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Elektromagnetisches Relais, insbesondere für Fernsprechanlagen
Bekanntlich werden Relais häufig mit mehreren, mechanisch voneinander unabhängig arbeitenden
Ankern ausgebildet, um entweder bei Vorhandensein mehrerer Kontaktsätze eine einfache und direkte
Kraftübertragung zu jedem Kontakt zu gewährleisten oder die Forderung zu erfüllen, dass während be- stimmter Betriebszustände jeweils nur ein Teil der Kontaktsätze die Arbeitsstellung einnehmen soll.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine besonders raumsparende Ausführung eines Relais mit mehreren Ankern zu schaffen, wobei zugleich eine geschlossene und geschützte Relaiskonstruktion angestrebt wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird von einer an sich bekannten, vorteilhaften Relaisbauweise ausgegangen, bei welcher der magnetische Kreis aus einem eine Erregerspule umschliessenden mantelförmigen Joch, einem zentralen Kern und einem ringförmigen Arbeitsluftspalt besteht. Bei dieser Relaisbauweise ist die Erregerspulenoberfläche mit Ausnahme des Arbeitsluftspaltes vollkommen mit Eisen umkleidet, wodurch Streuverluste weitgehend vermieden und die Kraftlinien in jeder Richtung von und zu den Polen des Arbeitsluftspaltes innerhalb eines geschlossenen Eisenkreises mit geringem magnetischem Widerstand geführt werden. Nachdem das Joch zugleich als widerstandsfähiger, geschlossener Aussenmantel des Relais dient, sind Schutzkappen oder Relaisabdeckungen, wie sie bei andern bekannten Relais gebräuchlich sind, nicht mehr notwendig.
Das Relais ist so äusserst raumsparend aufgebaut und ausserdem magnetisch abgeschirmt und sowohl elektrisch als auch mechanisch geschützt.
Bei der bekannten Relaisausführung ist ein einziger Anker vorgesehen, der die Form einer am mantelförmigen Joch angelenkten, durch eine Feder in abgehobener Lage gehaltenen Kreisscheibe gleichen Durchmessers wie das Joch hat.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die koaxiale Anordnung von Kern und Joch bei der geschilderten Relaisbauweise eine besonders günstige Anordnung mehrerer Anker ermöglicht.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Relais, dessen magnetischer Kreis aus einem eine Erregerspule umschliessenden, mantelförmigen Joch, einem zentralen Kern und einem ringförmigen Arbeitsluftspalt besteht, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sternförmig um die Achse des ringförmigen Arbeitsluftspaltes mehrere Anker und zugehörige Kontaktsätze angeordnet sind. Da der Arbeitsluftspalt vom gesamten erzeugten Kraftfluss durchflutet wird, ergibt die sternförmige Anordnung der Anker eine vollkommene Ausnützung des ganzen Arbeitsluftspaltes, so dass praktisch alle Kraftlinien für die Bewegung der Anker verwertet werden.
Neben einem optimalen Wirkungsgrad hat das Relais den Vorteil einer einfachen und zweckmässigen äusseren Form, da nicht nur die Kern- und Jochteile, sondern auch die Ankerund Kontaktsatz-Gruppierungen der günstigsten Form der Erregerspule, nämlich der Zylinderform, angepasst sind.
Das beschriebene Prinzip wird nach einer Ausführungsform der Erfindung noch vorteilhaft weiterentwickelt, indem die sternförmig angeordneten Kontaktsätze in einem Kontaktbauteil zusammengebaut werden, der in Verbindung mit demMagnetbauteil bzw. dem mantelförmigen Joch eine vollkommen ge- kapselt Relaiskonstruktion ergibt. So schliesst z. B. ein zylinderförmiger Kontaktbauteil den ebenfalls
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zylinderförmigen Magnetbauteil auf dessen durch den Arbeitsluftspalt offener Seite stöpselartig ab. Durch diese Massnahme sind alle Innenteile des Relais, insbesondere auch die Kontakte, nicht nur gegen Beschädigungen oder Dejustierungen, sondern auch gegen Staub und Verunreinigungen geschützt.
Für diesen Schutz sind keine zusätzlichen, das Relais verteuernden Vorrichtungen oder Aufwendungen notwendig, da alle die Kapselung des Relais herbeiführenden Teile auch für die magnetische und elektrische Funk tion benötigt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kontaktbauteil mit dem Magnetbauteil durch einen einfach zu lösenden Verschluss, insbesondere einem Schnapp-, Bajonett- oder Steckerverschluss, verbunden. Dies bietet den Vorteil, dass eine Lagerhaltung vieler unterschiedlicher Relaistypen vermieden werden kann, weil die Möglichkeit besteht, jedes gewünschte Relais auf einfache Weise aus einer geringeren Anzahl von Kontakt- und Magnetbauteiltypen zu kombinieren. Der. Austausch der Erregerspulen kann während des Betriebes leicht und rasch vorgenommen werden. Auch die übrigen Innenteile des Relais sind bei Bedarf ohne Schwierigkeiten zugänglich.
Für bestimmte Anwendungsfälle ist es sehr vorteilhaft, eine Änderung von Betriebsfunktionen ohne Änderung an der Verdrahtung und ohneAblötungen durch Umstecken bestimmter Magnetbauteile auf vorbereitete andere Kontaktbauteile oder Vertauschen von Magnetbauteilen herbeiführen zu können. Diese Möglichkeit wird durch die Erfindung geboten : für diesen Zweck oder für spätere Ausbauten vorbereitete und eingelötete Kontaktbauteile werden zweckmässigerweise bis zur Verwendung durch einfache Kappen abgedeckt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Relais mit weiteren wesentlichen Vorteilen so konstruiert, dass die Ankerbewegung von der Achsmitte zum mantelförmigen Joch hin erfolgt und somit die Anker während ihrer Anzugsbewegung sternförmig auseinandergehen. Bei Erregung des Relais liegen dann die gleichnamig gepolten Teile der Anker nahe beisammen, wodurch Abstossungskräfte entstehen, welche die Ankerbewegung in günstiger Weise, besonders in der Anfangsphase der Bewegung, unterstützen. Die vollständig symmetrisch verlaufenden Bewegungen der Anker gewährleisten ein erschütterungsfreies Arbeiten des Relais. Der schon erwähnte hohe Wirkungsgrad und die beschriebene vorteilhafte Ankeranordnung erlauben es, die Anker mit geringer Masse auszuführen und dadurch kurze Schaltzeiten zu erzielen.
Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen derselben werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen genauer erläutert. Die Fig. la und lb zeigen ein erfindungsgemässes Re-
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mässige Art der Herstellung des mantelförmigen Joches für das Relais nach den Fig. la-If. Die Fig. 6 - 9 stellen schliesslich weitere Ausführungsformen von erfindungsgemässen Relais bzw. von Einzelheiten dieser Relais dar.
Die Fig. la - lf zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Ankeranordnung nach Patent Nr. 218079 und eine Kontaktanordnung nach Patent Nr. 222711 verwendet wird. Der Magnetbauteil 1 besteht aus einer Erregerspule 2, einem mantelförmigen Joch 3, einem zentralen Kern 4 und einem ringförmigen Luftspalt 5. Der Kontaktbauteil 10 wird durch einen Isolierkörper 11 gebildet, der mit sternförmig angeordneten Kontaktteilen 12 und Ankern 13 bestückt ist. Die Anker haben vorzugsweise die Form von Kreissektoren und liegen mit schmalen radialen Luftspalten derart nebeneinander, dass sie eine Kreisgruppe bilden.
Im Sinne einer rationellen Fertigung der Kern- und Jochteile wird die ausschliessliche Verwendung von Stanz- und Pressteilen angestrebt. Bei der in den Fig. la - lf gezeichneten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Forderung vollkommen entsprochen, weil die Kern- und Jochteile des Relais so konstruiert sind, dass sie nach einem anderweitigen Vorschlag aus Blechen gestanzt werden können. Die Form des ungebogenen Weicheisenstanzteiles ist in Fig. 2a dargestellt. Der Teil besteht aus einer schmalen Kernhälfte 4 und einer breitenjochhälfte 3 und kann, wie strichliert gezeichnet, aus einem Streifen verschnittlos gestanzt werden. Fig. 2b zeigt einen fertig gebogenen Stanzteil mit der mantelförmig geboge- nen Jochhälfte 3 und der aufgebogenen Kernhälfte 4.
Der gesamte Joch-Kernbauteil wird aus zwei oder mehr solcher Stanzteile zusammengesetzt, die von dem Spuleiixorper 7 und den Verschlussnuren 15 des Isolierteiles 11 zusammengehalten werden oder miteinander verschweisst sind. Der Vorteil dieser Konstruktion gegenüber z. B. gedrehten Joch-Kernbauteilen liegt in der billigen Fertigung und gegenüber z. B. gepressten Jochteilen mit separat eingepresstem, eingeschraubtem oder eingeschweisstem Kern darin, dass die fochkernverbindung keinen Luftspalt aufweist und der Magnetfluss nicht geschwächt wird. Infolge der Abschrägung zwischen Kern- und Jochteil ergibt sich in jeder Mantelhälfte eine Öffnung zum Herausführen
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0der Spulenanschlüsse. Die Konstruktion entspricht einer für die magnetischen Eigenschaften des Relais erwünschten Jochverstärkung.
Auch die übrigen Teile des Relais können in der gezeichneten oder in ähn- licher Form als Spritz-, Preys- odeur Stanzteile gefertigt werden.
Vor dem Aufschieben der Erregerspule 2 auf den Kern 4 wird unten in den beschriebenen Joch-Kern- bauteil eine Feder 8 eingelegt. Diese drückt im zusammengebauten Zustand des Relais die Erregerspule 2 mit ihrem Spulenkörper ? und den Polschuh 6 gegen den Isolierkörper 11. Dadurch wird einerseits der Ab- stand Anker-Polschuh auch bei vorhandenen Fertigungstoleranzen genau eingehalten und anderseits der
Verschluss zwischen Magnetbauteil und Kontaktbauteil zum Einrasten gebracht. Dieser Verschluss besteht z. B. aus Laschen 14 am Jochteil, welche in L-förmige Nuten 15 des Isolierkörpers 11 eingeschoben wer- den. Nach Verdrehen des Magnetbauteiles 1 werden die Laschen 14 durch die Feder 8 in kleine Vertie- fungen der waagrecht liegenden Teile der L-förmigen Nuten 15 gedrückt und dadurch gesichert.
Auf die- se Weise ergibt sich ein Relais, bei dem sämtliche Bauteile ohne Verwendung von Schrauben oder Nieten durch einfaches Zusammenstecken montiert werden können. Entsprechend diesem Befestigungsprinzip ist der Isolierkörper 11 mit Erhöhungen 16 für eine ebenfalls schraubenlos Befestigung des Relais auf einer
Grundplatte gezeichnet. Die Grundplatte wird mit Ausnehmungen so gestanzt, dass die Erhöhungen 16 durch die Ausnehmungen hindurchgehen und nach Verdrehen des Relais auf der in Fig. lb strichliert ge- zeichneten Grundplatte 17 aufliegen. Die Sicherung gegen unbeabsichtigtes Verdrehen des Relais kann z. B. durch Verkeilen oder durch ähnliche Mittel erfolgen.
Besteht der Isolierkörper 11 ganz oder teilweise aus transparentem Material, so sind die Bewegungen der Anker und Kontaktteile durch diesen beobachtbar. In einem nicht durchsichtigen Isolierkörper 11 kann man eine optische Funktionskontrolle durch Einlegen eines Teiles aus durchsichtigem Material in der Achsmitte ermöglichen.
Nachstehend werden ergänzend zu dem gezeigten Konstruktionsbeispiel einige Varianten beschrieben.
Im Rahmen der Erfindung können die Anker an einem beliebigen Pol des Magneten gelagert werden. Gemäss Fig. 3 sind die Anker 13 am Joch 3, gemäss Fig. 4 hingegen am Kern 4 in einer Kreisgruppe schwenk bar gelagert.
In Fig. 5 ist ein Konstruktionsprinzip mit mehreren Ankerlamellen 13 gezeigt, die sternförmig um den Kern oder an Stelle des Kernes so angeordnet sind, dass sich die Anker bei ihrer Anzugsbewegung ähnlich wie bei der Anordnung nach den Fig. la-vif durch gegenseitige Abstossung unterstützen.
Fig. 6 zeigt eine Ankeranordnung nach Patent Nr. 218079 ; hiebei ist für jeden Anker 13 eine ausserhalb des magnetischen Hauptflusses liegende Aufhängung 14 vorgesehen, welche die Bewegung des Ankers in dem Ringspaltbis zum Kern ermöglicht, ohne dass der Anker mit dem Joch zur Berührung kommt. Es ist aber auch eine Ankerbewegung senkrecht zur Spulenachse oder eine unter einem andern Winkel zu dieser Achse möglich.
Die Kontaktsätze können neben dem Joch, im Inneren des Magnetbauteiles oder über dem Magnetbauteil (z. B. nach den Fig. l und 6) befestigt werden. Die Ankeranordnung über dem Magnetbauteil ergibt eine günstige Raumausnützung bei einem im Verhältnis zum Relaisdurchmesser grossen Wickelraumdurchmesser. Relais mit verschieden grossem Wickelraum unterscheiden sich nur durch die Länge des Magnetbauteiles bei gleichbleibender Relaisteilung.
Der Isolierkörper 11 des Kontaktbauteiles 10 in Fig. l ist gemäss dem in Fig. 1d gezeigten Querschnitt so geformt, dass er für die einzelnen Kontaktfedern Führungen bildet. Ebenso ist es möglich, an Stelle solcher Kontaktkammern im Isolierkörper ein entsprechend gestanztes Isolierplättchen als Führungsscha- blone zwischen Kontakt- und Magnetbauteil einzulegen, das zugleich auch zur genauen Festlegung eines bestimmten Luftspaltes zwischen den Ankern und den Magnetpolen dienen kann. Die Ausbildung der Kontaktfedern und ihrer Führungsschablonen ist in der österr. Patentschrift Nr. 222711 genauer beschrieben.
Der Isolierkörper 11 kann z. B. auch aus Glas bestehen und, wie in den Fig. 6 und 7 gezeichnet, alle Kontakte oder jeden einzelnen Kontakt für sich hermetisch abschliessen. Jeder Kontakt wird von einem Anker betätigt oder es arbeiten zwei Anker mit einem Arbeits- oder Ruhekontakt zusammen, Relais, die je Kontakt mindestens einen Anker autweisen, haben den Vorteil der geringen Abhängigkeit der Relaiseigenschaften von der Anzahl der Kontakte, der geringen notwendigen Ankermasse und der gegenseitig unabhängigen Arbeitsbewegung. Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Kombination von Haftankern mit nicht haftenden Ankern möglich. Die Funktion eines Haftankers wird z. B. durch Verwendung bestimmter Ankerwerkstoffe herbeigeführt. Die gegenseitige Unabhängigkeit der Kontakte kann auch z.
B. für die Ausführung eines Stufenrelais ausgenützt werden, wenn die Ankerbefestigung mit verschieden grosser Rückstellkraft ausgeführt wird. Bei einer bestimmten Erregerstromstärke zieht in diesem Falle nur ein Teil der Anker an bzw. fallen durch eine bestimmte Gegenerregung die haftenden Anker ab, ohne dass ein
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Anzug der übrigen Anker erfolgt.
Der in Fig. 1f gezeichnete Polschuh ist entsprechend der Ankeranordnung mit sternförmigen Laschen versehen. Der Polschuh kann auch den Spulenkörper ganz oder teilweise ersetzen und dient z. B. dazu, das einfache Abziehen der Spule vom Kern zu ermöglichen. Ein Ausführungsbeispiel hiefür ist in Fig. 8 gezeigt. An Stelle einer Blattfeder, wie in Fig. 1, ist hier eine Schraubenfeder 8 zwischen Polschuh 6 und
Kern 4 eingelegt. Entsprechend gebogene oder ausgeprägte Teile des Joch- oder Kernteiles können eben- falls die Funktion des Polschuhes ersetzen.
Wenn die Kontaktteile mit dem Isolierkörper durcheinspritzen oder Einpressen fest verbunden sind, ist die Befestigung des Relais durch Einlöten des Kontaktbauteiles in einer Drahtform, einer Blankverdrahtung oder einer gedruckten Schaltung durchführbar. Die Lötösenanschlüsse der Magnetbauteilseite können als feste Lötösen oder als flexible Drähte ausgeführt werden.
Fig. 9 zeigt ein Relais mit seitlichen festen Lötösen 9 zum Einbau in eine Blankverdrahtung, die den
Ausbau des Magnetbauteiles ohne Verbiegen der Blankverdrahtung erlaubt. Der Magnetbauteil kann ferner ohne Ablötungen abgezogen werden, wenn die Spulenausführung an eine entsprechend bewegliche Draht- form angelötet ist. Die Spulenanschlüsse können auch so zu der Kontaktbauteilseite hingeführt werden, dass alle Anschlüsse des Relais von einer Seite aus zugänglich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Relais, dessen magnetischer Kreis aus einem eine Erregerspule umschliessen- den, mantelförmigen Joch, einem zentralen Kern und einem ringförmigen Arbeitsluftspalt besteht, insbe- sondere für Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass sternförmig um die Achse des ringförmigen Arbeitsluftspaltes (5) mehrere Anker (13) und zugehörige Kontaktsätze (12) angeordnet sind.