten ein wesentlicher Teil des vom Weicheisenpol aufgenommenen Magnetflusses geht.

Bei dieser Konstruktion sind durch die feststehenden Weicheisenpole definierte Verhältnisse geschaffen, die es erlauben, den Schalt-Dauermagneten mit geringen Kräften von außen zu verstellen. Die Schließkraft im Kontaktsystem dagegen hängt vom Luftspalt zwischen dem Weicheisenanker und dem einen Polschuh ab. Da dieser Luftspalt zu Null werden kann, ergeben sich allein mit den im System vorherrschenden Magnetkräften sehr hohe Schließkräfte. Die Kraft der Öffnungsfeder kann in einem großen Bereich frei gewählt werden. Wenn sie nur dem Offenhalten dienen soll, kann sie sehr schwach ausgebildet sein, wenn sie das öffnen unterstützen oder als Schließfeder für einen Gegenkontakt dienen soll, kann sie innerhalb des durch die magnetische Schließkraft vorgegebenen Bereichs stärker ausgebildet sein.

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Zweckmäßigerweise haben die Polschuhe ausgeprägte Pole und einen etwas über die Mittelebene ragenden Fortsatz. Auf diese Weise wird ein großer Teil des magnetischen Flusses über den Polschuh geleitet.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Luftspalt zwischen dem einen Polschuh und dem Weicheisenanker auf der dem Pol gegenüberliegenden Seite der Mittelebene liegt. Auf diese Weise ist unabhängig von allen anderen konstruktiven Gegebenheiten sichergestellt, daß der Magnetfluß zum Teil über den Weicheisenanker, zum Teil über den Polschuh fließt. Hierdurch entfällt nicht nur die magnetische Anziehungskraft zwischen den beiden Teilen, sondern es entsteht sogar eine Abstoßungskraft, die die Öffnungskraft verstärkt.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist die Öffnungsfeder eine den beweglichen Kontakt tragende Blattfeder, so daß Kontaktträger und Kontaktfeder durch ein Bauelement gebildet werden. ■

Sehr günstig ist es hierbei, wenn der Schalt-Dauermagnet beim Verlagern in die der Öffnungsstellung des Schalters zugeordnete Stellung gegen die Blattfeder anschlägt. Auf diese Weise ergibt sich im Kontaktsystem eine weitere Öffnungskraft. Im Extremfall kann also diese Stoßkraft, die Öffnungskraft der Feder und die Abstoßungskraft zwischen Anker und Polschuh wirksam sein, so daß sich selbst verschweißte Kontakte öffnen lassen.

Für die konstruktive Ausgestaltung empfiehlt es sich, daß der Weicheisenanker durch einen Winkel gebildet ist, dessen einer Schenkel mit seinem freien Ende den Luftspalt bildet und dessen anderer Schenkel an der Blattfeder angebracht ist und den beweglichen Kontakt trägt. Es genügt dann ein Befestigungsmittel, um Kontakt und Winkel an der Blattfeder anzubringen. Außerdem ist der Kontakt durch den Winkel verstärkt.

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Um ein besonders genaues Arbeiten zu erzielen, kann die Schwenkbewegung des Schalt-Daue magneten durch einen Anschlag begrenzt sein. Damit ergeben sich genau definierte stabile Stellungen und daher auch genau definierte Kräfte im Schalter.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert» Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schalters in Verbindung mit einem Schwimmer,

Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt durch den Schalter bei geschlossenen Kontakten und

Fig. 3 die Darstellung der Fig. 2 bei offenen Kontakten.

Der Schalter besteht aus einem Arbeitssystem 1 und einem Stell-Dauermagneten 2. Letzterer ist über eine Stange 3 mit einem Schwimmer 4 verbunden und wird durch das Niveau einer Flüssigkeit 5 in Richtung der Pfeile 6 auf und ab bewegt.

Das Arbeitssystem ist von einem Keramiksockel 7 und einer Glashülle 8 eingeschlossen. Am Sockel 7 sitzt ein Träger 9 für einen festen Kontakt 10 und ein Traggestell 11, an dem über eine Bronzefeder 12, die in Öffnungsrichtung vorgespannt ist, ein winkelförmiger Weicheisenanker 13 mit einem beweglichen Kontakt 14 angebracht ist. Das Traggestell 11 weist ferner einen Bügel 15 auf, in welchem ein Schalt-Dauermagnet 16 um seine Mittelachse 17 schwenkbar gelagert ist. An einem weiteren Bügel 18 ist ein aus Weicheisen bestehender Polschuh 19 mit einem ausgeprägten Pol befestigt. Ein dritter Bügel 21 trägt einen Weicheisen-Polschuh 22 mit einem ausgeprägten Pol 23. Die beiden Pole 20 und 23 sind gegenüber der Mittelebene 24 nach der gleichen Seite versetzt. Die Polschuhe erstrecken sich vom Pol bis etwas über diese Mittelebene 24. Ein Steg 25 am Traggestell 11 dient als Anschlag für den Schalt-Dauermagneten 16 in seinen beiden Schaltstellungen.

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Der Polschuh. 19 und der Anker 13 bilden auf der dem Pol 20 gegenüberliegenden Seite der Mittelebene einen parallel zu dieser Mittelebene verlaufenden Luftspalt 26, der in Fig. 2 gleich Null ist und in Fig. 3 seinen Größtwert einnimmt.

In Fig. 2, also in der Schließstellung der Kontakte 10, 14, hat der Dauer-Schaltmagnet 16 die veranschaulichte Stellung. Der größte Teil der von der Stirnfläche des Südpols S ausgehenden Magnetlinien sammelt sich am Pol 20 und wird über den Luftspalt . 26 bis zum Anker 13 geführt. Die Magnetlinien treten aus dem Anker aus und verlaufen durch die Luft zur Stirnfläche des Nordpols N. Infolgedessen entsteht zwischen Polschuh 19 und Anker 13 eine starke Anziehungskraft, die die Kontakte 10, 14 trotz der Öffnungskraft der Feder 12 geschlossen hält. Damit die übrigen Bauteile das magnetische System nicht beeinflussen, können die Kontakte 10, 14 aus Silber sein, der Träger 9 und das Traggestell 11 aus Messing und die Feder 12 aus Bronze.

Wird nun der Stell-Dauermagnet 2 nach oben bewegt, so wird der Südpol S des Schalt-Dauermagneten 16 angezogen. Er schnappt in die Stellung der Fig. 3 um und wird dort, auch bei einer Weiterbewegung des Magneten 2, stabil festgehalten, weil der ausgeprägte Pol 23 in Verbindung mit den Magnetkräften den Magneten 16 in der veranschaulichten Lage hält. Bei der Öffnungsbewegung ändern sich zunächst die magnetischen Verhältnisse am Luftspalt 26, weil ein Teil des. magnetischen Flusses, der von der Stirnfläche des Südpols S des Schalt-Dauermagneten 16 ausgeht, über den Polschuh 19, der andere Teil aber über den Anker 13 verläuft. Infolgedessen hört nicht nur die Anziehungskraft zwischen den beiden Weicheisenteilen auf , sondern es entsteht sogar eine Abstoßungskraft. Die vorgespannte Feder 12 gibt einen weiteren Antrieb in Öffnungsrichtung. Schließlich trifft auch noch der Magnet 16 mit seinem Südpol gegen die Feder 12, so daß selbst bei verschweißtem Kontakt ein öffnen erfolgt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Bistabiler elektrischer. Schalter mit Dauermagnet, der um eine Mittelachse schwenkbar gelagert und durch zwei aus der Mittelebene versetzte Weicheisenpole in jeweils einer der stabilen Stellungen gehalten ist, wobei ein Stell-Dauermagnet etwa senkrecht zum Schalt-Dauemagneten an dessen einem Pol vorbeiführbar und der bewegliche Kontakt mit einem Weicheisenanker verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Weicheisenpole (20, 23) an festen Polschuhen (19, 22) ausgebildet, je einem Pol (S, N) des Schalt-Dauermagneten(i6) zugeordnet und nach der gleichen Seite aus der Mittelebene (24) versetzt sind, daß der bewegliche Kontakt (14) von einer Öffnungsfeder (12) belastet ist und daß der Weicheisenanker (13) mit dem einen Polschuh (19) einen Luftspalt (26) veränderlicher Größe bildet, über den in der der Schließstellung zugeordneten Stellung des Schalt-Dauermagneten ein wesentlicher Teil des vom Weicheisenpol aufgenommenen Magnetflusses geht.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (19, 22) ausgeprägte Pole (20, 23) und einen etwas über die Mittelebene (24) ragenden Fortsatz haben.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (26) zwischen dem einen Polschuh (19) und dem Weicheisenanker (13) auf der dem Pol (20) gegenüberliegenden Seite der Mittelebene (12) liegt.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsfeder (12) eine den beweglichen Kontakt (14) tragende Blattfeder ist.

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5. Schalter nach Anspruch 4,"dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt-Dauermagnet (16) beim Verlagern in die der Öffnungsstellung des Schalters zugeordnete Stellung gegen die Blattfeder (12) schlägt.
6. Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß . der Weicheisenanker (13) durch einen Winkel gebildet ist, dessen einer Schenkel mit seinem freien Ende den Luftspalt (26) bildet und dessen anderer Schenkel an der Blattfeder (12) angebracht ist und den beweglichen Kontakt (14) trägt«
7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Schalt-Dauermagneten (16) durch einen Anschlag (25) begrenzt ist.

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L e e r s e ί f e