Magnetisch betätigter elektrischer Schalter Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetisch betätigten elektrischen Schalter, an dessen Schaltteil ein Dauermagnet angeordnet ist, und dessen in Schaltrichtung bewegbares Betätigungsteil einen wei teren, mit dem genannten Dauermagneten zusammen wirkenden Dauermagneten aufweist.
Es sind bereits eine Reihe magnetisch betätigte elektrische Schalter in verschiedenen Ausführungsfor men bekannt. Bei allen diesen bekannten Schaltern wird entweder die abstossende Kraft zwischen permanenten Magneten oder die Anziehungskraft zwischen einem Magneten und einem Weicheisenteil ausgenützt. Bei der Ausnützung von Abstossungskräften tritt praktisch mechanisch die gleäche Wirkung ein wie bei: üblichen Schaltern mit mechanischem Schnappeffekt.
Die Schal ter, bei denen magnetische Anziehungskräfte ausgenützt werden, sind gekapselte Schalter und die magnetische Betätigung dient zur Beeinflussung der in Glasröhren oder dgl. angeordneten Schaltkontakte. Keiner der be kannten Schalter ist den üblichen, rein mechanischen Schaltern in bezug auf die Schaltchrakteristik, d. h. die sichere Anlage der Kontakte aneinander, sowie einen sehr schnellen exakten Schaltstellungswechsel ohne re lativ lange Zeitphasen mit sehr geringem Kontaktdruck überlegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen magnetisch betätigten elektrischen Schalter zu schaffen, bei dem der Konfiaktdruck des jeweils geschlossenen Kontaktes weitgehend aufrechterhalten bleibt, bis zum schlagartigen Schaltvorgang, worauf der neue geschlos sene Kontakt wiederum vom ersten Moment des Schlies- sens an einen ausreichenden Kontaktdruck aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch ge löst, dass der an dem Schaltteil des Schalters vorgese hene Schaltmagnet einen oder mehrere abwechselnd ge polte Pole aufweist, wobei diese Pole in Bewegungsrich tung des Schaltteiles hintereinander angeordnet sind, und an dem Betätigungsteil ein Betätigungsmagnet vor gesehen ist, der zwei Pole mehr als der Schaltmagnet aufweist, welche abwechselnd gepolt sind, wobei jeweils an den benachbarten Enden der Magnete ungleichna mige Pole vorgesehen sind und wobei die Pole in Bewe gungsrichtung hintereinander und mit Abstand von dem Schaltmagneten angeordnet sind.
Durch diese Massnahmen ist es nunmehr möglich, sowohl die abstossenden Kräfte der miteinander zusam menwirkenden Magneten als auch deren Anziehungs- kräfte auszunützen. In Ruhestellung kann der den je weils geschlossenen Kontakt bewirkende Kontaktdruck durch zwischen dem Betätigungsmagneten und dem Schaltmagneten hersehende Zugkräfte unterstützt wer den. Bei beginnender Bewegung des Betätigungsmagne ten treten zwischen diesem und dem Schaltmagneten abstossende Kräfte auf, welche den Kontaktdruck auf rechterhalten.
Im Umschaltpunkt stehen sich gleichpo- lige Magnetteile gegenüber, so dass abstossende Kräfte wirksam werden und den Schaltmagneten nach Über windung der Labilitätslage schlagartig bewegen.
Noch während der Schaltbewegung des Schaltma- gneten werden gegen Ende der Schaltbewegung wieder Zugkräfte zwischen jetzt gegenüberstehenden ungleich namigen Magnetpolen wirksam, welche das schnelle Schliessen des nun wirksam werdenden Kontaktes unter stützen und den Kontakt in geschlossener Stellung hal ten.
Die einzelnen Pole sowohl des Schaltmagneten, als auch des Betätigungsmagneten können in Schaltrich tung praktisch gleichen Abstand voneinander besitzen. Die Polteilung kann hierbei kleiner oder gleich dem Schaltweg des zu betätigenden Kontaktes sein. Hierbei kann der Hub des Betätigungsmagneten grösser als die Die einzelnen Pole sowohl des Schaltmagneten als das Doppelte dieses Hubes sein.
Um die einwandfreie Funktion des Schalters zu ge währleisten, können die den Hub des Betätigungsma gneten begrenzenden Anschläge derart angeordnet sein, dass der Betätigungsmagnet auf den Schaltmagneten in dessen beiden Schaltstellungen eine den Kontaktdruck unterstützende Zugkraft ausübt. Diese Wirkung wird erreicht, wenn die Pole des Betätigungsmagneten zu den gegenüberliegenden ungleichnamigen Polen des Schalt magneten um ein geringes Mass in Richtung auf dem je weils geschlossenen Kontakt verschoben werden, so dass Zugkräfte in Richtung auf diesen Kontakt wirken.
Die Anordnung des Schalters kann so getroffen sein, dass der Betätigungsmagnet auf dem Schaltmagnet di rekt gleiten kann. Um ein Kleben der Magneten anein ander und einen unerwünschten Abrieb des Magnet werkstoffes zu vermeiden, können die Magnete an den einander zugekehrten Flächen Überzüge aus Kunststoff mit guten Gleilteigensohaften aufweisen. Um eine ein wandfreie Gleitbewegung der Magneten aufeinander zu gewährleisten, kann der Betätigungsmagnet in Richtung auf den Schaltmagneten beweglich angeordnet sein, so dass er sich diesem genau anpassen kann.
Zusätzlich oder anstatt dessen kann selbstverständlich der Schalt magnet in. bezug auf den Betätigungsmagneten beweg- lich angeordnet sein. Eine besonders günstige Schaltbe wegung ergibt sich, wenn die Magnete durch eine leichte Krafteinwirkung aneinander gehalten werden. Dies kann dadurch geschehen, dass der Betätigungsmagnet an einer etwa rechtwinkelig zur Schaltrichtung beweglichen Blattfeder angeordnet ist, welche eine geringe Kraft in Richtung auf den Schaltmagneten ausübt.
Diese An drückkraft sollte dann so bemessen sein, dass sich die Magnete voneinander abheben, sobald sich ihre gleich namigen Pole gegenüber stehen und eine abstossende Kraft zwischen ihnen wirksam wird. Diese zusätzliche Andrückkraft kann auch dadürch hervorgerufen wer den, dass der Betätigungsmagnet an seiner dem Schalt magneten abgekehrten Seite einen Andrückmagneten aufweist, der mit einem gleichnamigen fest angeordne ten Andrückmagneten zusammenwirkt, so dass zwischen diesen beiden Andrückmagneten eine abstossende Kraft wirken wird.
Auch hierbei sollte die andere Kraft so bemessen sein, dass der Betätigungsmagnet sich von dem Schaltmagneten bei gegenüberstehenden gleichnamigen Polen leicht abheben kann. Zur Erzielung einer zusätz lichen Rückstellkraft auf den Betätigungsmagneten, d. h. einer Kraft, die der von aussen einwirkenden Betäti gungskraft entgegenwirkt, kann der Luftspalt zwischen den Andrückmagneten unter einem spitzen Winkel zur Bewegungsrichtung des Betätigungsmagneten angeord net sein.
Hierdurch verändert sich der Abstand zwischen den beiden gleichnamigen Magneten während der Be tätigungsbewegung, so dass die abstossende Kraft zu nimmt.
Das den Betätigungsmagneten und den beweglichen Andrückmagneten bildende Teil kann beweglich an dem Betätigungshebel angeordnet sein, so dass es sich in Richtung auf die Berührungsflächen der Magneten und auch rechtwinklig hierzu frei einstellen kann. Um ein seitliches Herausschwenken dieses Teiles zwischen dem feststehenden Andrückmagneten und dem Schaltmagne ten zu verhindern, kann eine mechanische Führung vor gesehen sein. Ebenso kann jedoch eine durch magne tische Kräfte bewirkte Führung Anwendung finden.
Eine baulich vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn der Betätigungsmagnet, sowie der mit diesem ver bundene Andrückmagnet aus einem Teil geformt ist, welches aus magnetisierbarem Werkstoff besteht und entsprechend magnetisiert ist.
Um den während des Sohaltprogrammes unvermeid- lichen Bereich geringen Kontaktdruckes möglivhst klein zu halten, kann der Betätigungsmagnet zu dem ihn füh- rendernB:etä ögungshebel in,Betätigungsrichtung um einen begrenzten Weg frei beweglich sein.
Auf diese Weise kann der Betätigungsmagnet im Moment des Beginnens der Schaltbewegung des Schaltmagneten um ein be- stimmtes Mass von diesem in Schaltrichtung abweichen, so dass sofort stärkere abstossende Kräfte auf den Schaltmagneten wirken und den Schaltvorgang beschleu nigen. Die Grösse des freibeweglichen Weges ist von der übrigen Dimensionierung des Schalters abhängig und muss diesem angepasst werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Hierbei zeigen: Die Fig.1-5 verschiedene Phasen des Schaltvor ganges bei einem Schalter mit einpoligem Schaltmagnet und dreipoligem Betätigungsmagnet anhand von Prinzip- zeichnungen; Fig. 6-10 verschiedene Phasen des Schaltvorganges bei zweipoligem Schaltmagnet und vierpoligem Betäti gungsmagnet, wiederum anhand von Prinzipzeichnun- gen; Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines Schalters, bei dem der Betätigungsmagnet an einer Blattfeder geführt ist;
Fig. 12 den gleichen Schalter wie Fig. 11 in der an deren Schaltstellung; Fig.13 einen Schalter mit zusätzlichen Andrück- magneten; Fig. 14 den Schalter nach Fig. 13 in der zweiten Schaltstellung; Fig. 15 einen weiteren Schalter mit vielpoligen Ma gneten.
Zur Keimzeichnung der Magnetpole ist der eine Pol, z. B. der Nordpol, schraffiert gezeichnet, während der andere, z. B. Südpol, nicht schraffiert ist.
Im einzelnen zeigen die Fig. 1-5 verschiedene Pha sen der Schaltbewegung bei einem Schalter mit einem einpoligen Schaltmagneten 1, welcher an einem Schalt teil 2 geführt ist und dieses Schaltteil zwischen Kontakt 3 und 4 hin- und herbewegt. Der Schaltmagnet 1 weist den schraffiert gezeichneten Pol auf, der für die Schalt bewegung ausgenützt wird. Der Gegenpol liegt dem schraffierten Pol gegenüber, hat jedoch für den Ablauf des Schaltprogrammes keinen Einfluss. Der Betätigungs magnet 5 weist drei Pole auf und ist an dem Betätigungs teil 6 verschiebbar geführt.
Der mittlere Pol des Betäti gungsmagneten 5 ist dem diesem zugekehrten Pol des Schaltmagneten 1 gleichnamig, die beiden äusseren Pole sind ungleichnamig diesem gegenüber. In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung wirken anziehende Kräfte zwi schen dem Schaltmagneten 1 und dem Betätigungsma gneten 5.
In Fig. 2 ist das Betätigungsteil 6 weiter nach links verschoben und es wirkt zwischen dem Betätigungsma gneten 5 und dem Schaltmagneten 1 eine Zugkraft in Richtung auf den Kontakt 3.
In Fig. 3 ist der Betätigungsmagnet 5 dem Schalt magneten 1 gerade gegenüberstehend dargestellt. Es handelt sich hierbei genau um den Umschaltzeitpunkt. Zwischen den beiden gegenüberstehenden, schraffiert gezeichneten, d. h. gleichnamigen Magnetpolen herrscht eine abstossende Kraft.
In Fig. 4 ist das Schaltteil 2 an den Kontakt 4 an gelegt. Die abstossende Kraft zwischen den beiden schraffiert dargestellten .gleichnamigen Magnetpolen hat zu einer Labilitätslage geführt und nach deren über windung ein schnelles Heranführen des Schaltteiles 2 an den Kontakt 4 bewirkt. Diese Wirkung wird von der anziehenden Kraft zwischen den schraffierten Polen des Schaltmagneten 1 und dem nicht schraffierten ungleich namigen rechten Pol des Betätigungsmagneten 5 unter stützt.
Wenn das Betätigungsteil 6 in der gezeichneten Lage durch einen Anschlag arretiert bleibt, wirkt die Zugkraft im Sinne einer Unterstützung der Anlagekraft zwischen dem Schaltteil 2 und dem Kontakt 4. In diesem Falle würde sich eine mechanische Haltung des Kon taktes erübrigen.
In Fig. 5 ist das Betätigungsteil 6 so weit weiterbe wegt worden, dass sich ebenso wie in Fig. 1 ungleichna mige Pole nun direkt gegenüberstehen.
Die Fig.6-10 zeigen den Bewegungsablauf sche matisch bei der Kombination von einem zweipoligen Schaltmagneten 7 mit einem vierpoligen Betätigungsma gneten B. Der Schaltmagnet 7 ist mit dem Schaltteil 9 verbunden und bewegt dieses zwischen Kontakten 10 und 11. Das Betätigungsteil 8 ist auf dem Betätigungsteil 12 geführt. Die Betätigungsbewegung wird über das Teil 13 eingeleitet und es ist mit Hilfe eines Spielteiles 14 die freie Bewegung des Betätigungsteiles 12 in bezug auf das Teil 13 um einen bestimmten Betrag möglich.
In Fig. 6 stehen sich ungleichnamige Pole des Be tätigungsmagneten 8 und des Schaltmagneten 7 gegen über, wie aus der Schraffur der Magnetpole hervorgeht. Es herrscht also eine anziehende Kraft zwischen den beiden Magneten 7 und B.
In Fig. 7 ist der Betätigungsmagnet 8 um einen be stimmten Weg nach links bewegt worden, so dass jetzt Zugkräfte in Richtung auf den Kontakt 10 im Schaltteil 9 wirken, die durch Druckkräfte infolge der abstossen- den Wirkung zwischen den schraffierten Polen unter stützt werden.
In Fig. 8 ist der Schaltmoment dargestellt, in dem sich gleichnamige Pole der Magneten 7 und 8 gegen überstehen und eine verstärkte abstossende Kraft zwi schen den Magneten bewirken. Der Betätigungsmagnet 8 kann um das im Teil 14 mögliche Spiel nach links ausweichen, so dass sofort eine die Schaltbewegung unterstützende abstossende Kraft wirksam wird.
In Fig. 9 hat das Schaltteil 9 den Kontakt 11 er reicht und es wirken zwischen den Magneten 7 und 8 in Richtung auf den Kontakt 11 verlaufende Zug- und abstossende Kräfte.
In Fig. 10 haben beide Magnete die neue Endstel- lung erreicht und es herrschen anziehende Kräfte zwi schen gegenüberliegenden ungleichnamigen Magnetpo len.
Fig.11 zeigt einen Schalter 15, der feststehende Kontakte 16 und 17 besitzt. Zwischen diesen beiden Kontakten befindet sich das bewegliche Schaltteil 18, das als Blattfeder ausgebildet ist. Am freien Ende des Schaltteiles 18 ist der zweipolige Schaltmagnet 19 ange ordnet. Der mit dem Schaltmagneten 19 zusammen wirkende Betätigungsmagnet 20 ist vierpolig ausgebildet und an einer Blattfeder 21 geführt. Die Blattfeder 21 übt auf den Betätigungsmagneten 20 eine geringe Kraft in Richtung auf den Schaltmagneten 19 aus. Die Betäti gungsbewegung wird der Blattfeder 21 durch den Stös- sel 22 von aussen übertragen.
Fig. 12 zeigt den gleichen Schalter 15 wie Fig. 11, jedoch ist der Stössel 22 nach unten gedrückt und das Schaltteil 18 befindet sich in seiner oberen Stellung, d. h. in Anlage am feststehenden Kontakt 16.
In Fig. 13 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schalters 23 dargestellt, der wiederum zwei feste Kon takte 24 und 25 besitzt, zwischen denen das als Blatt- feder ausgebildete Schaltteil 26 beweglich ist. Am freien Ende des Schaltteils 26 ist der zweipolige Schaltmagnet 27 angeordnet. Der vierpolig ausgebildete Betätigungs magnet 28 gleitet auf dem Schaltmagneten 27 und beide Magnete können an ihren aufeinandergleitenden Flä chen Überzüge aus Kunststoff mit guten Gleiteigen- schaften aufweisen.
Die Andrückkraft wird von zwei Andrückmagneten 29 und 30 hervorgerufen, von denen der Andrückmagnet 29 mit dem Betätigungsmagneten 28 fest verbunden ist und ein an dem Betätigungsteil 31 bewegliches Zwischenteil bilden. Der dem Andrückma- gneten 29 gleichnamige Andrückmagnet 30 ist fest im Schaltergehäuse 23 angeordnet. Die Bewegung des Be tätigungsteiles 31 erfolgt von aussen her über den Stös- sel 32.
Fig. 14 zeigt den gleichen Schalter wie Fig. 13, je doch in der zweiten Schaltstellung. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 13.
In Fig. 15 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Schalter 33 dargestellt, der zwei feste Kontakte 34 und 35 besitzt, zwischen denen das Schaltteil 36 beweglich ist. Der Schaltmagnet 37 ist hier weitgehend in sechs Pole unterteilt, die abwechselnd gepolt sind. Der Betä tigungsmagnet 38 besitzt ebenfalls sechs abwechselnd gepolte Pole und ist an seiner Rückseite mit je einem Andrückmagneten 39 verbunden. Der Andrückmagnet 39 wirkt mit dem gleichnamigen im Schaltergehäuse 33 fest angeordneten Andrückmagneten 40 zusammen, wo bei der Luftspalt zwischen den beiden Andrückmagne- ten in Richtung der Schaltbewegung verläuft.
Der Be tätigungsmagnet 38 ist an dem Betätigungsteil 41 ge- führt, welches mit dem Stösisiel 42 zusammenwirkt.
Dieses Ausführungsbeispiel ist durch die relativ enge Polteilung der Schalt- und Betätigungsmagnete für re lativ kleine Schaltwege geeignet. Nachteilig ist hierbei jedoch die relativ grosse Masse des Schaltmagneten 37.