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Polarisiertes Relais hoher Schaltgeschwindigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf ein polarisiertes Relais hoher Schaltgeschwindigkeit mit mindestens einer Erregerwicklung und einem zweiflügeligen einstückigen, vorzugsweise im Schwerpunkt gelagerten Anker, wobei sich Erregerfluss und Dauerfluss an den Enden des Ankers in der Weise überlagern, dass die Enden des Ankers von einem Dauermagnetfluss in Querrichtung durchsetzt sind, wogegen der Erregerfluss den Anker in Längsrichtung durchfliesst.
Um bei einem Relais eine hohe Schaltgeschwindigkeit zu erreichen, ist es erforderlich, das Massenträgheitsmoment des Ankers möglichst klein zu wählen. Dies ist jedoch darum nicht immer möglich, weil ein bestimmter Querschnitt für die Führung der Flüsse nicht unterschritten werden kann. Da bei polarisierten Relais bekanntlich der Dauerfluss ein Vielfaches (bis Faktor 100) des Erregerflusses beträgt, ist es vor allem erforderlich, die Flusskreise derart zu führen, dass durch den Dauerfluss keine magnetische Sättigung des Ankers eintritt.
Es sind zwar bereits polarisierte Relais bekannt, bei denen an den Enden des zweiflügeligen Ankers eine Überlagerung von Erregerfluss und Dauerfluss eintritt, wobei die Enden des Ankers von dem Dauermagnetfluss in Querrichtung durchsetzt werden. Dadurch kann das Massenträgheitsmoment des Ankers relativ klein gewählt werden, weil zur Führung des Dauerflusses der Anker nur in Querrichtungdurchsetzt wird. Bei dieser Ausführung ist aber eine erhebliche Einbusse an Empfindlichkeit des Relais zu erwarten, weil der Dauermagnet für den Erregerfluss einen Kurzschlusskreis bildet. Dieser Kurzschlusskreis liegt als Nebenschluss zum Anker, so dass nur ein Teil des Erregerflusses zur Bildung eines Drehmoments zur Verfügung steht.
Die damit auftretenden Nebenschlussverluste können, wie Versuche gezeigt haben, bei bekannten Relais bis zu 250/0 betragen.
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jedoch nicht aus einem Stück besteht, sondern bei dem es sich, der Arbeitsweise nach, um zwei getrennt betätigbare Anker handelt. Auch die Lagerung der Anker ist bei dieser bekannten Relaisausführung getrennt. Aufbaumässig handelt es sich um zwei getrennte Relaissystem, denen je eine Erregerwicklung, je ein Dauermagnet und je ein Anker zugeordnet sind. Auch die den beiden Ankern zugeordneten Kontaktanordnungen sind getrennt betätigbar.
Um neben einer hohen Schaltgeschwindigkeit des Relais die erwähnten Nebenschlussverluste bekannter Anordnungen zu vermeiden, ist erfindungsgemäss bei einem polarisierten Relais der eingangs näher bezeichneten Art vorgesehen, dass die Jochschenkel des Erregerkreises in je einen U-förmig ausgebildeten, die Ankerenden umfassenden Dauermagneten endigen. Damit wird im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungsformen, beidenen zum Erregerkreisimmer ein Nebenschluss vorhanden ist, der für die Kraftwirkung auf den Anker einen Verlust bedeutet, dieser Nebenschluss des Erregerkreises im Sinne der Verstärkung der Stellkraft des Ankers wirksam. Die erfindungsgemässe Ausführung stellt daher einen hohen Gewinn hinsichtlich des Wirkungsgrades dar, denn hier werden diese Nebenschlussverluste vermieden.
Alle vorhandenen Luftspalte des Relais sind dadurch als echte Arbeitsluftspalte anzusprechen. Hinsichtlich der Flussanteile hat man zwar zwischen den Haupt-Arbeitsluftspalten und den Hilfs-Arbeitsluftspalten zu unterscheiden, wobei naturgemäss über die Hauptarbeitsluftspalte der grösste Teil des Erregerflusses geführt ist.
Zweckmässigerweise wird als U-förmig ausgebildeter Dauermagnet ein Stabmagnet mit angesetzten
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Polschuhen verwendet. Dabei ist es günstig, die Grösse der Hilfs-Arbeits-Luftspalte durch an den Dauermagneten bzw. an ihren Polschuhen angebrachte, in ihrer wirksamen Länge veränderbare magnetische Leitstücke einstellbar zu machen. Vorteilhafterweise wählt man für den Erregerkreis Weicheisen mit einer Koerzitivkraft kleiner als 0. 02 Oe. Eine zweckmässige Ausbildung der Erfindung sieht im übrigen vor, dass an den Jochschenkeln des Erregerkreises Polschuhe mit vergrössertem Querschnitt angebracht sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungbeispiels. Es zeigen : Fig. 1 die schematische Darstellung eines polarisierten Relais bekannter Ausführung zur Erläuterung des Erfindungsgedankens und Fig. 2 ein polarisiertes Relais, das die erfindungsgemässen Merkmale aufweist.
Das in Fig. l schematisch dargestellte Relais entspricht einem bisher sehr häufig angewandten Prinzip der Flussführung, wobei Steuerfluss und Dauerfluss im wesentlichen getrennt geführt sind. Der von dem Dauermagneten 2 ausgehende Dauerfluss geht hier über die Flussführungsteile 6 und die konstanten Hilfsluftspalte 7 in die Polschuhe la des Erregerkreises 1 und von dort zu den Arbeits-Luftspalten 4. Dann durchsetzt der Dauerfluss den Anker 3 in Längsrichtung und fliesst über den konstanten Hilfsluftspalt 8 zurück zumDauermagneten2. Der durch die Wicklung 9 erzeugte Erregerfluss gelangt dagegen von den Kernblechen zu den Polschuhen la und wird über die Arbeitsluftspalte 4 in Querrichtung über den Anker 3 geführt.
Dabei findet eine Überlagerung des Dauerflusses und Erregerflusses in den Polschuhen la und den Arbeits-Luftspalten 4 statt.
Da hiebei, wie erwähnt, über den Anker 3 der Dauerfluss in Längsrichtung geführt wird, muss sein Querschnitt relativ gross gewählt werden. Aus diesem Grund ergibt sich auch ein grosses Massenträgheitsmoment für den Anker derartiger'Relais. Weil aber der Querschnitt des Ankers nicht verkleinert werden kann, gilt für eine derartige Relaisausführung eine bestimmte Schaltgeschwindigkeit als oberste Grenze, die nicht erhöht werden kann.
Wenn zugleich noch die Forderung besteht, dass das Relais eine grosse Ansprechempfindlichkeit aufweisen soll, so müssen ferner alle Verluste vermieden werden, welche die Empfindlichkeit des Relais herabsetzen können. So weist die in Fig. 1 gezeigte bekannte Ausführung eines polarisierten Relais einen Nebenschluss zu dem Erregerkreis 1 auf, der durch die Hilfs-Luftspalte 7 und die Flussführungsteile 6 gebildet wird. Dieser magnetische Nebenschluss bewirkt, dass der in den Arbeitsluftspalten 4 auftretende Erregerfluss mehr oder minder geschwächt wird und daher keine optimale Ansprechempfindlichkeitdes Relais erreicht werden kann.
Das in Fig. 2 ebenfalls schematisch dargestellte Magnetsystem eines polarisierten Relais nach der Erfindung weist im Vergleich zu bekannten Ausführungen vor allem einen sehr kleinen Querschnitt für den Anker 3 auf. Dieser Anker ist zweiflügelig ausgeführt und vorzugsweise im Schwerpunkt gelagert.
Auf den Anker 3 wirkt der durch die Wicklung 9 steuerbare Erregerfluss und die durch die Dauermagnete 2 erzeugten Dauerflüsse. Die Dauerflüsse der beiden Magnete 2 schliessen sich über die Luftspalte 4 und 5. Der Erregerfluss wird im wesentlichen über die Polschuhe la und die Haupt-Arbeitsluftspalte 4 geführt.
Der über die Dauermagnete 2noch auftretende Nebenschluss des Erregerflusses ist zwar dagegen gering, er muss aber trotzdem berücksichtigt werden. Er stellt aber keinen Verlust dar, da er über die Hilfs-Arbeitsluftspalte 5 ebenfalls zum Anker 3 geführt wird und die durch den Haupt-Erregerfluss veranlasste Stellbewegung des Ankers verstärkt.
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zeichnet. Aus dieser Darstellung geht auch hervor, dass der Dauerfluss OD den Anker nur in Querrichtung durchsetzt, während er vom Erregerfluss in Längsrichtung durchflossen wird.
Allerdings fliesst in gekippter Stellung des Ankers neben dem Erregerfluss noch ein Ausgleichsfluss, so dass. der Querschnitt des Ankers so gewählt werden muss, dass beide Flüsse aufgenommen werden können. Im Vergleich zu den üblichen Werten des Dauerflusses bleibt aber die Summe aus Erregerfluss und Ausgleichsfluss um mindestens eine Grössenordnung kleiner als der Dauerfluss. Der Anker 3 kann aus diesem Grund einen geringen Querschnitt aufweisen und somit kann auch das Ankerträgheitsmoment so weit verkleiner werden, dass eine wesentliche Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit des Relais möglich ist. Als Werkstoff für den Anker wählt man vorzugsweise Magnetreineisen mit sehr kleiner Koerzitivkraft (kleiner als 0, 02 Oe).