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Elektromagnetischer Haftmagnet, insbesondere für ein Haftrelais
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Haftmagneten, insbesondere für ein Haftrelais.
Es sind bereits polarisierte Relais bzw. elektromagnetische Haftrelais bekannt, bei denen sich der magnetische Fluss eines Magneten zur Erzeugung des Haftflusses im Ruhezustand, d. h. bei nicht erregter Auslösewicklung, einerseits über einen Magnetanker schliesst. Dieser Magnetfluss reicht aus, um den Anker gegen die Kraft einer Feder zu halten ; er reicht jedoch nicht aus, den abgefallenen Anker anzuziehen.
Ist der Anker entweder durch eine entsprechende Erregung einer Wicklung oder durch mechanische Betätigung angezogen worden, so ist es mittels einer Gegenerregung in der Auslösewicklung möglich, den Haftfluss durch den Magnetanker aufzuheben bzw. auf den magnetischen Nebenfluss zu verdrängen, so dass der Anker durch die Federkraft od. dgl. abfällt.
Der magnetische Nebenschluss solcher Relais besteht entweder aus Eisen oder aber aus Eisen und einem in Serie dazugeschalteten Luftspalt. Ein Luftspalt hat den Vorteil, dass sich eine im wesentlichen lineare Charakteristik des Nebenschlussweges ergibt. Um nur geringe Streuungen in der Ansprechempfindlichkeit zu erhalten, ist es bei solchen Relais mit Luftspalt erforderlich, diesen Luftspalt mit sehr niedrigen Toleranzen herzustellen, was die Fertigung ausserordentlich erschwert.
Ausserdem muss die Fläche des Luftspaltes zum Erhalten eines niedrigen magnetischen Widerstandes gross ausgebildet werden. Diese Forderung führte zu voluminösen Relais.
Um den erforderlichen Luftspalt des Nebenschlusses herzustellen, ist es bereits bekannt, zwei Platten aus magnetischem Werkstoff, wie Nickeleisen, durch eine Zwischenlage, wie Glimmer, voneinander zu trennen. Nach dem Zusammensetzen müssen diese Teile jedoch der magnetischen Eigenschaften wegen ausgeglüht werden. Wegen der verhältnismässig grossen Flächen bilden sich dabei leicht Verwerfungen, so dass der sich so ergebende Luftspalt ziemlich ungenau ist. Ausserdem können spätere Korrosionsansätze oder sonstige Umgebungseinflüsse den Luftspalt verändern. Die bekannten Konstruktionen besitzen neben diesen erwähnten Nachteilen bei der Herstellung noch den wesentlichen weiteren Nachteil, dass die Ansprechempfindlichkeit solcher Relais wegen ihrer starken Fertigungsstreuungen und infolge Änderung der Daten durch Alterung stark schwanken können.
Bekanntgeworden ist auch ein elektromagnetischer Auslöser mit einem Auslöseanker, der durch eine Öffnung im Magnetjoch sowie durch den Kern der Auslösespule hindurchgeführt wird. Bei dieser Konstruktion ist für die Durchführung des Ankers durch die Öffnung des Joches entweder ein erheblicher Luftspalt, soweit eine Lagerbuchse verwendet wird, vorzusehen, oder aber es entsteht an dieser Stelle eine nicht zu vernachlässigende Reibung. Sowohl der Luftspalt als auch die Reibung, verursacht durch den seitlichen magnetischen Zug in der Durchführung, stehen der Forderung nach einer hohen Ansprechempfindlichkeit entgegen. Zur Erzielung einer hohen Ansprechempfindlichkeit müssen Luftspalte und Reibungen auf jeden Fall vermieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Haftmagneten, insbesondere für ein Haftrelais, zu schaffen, der auf sehr einfache Weise ohne grosse Anforderungen an die Fertigungstoleranzen hergestellt werden kann. Ausserdem sollen nach Möglichkeit die grossen
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Abmessungen der bisher bekannten Anordnungen verkleinert werden.
Der Erfmdungsgegenstand ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer beiderseits offenen Hülse aus magnetisierbarem Material ein mit dem Magneten zur Erzeugung des Haftflusses zusammenwirkender Magnetkern befestigt ist, dessen scheibenförmig ausgebildeter Teil mit seinem Umfang, unter Belassung eines geringen Luftspaltes, nahe am Innenmantel der Hülse sitzt und den magnetischen Nebenfluss bildet und dessen stabförmiger Teil die Auslösewicklung trägt und plan mit demjenigen Ende der Hülse abschliesst, auf der in Haftstellung der Magnetanker liegt.
Der erfindungsgemässe elektromagnetische Haftmagnet besitzt vor allem den wesentlichen Vorteil, dass er ohne weitere Hilfselemente, wie beispielsweise Nieten, Schrauben od. dgl. auskommt. Die Auslösewicklung kann auf einem Spulenkörper fertiggewickelt werden und braucht lediglich auf den zylindrischen Teil aufgesteckt zu werden. Diese einfache Konstruktion war bei solchen Haftmagneten nicht möglich, bei denen die Auslösewicklung in ein geschlossenes Fenster des Eisenkernes eingebracht werden musste.
Der Erfmdungsgegenstand besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass aus nur wenigen Teilen eine Reihe unterschiedlicher Haftmagnetkonstruktionen hergestellt werden kann. Darüber hinaus wird erfindungsgemäss ein Luftspalt dadurch vermieden, dass der Anker sowohl auf dem einen Ende der Hülse als auch auf dem Abschluss des Magnetkernes aufliegt, der in der gleichen Ebene wie das entsprechende Ende der Hülse liegt.
Erfindungsgemäss kann der Magnet zur Erzeugung des Haftflusses ein an sich bekannter Dauermagnet sein.
Ein besonders gut definierbarer Luftspalt ergibt sich dann, wenn zwischen dem Umfang des scheibenförmig ausgebildeten Teiles des Kernes und der zylindrischen Hülse eine Schicht aus nichtmagnetisierbarem Material vorgesehen wird.
Vorzugsweise wird die Schicht aus nichtmagnetisierbarem Material auf den scheibenförmig ausgebildeten Teil des Kernes aufgebracht. Dieses erfolgt, wenn beispielsweise Kupfer verwendet wird, galvanisch.
Für den Fall, dass zur Definition des Luftspaltes eine Schicht aus nichtmagnetisierbarem Material verwendet wird, kann die zylindrische Hülse auf dem mit der nichtmagnetisierbaren Schicht versehenen scheibenförmig ausgebildeten Teil des Kernes, beispielsweise durch Aufschrumpfung, Verklebung, Weichlötung od. dgl., befestigt werden. Hiedurch ergibt sich eine besonders sichere Konstruktion.
Die Anordnung des Luftspaltes zwischen der zylindrischen Hülse und dem scheibenförmig ausgebildeten Teil des Kernes hat den Vorteil, dass eine sehr grosse Oberfläche des Luftspaltes bei kleinstem Volumen erreicht wird. Der Luftspalt kann genau definiert werden und ist unveränderbar, weil eine Korrosion durch Überzug sicher verhindert werden kann. Ein Nachbehandeln der einzelnen Teile durch Nachglühen ist nicht erforderlich.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den Erfindungsgegenstand schematisch im Schnitt, Fig. 2 die zylindrische Hülse der Anordnung nach Fig. 1 im Schnitt und um 90 gegenüber der Fig. 1 verdreht, Fig. 3 eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit Dauermagnet und eingezeichnetem Magnetfluss, Fig. 4 eine Ausbildung des Erfindungsgegenstandes und Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem axial magnetisierten Dauermagneten.
Der in der Fig. 1 gezeigte Haftmagnet besteht aus einem zylindrischen Magnetkern--2-, der aus einem stabförmigen Teil kleineren Durchmessers und einem scheibenförmig ausgebildeten Teil grösseren Durchmessers besteht. Der scheibenförmige Teil des Kernes kann zur genauen Festlegung eines
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Befestigung kann auch auf andere geeignete Weise erfolgen.
Die Hülse--6--ist in der Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Um durch hohe Spannungen beim Aufschrumpfen die Permeabilität des magnetisch leitenden Materials nicht zu verschlechtern, sind an diesen Aufschrumpfungsstellen in den Zylindermantel Schlitze bzw. andere geeignete Aussparungen - -16-- angebracht.
Auf den stabförmigen Teil des Kernes --2-- kann ein radial magnetisierter Haftmagnet --4-aufgeschoben und durch Kleben od. dgl. fixiert sein. Auf der dem Magnetanker --7-- zugekehrten
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Seite des Kernes --2-- ist schliesslich die Auslösewicklung-5-angebracht.
Zwischen dem Anker-7-und der Auslösespule --5-- ist eine Druckfeder--S--
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- l-umgebördelt ist. Das Magnetsystem wird auf diese Weise zwischen einem Absatz --17-- in dem Gehäuse und dieser Umbördelung gehalten. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, und die Umbördelung geschieht vorteilhafter Weise unter Anwendung von Wärme. Durch eine Bohrung im Gehäuse --12-- ist eine Betätigungsachse --9-- des Ankers nach aussen geführt. Ausserdem wird der Hub des Ankers--7--durch Ansätze--11--begrenzt.
Die Fig. 3 zeigt nun die Funktion der in der Fig. 1 abgebildeten Anordnung. Im linken Teil der Fig. 3 sind die magnetischen Kraftlinien bei angezogenem Anker ohne Erregung der Auslösespule und im
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Magnetfluss des Haftmagneten --4-- im Bereich des Ankers --7-- aufhebt. Der Anker-7fällt also unter Einwirkung der Kraft der Feder--8-- (Fig. l) ab.
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem radial manetisierten Haftmagneten --4a--, der im unteren Teil der Anordnung in der Hülse-6-befestigt ist. Der scheibenförmige Teil des Kernes--2a--befindet sich etwa in der Mitte des Kernes und dient in gleicher Weise wie bei einer Anordnung nach Fig. 3 als magnetischer Nebenschluss.
Bei der Lösung nach der Fig. 5 ist im unteren Teil der Anordnung ein in Achsrichtung magnetisierter Haftmagnet--4b--gezeigt, dessen magnetischer Weg ausserdem durch den scheibenförmigen Teil-13--, der auch der Boden des Teiles --6-- sein kann, aus magnetisierbarem Material geschlossen wird.
Der den magnetischen Nebenschluss bildende Teil--2b--befindet sich ebenfalls etwa in der Mitte der Anordnung, kann aber auch zwecks besserer Raumausnutzung glockenförmig über den Magneten, mit gewissem radialem Abstand, gezogen sein. Dadurch kann dieses System wesentlich kürzer gebaut werden, ohne an wirksamer Fläche für den Nebenschluss zu verlieren.
Der Auslösepunkt des erfindungsgemässen Magneten kann entweder durch Verschieben des Haftmagneten--4--oder durch Verkürzen bzw. Abdrehen des scheibenförmigen Teiles des Kernes --2-- erfolgen.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 kann auch zur Veränderung des Ansprechpunktes eine verschiebbare Scheibe unter der Stirnseite der Teile--6 und 2--dienen.
Das gesamte Magnetsystem ist nach aussen in magnetischer Hinsicht vollkommen geschlossen, so dass eine Beeinflussung benachbarter Teile nicht erfolgt.
Der erfindungsgemässe elektromagnetische Haftmagnet kann vorzugsweise für Haftrelais verwendet werden, insbesondere als Auslöser in Fehlerstromschutzschaltungen, bei denen es besonders wegen der nur geringen zur Verfügung stehenden Auslöseleistungen auf äusserste Empfmdlichkeit bei gleichzeitig robustem Aufbau ankommt.
Ohne den Kern der Erfindung zu verlassen, kann die einzige Auslösewicklung --5-- auch aus mehreren mit je einer Wicklung versehenen, axial hintereinander angeordneten Spulen bestehen.
Ausserdem ist es möglich, eine einzige Spule mit mehreren Wicklungen vorzusehen.
Als Haftmagnete können an Stelle von Dauermagneten auch Elektromagnete verwendet werden.
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