DE1125547B

DE1125547B - Magnetic switching device with permanently magnetized armature

Info

Publication number: DE1125547B
Application number: DES62129A
Authority: DE
Inventors: Josef Fischer; Martin Aidn; Herbert Krautwald; Dipl-Ing Guenther Saul
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-03-13
Filing date: 1959-03-13
Publication date: 1962-03-15

Description

Magnetische Schaltvorrichtung mit dauermagnetisiertem Anker Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Schaltvorrichtung, z. B. auf ein polarisiertes Relais, mit dauermagnetisiertem Anker, der aus einer definierten Mittelstellung heraus, abhängig von der Richtung des Steuerflusses, nach zwei verschiedenen Richtungen schaltbar ist.Magnetic switching device with permanently magnetized armature The invention relates to a magnetic switching device, e.g. B. on a polarized Relay, with permanently magnetized armature, which comes from a defined central position out, depending on the direction of the control flow, in two different directions is switchable.

Bei bekannten Schaltvorrichtungen entsteht bei langsam ansteigendem Steuerfluß eine schleichende Kontaktgabe bzw. bei langsam sich verkleinerndem Steuerfluß auch eine schleichende Kontaktöffnung. Dies gilt nicht nur für neutrale Kipprelais, die von einer definierten Mittellage aus in zwei Endlagen schaltbar sind, sondern auch für gepolte Schalteinrichtungen, insbesondere gepolte Relais.In known switching devices arises when slowly increasing Control flow a creeping contact or with slowly decreasing control flow also a creeping contact opening. This does not only apply to neutral toggle relays, which can be switched into two end positions from a defined central position, but also for polarized switching devices, especially polarized relays.

Der Dauerfluß einer derartigen Schaltvorrichtung überlagert sich mit dem Steuerfluß bei gepolten Relais in den Arbeitsluftspalten derart, daß eine Antriebskraft auf den Anker entsteht, die von der den Anker in die Mittelstellung fesselnden Feder weitgehend kompensiert wird. Statt einer einzigen Feder kann man auch zwei Federn verwenden, die dem Anker eine mittlere Ruhelage geben.- Die Fesselungsfeder bzw. das Federpaar sorgt dafür, daß sich im Ruhezustand, wenn also lediglich der Dauerfluß wirksam ist, der Anker in der Mittelstellung zwischen den beiden Polschuhen des Dauermagneten befindet. Mit einsetzendem Steuerfluß bildet sich dann ein Gleichgewichtszustand aus zwischen der durch den Dauermagneten bewirkten Kraft und der Kraft einer oder mehrerer Fesselungsfedern. Entsprechend diesem Gleichgewichtszustand verharrt der Anker in der jeweils vom Steuerfiuß bestimmten Lage, so daß er nur langsam bis zur Größe seines möglichen Kontakthubes ausgelenkt wird. Ist diese Auslenkgröße erreicht und berührt der Anker gerade den Gegenkontakt, so ist in dieser Stellung aber noch keine Kontaktkraft vorhanden. Es ist also erforderlich, den Steuer8uß noch weiter zu erhöhen, um eine Kontaktkraft zu erhalten, die für übliche Betriebsverhältnisse gefordert werden muß.The continuous flow of such a switching device is superimposed on the control flow when the relay is polarized in the working air gaps in such a way that a driving force is exerted on the armature which is largely compensated for by the spring which restrains the armature in the central position. Instead of a single spring, you can also use two springs that give the armature a mean rest position. The restraint spring or the pair of springs ensures that in the rest state, i.e. when only the continuous flow is effective, the armature is in the middle position between the two Pole pieces of the permanent magnet. With the onset of control flow, a state of equilibrium then develops between the force caused by the permanent magnet and the force of one or more restraint springs. According to this state of equilibrium, the armature remains in the position determined by the control foot, so that it is only slowly deflected up to the size of its possible contact stroke. If this amount of deflection is reached and the armature is just touching the mating contact, there is no contact force in this position. It is therefore necessary to increase the Steuer8uss even further in order to obtain a contact force that must be required for normal operating conditions.

Die bei dem erwähnten Vorgang auftretende schleichende Kontaktgabe ist grundsätzlich bei allen elektrischen Schaltvorrichtungen unerwünscht, da sie den Verschleiß der Schaltkontakte, insbesondere durch Abbrand, erheblich erhöht. Die schleichende Kontaktgabe ist ferner vielfach ein Grund dafür, daß keine genauen Ansprech- und Abfallwerte der Schaltvorrichtung erzielbar sind.The creeping contact that occurs during the aforementioned process is basically undesirable in all electrical switching devices, since they the wear of the switching contacts, in particular due to burn-off, increases considerably. The creeping contact is also often a reason why no precise Response and dropout values of the switching device can be achieved.

Es läßt sich jedoch betriebsmäßig nicht immer vermeiden, daß ein von einem Relais überwachter Strom langsam ansteigt. Dies gilt auch für Brückenschaltungen, bei denen es in der Regel darauf ankommt, einen Abgleich zwischen elektrischen Bauelementen zu erreichen: Ähnliche Verhältnisse liegen bei mit Dauermagneten auslösbaren Schaltvorrichtungen vor, bei denen, beispielsweise zur Bündigstellung, eine langsame Annäherung des Dauermagneten an die Schaltvorrichtung erfolgt.In terms of operation, however, it cannot always be avoided that a current monitored by a relay will slowly rise. This also applies to bridge circuits, in which it is usually important to achieve a comparison between electrical components: Similar conditions exist in switching devices that can be triggered with permanent magnets, in which, for example, for flush positioning, the permanent magnet slowly approaches the switching device.

Aufgabe der Erfindung war es daher, bei langsam ansteigendem bzw. abfallendem Steuerfluß eines Elektromagnetsystems eine spontan kippende, nicht schleichende Bewegung des Ankers und damit ein schnelles Schalten zu erzielen. Bei einer magnetischen Schaltvorrichtung der eingangs näher angegebenen Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht; daß der Mittelstellungsbereich des Ankers in an sich bekannter Weise durch unter Federdruck stehende Anschläge begrenzt ist, so daß der Anker erst bei einem diesen Federdruck überwindenden Steuerfluß bzw. einer davon erzeugten Stellkraft geschaltet wird; und daß der durch den Dauermagneten erzeugte Fluß bzw. die davon erzeugte Stellkraft einerseits und die Charakteristik der auf die Anschläge wirkenden Federn andererseits derart bemessen sind, daß die der elektromagnetisch zu erzeugenden Stehkraft entgegenwirkende Differenz dieser Kräfte mit dem aus der Ruhelage erfolgenden Ankerausschlag abnimmt.The object of the invention was therefore, with slowly increasing or falling control flow of an electromagnet system a spontaneously tilting, not creeping one To achieve movement of the armature and thus rapid switching. With a magnetic Switching device of the type specified in the introduction, this is achieved according to the invention achieved; that the middle position range of the armature in a known manner is limited under spring pressure stops, so that the anchor only at one this spring pressure overcoming control flow or an actuating force generated thereby is switched; and that the flux generated by the permanent magnet or that of it generated actuating force on the one hand and the characteristics of the acting on the stops Springs on the other hand are dimensioned such that the to be generated electromagnetically Standing force counteracting the difference between these forces and that resulting from the rest position Anchor deflection decreases.

Beim Ansprechen der magnetischen Schaltvorrichtung muß also der langsam ansteigende Steuerfluß erst eine bestimmte, vorher eingestellte Größe erreicht haben, bevor sich der Anker in Bewegung setzen kann. Erst dann tritt ein Kippvorgang in eine der Endlagen der Schaltvorrichtung auf, wobei die Richtung der Kippbewegung durch die Richtung des Steuerflusses bestimmt ist.When the magnetic switching device responds, it must be slow increasing control flow only reaches a certain, previously set size to have, before the anchor can start moving. Only then does a tilting process occur one of the end positions of the switching device, the direction of the tilting movement is determined by the direction of the control flow.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, auf besondere gefederte Anschläge zu verzechten und die Anschläge mit den Federn als Einheit auszubilden. Dabei können diese Federn zur Einstellung entsprechender Ansprech- und Abfallwerte verschiedene Federkraft aufweisen. Zum Erreichen der erforderlichen Vorspannung der Federn kann man eine vorzugsweise einstellbare Gegenlage verwenden.An advantageous embodiment of the invention provides for special to abandon spring-loaded stops and to train the stops with the springs as a unit. These springs can be used to set the corresponding response and dropout values have different spring force. To achieve the required preload a preferably adjustable counter-support can be used for the springs.

Normalerweise kann man auf eine besondere Fesselungsfeder für den Anker verzichten. Ist diese aber vorgesehen, um beispielsweise ein gewisses Spiel des Ankers zwischen den vorgespannten Federn zu vermeiden, so wird sie in ihrer Federkraft im Vergleich zu den vorgespannten Federn kleiner gewählt. Es kann zweckmäßig sein, die vorgespannten Federn zugleich als Kontaktfedern zu verwenden. Dabei ist es vorteilhaft, zum Erreichen der erforderlichen Vorspannung entsprechende Zwischenbleche als Gegenlagen vorzusehen.Usually you can rely on a special bondage spring for the Forego anchors. However, if this is intended, for example, to play a certain game to avoid the anchor between the preloaded springs, it will be in their Spring force selected to be smaller compared to the preloaded springs. It can be expedient be to use the preloaded springs as contact springs at the same time. It is it is advantageous to use intermediate plates to achieve the required preload to be provided as counter supports.

Die Erfindung ist in nachstehender Beschreibung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. l den schematischen Aufbau eines polarisierten Relais, bei dem die Erfindung verwirklicht ist, Fig.2 nähere Einzelheiten der Schaltanordnung des Relais nach Fig. 1, Fig. 3 die Kraft-Weg-Kurve des Relaisankers zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 4. der schematische Aufbau eines durch einen Dauermagneten auslösbaren Grenzwertschalters, bei dem ebenfalls die Erfindung verwirklicht ist.The invention is described below on the basis of two exemplary embodiments explained in more detail. It shows Fig. 1 the schematic structure of a polarized relay, in which the invention is implemented, Fig.2 further details of the switching arrangement of the relay according to Fig. 1, Fig. 3, the force-displacement curve of the relay armature for explanation of the invention, FIG. 4. the schematic structure of a releasable by a permanent magnet Limit switch, in which the invention is also implemented.

Bei der schematischen Darstellung eines polarisierten Relais nach Fig. 1 ist mit einer strichpunktierten Linie der Dauerfiuß angedeutet. Zur Erzeugung des Steuerflusses dient eine Steuerwicklung W. Der Anker A kann in Abhängigkeit von der Richtung des Steuerstromes in die eine oder andere Grenzlage umgeschaltet werden, wobei dann jeweils der entsprechende Schaltkontakt K 1 oder K 2 geschlossen werden soll.In the schematic representation of a polarized relay according to Fig. 1 is indicated with a dash-dotted line of the permanent fiow. To the generation the control flow is a control winding W. The armature A can be dependent switched from the direction of the control current to one or the other limit position are then closed in each case the corresponding switching contact K 1 or K 2 shall be.

In Fig.2 ist die Schaltanordnung im einzelnen näher dargestellt, und zwar ist diese auf dem Isolierkörper .T zwischen den beiden Kontaktböcken B angebracht. Unter den Kontaktböcken sind die vorgespannten Federn F mit ihren Gegenlagen G befestigt. Federn und Gegenlagen können mittels Stellschrauben St hinsichtlich Federdruck bzw. Anschlagstellung verändert werden. Die mit dem- Anker A zusammenwirkenden Gegenkontakte K1 und K2 sind ebenfalls im Kontaktbock B hinsichtlich des Kontaktabstandes x verstellbar. Der Anker A weist ferner einen isoliert angebrachten Betätigungsring R auf, der mit dem Ankerkontakt verbunden ist.In Figure 2, the switching arrangement is shown in more detail, namely this is mounted on the insulating body .T between the two contact blocks B. The pretensioned springs F with their counter-supports G are fastened under the contact blocks. Springs and counter supports can be changed with regard to spring pressure or stop position by means of adjusting screws St. The mating contacts K1 and K2 cooperating with the armature A are also adjustable in the contact block B with regard to the contact spacing x. The armature A also has an actuating ring R attached in an insulated manner, which is connected to the armature contact.

Die Wirkungsweise der Schaltvorrichtung ist folgende: Der Anker A ist im Mittelstellungsbereich in seiner Lage durch die Federn F festgelegt. Die Federn F sind durch die Stellschrauben St vorgespannt, und zur Aufnahme dieser Vorspannung dienen die Gegenlagen G. Wird auf die in Fig. 1 dargestellte Steuerwicklung W ein Strom gegeben, so muß dieser so weit erhöht werden, daß der davon erzeugte Steuerfluß bzw. die erzeugte, auf den Anker A wirkende Stellkraft so groß ist, daß die Vorspannung der Federn F überwunden wird. Naturgemäß ist je nach Richtung des Steuerstromes und damit entsprechend der Auslenkung des Ankers in die eine oder andere Endstellung immer nur eine Feder F wirksam.The mode of operation of the switching device is as follows: The armature A is fixed in its position by the springs F in the central position area. The springs F are pre-tensioned by the adjusting screws St , and the counter-layers G serve to absorb this pre-tension. If a current is applied to the control winding W shown in FIG generated actuating force acting on the armature A is so great that the bias of the springs F is overcome. Naturally, depending on the direction of the control current and thus depending on the deflection of the armature into one or the other end position, only one spring F is always effective.

Im Diagramm gemäß Fig. 3, in dem die Kräfteverhältnisse in Abhängigkeit vom Kontaktweg x dargestellt sind, ist die Federkraft mit PF bezeichnet. Aus dieser Figur geht hervor, daß die Federn den Relaisanker in einer Mittelstellung zu halten suchen und für dem Anker ein nach beiden Seiten wirksamer mechanischer Anschlag vorhanden ist. Zur Überwindung der Federkraft ist betriebsmäßig eine mindestens gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Stehkraft erforderlich, die durch den Erregerftuß aufgebracht werden muß. Die durch den Erregerstrom erzeugte Stehkraft ist mit PE bezeichnet.In the diagram according to FIG. 3, in which the balance of forces as a function from the contact path x are shown, the spring force is denoted by PF. From this Figure shows that the springs hold the relay armature in a central position and a mechanical stop effective on both sides for the armature is available. To overcome the spring force, at least one is operationally equal but oppositely directed stamina required through the foot of the pathogen must be applied. The standing force generated by the excitation current is denoted by PE.

Neben den entsprechenden Kraftpfeilen, die von der x-Achse aus nach oben und unten verlaufen, ist die Bewegungsrichtung ges Ankers durch doppelt gestrichelte, in Richtung des Kontaktweges verlaufende Pfeile angedeutet. Im stromlosen Zustand des Relais ist auf den Anker eine Kraft PA wirksam, welche die Differenz zwischen der Federkraft PF und der Dauermagnetkraft Po darstellt.In addition to the corresponding force arrows that follow from the x-axis run up and down, the direction of movement of the anchor is indicated by double-dashed, indicated arrows running in the direction of the contact path. In the de-energized state of the relay, a force PA is effective on the armature, which is the difference between represents the spring force PF and the permanent magnetic force Po.

Wie ersichtlich, nimmt die resultierende Kraft PA mit Vergrößerung des Ankerausschlags ab. Wird das Relais an Spannung gelegt und dabei eine Erregerkraft PE erzeugt, die mindestens gleich der Federkraft PF in der Ruhestellung des Ankers ist, so entsteht ein sprunghaftes Kippen des Ankers. Abhängig von der Richtung des Erregerstroms wird dabei der Anker in die eine oder andere Endlage gekippt. Dabei tritt auch bei langsamer Steigerung des Erregerstroms keine schleichende Bewegung des Ankers auf. Entweder bleibt der Anker in der Mittellage, oder er bewegt sich sprunghaft in eine der Endlagen. In der Mittellage bleibt der Anker immer dann, wenn der Erregerfiuß bzw. die dadurch ausgelöste Stellkraft einen bestimmten Mindestwert, welcher der Vorspannung der Feder entspricht, noch nicht erreicht hat.As can be seen, the resulting force PA increases with an increase of the anchor deflection. If the relay is connected to voltage and thereby an excitation force PE generated which is at least equal to the spring force PF in the rest position of the armature there is a sudden tilting of the anchor. Depending on the direction of the Excitation current, the armature is tilted into one or the other end position. Included there is no creeping movement even with a slow increase in the excitation current of the anchor. The anchor either stays in the central position or it moves suddenly to one of the end positions. The anchor stays in the middle position if the exciter flow or the actuating force triggered by it has a certain minimum value, which corresponds to the preload of the spring has not yet reached.

Es wird also mit einer derartigen Anordnung erreicht, daß der Anker A keinesfalls eine schleichende Bewegung in: Richtung auf die Endstellung durchführt und daß ferner kein Steuerstrom möglich ist, bei dem in der Endstellung des Ankers noch kein Kontaktdruck vorhanden ist.It is thus achieved with such an arrangement that the anchor A never makes a creeping movement in the direction of the end position and that furthermore no control current is possible in which in the end position of the armature there is no contact pressure yet.

~Das beschriebene Verhalten gilt naturgemäß für beide Schaltrichtungen des Relais; dabei ist es allerdings nicht erforderlich, daß die Federn F die gleiche Federkraft PF aufweisen müssen. Zur Einstellung bestimmter Ansprech- und Abfallwerte können diese auch verschiedene Federkraft besitzen. Im übrigen läßt sich auch die Gegenlage G entprechend den gewünschten Betriebsbedingungen durch die am Kontaktbock B angebrachte obere Stellschraube St verstellen. Es ist ohne weiteres möglich, den Anker noch mit einer bei derartigen Relais üblichen Fesselungsfeder, vorzugsweise mit einer Torsionsfeder, zu versehen, um eine Rückstellkraft in der Mitte des Schaltsystems zu erhalten, da die Federn F nur die Stellung des Ankers begrenzen, jedoch ihn nicht an die Mittellage fesseln.~ The behavior described naturally applies to both switching directions of the relay; However, it is not necessary that the springs F be the same Must have spring force PF. For setting certain response and dropout values these can also have different spring forces. Incidentally, the Opposite position G corresponding to the desired operating conditions due to the contact block Adjust the upper adjusting screw St that has been attached. It is easily possible to use the Armature with a restraint spring that is customary in such relays, preferably with a torsion spring to provide a restoring force in the middle of the switching system because the springs F only limit the position of the armature, but not it tie to the middle position.

Die beschriebene Schaltvorrichtung kann überall dort von Bedeutung sein, wo ohne besondere Vorkehrungen durch ein langsames Ansteigen des Steuerflusses eine schleichende Kontaktgabe eintreten würde. Dies gilt nicht nur für Relais, sondern beispielsweise auch für durch einen Dauermagneten auslösbare Schalter. Die Wirkungsweise ist in diesem Falle meist derart, daß der oft als Sendemagnet bezeichnete Dauermagnet langsam der Schalteinrichtung genähert wird und bei einer bestimmten Mindestentfernung der Schalter auslöst, d. h. umschaltet. Die langsame Annäherung des Sendemagneten bewirkt auch hier ein langsames Ansteigen des Steuerflusses, so daß die gleichen Verhältnisse gelten, als wenn man den bei einem Relais wirksamen Steuerstrom langsam erhöht.The switching device described can be of importance everywhere be where, without special precautions, by a slow increase in the Control flow a creeping contact would occur. This not only applies to relays, but for example also for switches that can be triggered by a permanent magnet. The mode of action in this case is usually such that the permanent magnet, which is often referred to as a transmitting magnet the switching device is slowly approached and at a certain minimum distance the switch trips, d. H. switches. The slow approach of the transmitter magnet also causes a slow increase in the control flow here, so that the same Conditions apply as if the control current effective in a relay is slowed down elevated.

In Fig.4 ist eine magnetisch auslösbare Schaltvorrichtung dargestellt, die von einem Sendemagneten SM ausgelöst werden soll. Während die Schaltvorrichtung ortsfest angebracht ist, läßt sich der Sendemagnet SM in Pfeilrichtung bewegen. Der Federdruck PF wird hierbei durch die Kontaktfedern F 1 und F 2 bewirkt, die entgegengesetzte Momente aufweisen und den Anker A in seiner Mittelstellung halten. Zur Aufnahme des Federdruckes der auch hier vorgespannten Federn F 1 und F 2 dienen die Gegenlagen G. Zur Flußführung sind bei dieser magnetischen Schaltvorrichtung noch verlängerte Polschuhe P vorgesehen. Bei Annäherung des Sendemagneten bleibt der Anker A so lange in seiner Mittelstellung, wie die von den Kontaktfedern F 1 bzw. F2 ausgehende Federkraft gegenüber der vom Sendemagneten SM auf den Anker wirkenden Stellkraft noch überwiegt. Ist bei weiterer Annäherung des Sendemagneten die Stellkraft nur wenig größer geworden, so kippt der Anker A spontan in die der Richtung des Steuerflusses entsprechende Endstellung der Schaltvorrichtung. In gleicher Weise erfolgt die Rückstellung des Ankers in die Mittelstellung.In Figure 4, a magnetically releasable switching device is shown, which is to be triggered by a transmitting magnet SM . While the switching device is fixed in place, the transmitting magnet SM can be moved in the direction of the arrow. The spring pressure PF is brought about by the contact springs F 1 and F 2, which have opposite moments and hold the armature A in its central position. The counter-layers G serve to absorb the spring pressure of the springs F 1 and F 2, which are also prestressed here. In this magnetic switching device, elongated pole shoes P are provided for flux guidance. When the transmitting magnet approaches, the armature A remains in its central position as long as the spring force emanating from the contact springs F 1 or F2 still outweighs the actuating force acting on the armature from the transmitting magnet SM. If the actuating force has only increased slightly as the transmitter magnet approaches further, armature A spontaneously tilts into the end position of the switching device corresponding to the direction of the control flow. The armature is returned to its central position in the same way.

Naturgemäß ist die Erfindung nicht auf die beiden dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, es gelten gleiche Verhältnisse für alle polarisierten Systeme, bei denen ein Anker durch einen in der Richtung umkehrbaren und in der Intensität veränderbaren Steuerfluß geschaltet werden soll.Naturally, the invention is not limited to the two exemplary embodiments shown limited, the same conditions apply to all polarized systems in which an anchor by one that is reversible in direction and changeable in intensity Control flow is to be switched.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Magnetic switching device with permanently magnetized Anchor, e.g. B. polarized relay, the armature from a defined central position out, depending on the direction of the control flow in two different directions is switchable, characterized in that the central position range of the armature (A) limited in a manner known per se by stops under spring pressure (P, :) is, so that the armature only with a control flow overcoming this spring pressure or an actuating force generated thereby is switched, and that the permanent magnet generated flux or the standing force (PD) generated by it on the one hand and the characteristic the spring acting on the stops on the other hand are dimensioned such that the the electromagnetically generated standing force counteracting the difference Forces (PA) decreases with the anchor deflection (x) from the rest position.

2. Magnetic switching device according to Claim 1, characterized in that the stops form a unit with the springs (F).

3. Magnetic switching device according to claim 1, characterized in that the springs (F) for setting appropriate response and decay values have different spring force.

4. Magnetic switching device according to claim 1 or following, characterized in that the bias of the Springs (F) is taken up by a preferably adjustable counter-support (G).

5. Magnetic switching device according to claim 1 or the following, characterized in that that apart from the two springs (F) holding the armature in the central position area Another spring, preferably a torsion spring, is provided, the lower selected Spring force also ties the anchor to the central position.

6. Magnetic switching device according to claim 2, characterized in that the bias of the springs (F) can be changed by means of adjusting screws (St).

7. Magnetic switching device according to claim 1 or following, characterized in that the anchor (A) in the Springs (F) holding the central position area also act as contact springs operated by the armature are effective (Fig. 4). Publications considered: German Auslegeschrift No. 1011524; French patent specification No. 1060 756.