DE1030461B

DE1030461B - Polarized electromagnetic relay

Info

Publication number: DE1030461B
Application number: DET12836A
Authority: DE
Inventors: Frederick Emil Rommel
Original assignee: Telephone Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Telephone Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1955-11-08
Filing date: 1956-11-05
Publication date: 1958-05-22
Also published as: GB793825A; CH335416A; US2930946A

Description

DEUTSCHESGERMAN

kl. 21g 4/01kl. 21g 4/01

INTERNAT. KL. H Ol hINTERNAT. KL. H Ol h

PATENTAMTPATENT OFFICE

ANMELDE TA G:REGISTRATION DAY:

T 12836 VHI c/21 s 5. NOVEMBER 1956T 12836 VHI c / 21s NOVEMBER 5, 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEK
AUSLEGESCHRIFT: 2 2. M A I 1 9 5 8NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE DEK
EDITORIAL: 2 2 MAY 1 9 5 8

Die Erfindung bezieht sich auf polarisierte elektromagnetische Relais oder ähnliche polarisierte Schaltgeräte, welche einen Anker aufweisen, der so eingerichtet ist, daß ein über den magnetischen Verbundbauteil des Gerätes durch ein Eingangssignal hervo-rgerufener veränderlicher Arbeits- bzw. Steuerfluß darauf zur Einwirkung kommt.The invention relates to polarized electromagnetic relays or similar polarized switching devices, which have an armature which is set up so that one over the magnetic composite component variable work flow or control flow caused by an input signal of the device it comes into play.

Es ist üblich, für den magnetischen Verbundbauteil des Gerätes eine Nickeleisenlegierung zu verwenden, weil diesen Legierungen eine nur geringe Koerzitivkraft eigentümlich ist, durch welche sichergestellt wird, daß auf den Anker auf Grund des sich daraus ergebenden geringen Restflusses, d. h. des Flusses, der im Verbundbauteil verbleibt, nachdem ein Eingangssignal zu Ende ist bzw. aufgehört hat (Remanenzfluß), nur eine geringe oder gar keine Vorspannungswirkung ausgeübt wird. Eine solche Vorspannungswirkung würde natürlich dann auftreten, wenn der Verbundbauteil aus einem Werkstoff, wie beispielsweise Siliziumeisen, welcher eine verhältnismäßig große Koerzitivkraft besitzt, hergestellt wäre.It is common practice to use a nickel iron alloy for the composite magnetic component of the device, because these alloys have only a slight coercive force which ensures them is that on the anchor due to the resulting low residual flow, d. H. of Flux that remains in the composite component after an input signal has ended or stopped (Remanent flux), little or no biasing effect is exerted. Such a biasing effect would of course occur if the composite component is made of a material such as for example silicon iron, which has a relatively large coercive force, would be produced.

Nun sind aber ungünstigerweise solche Nickeleisenlegierungen mit äußerst geringer Koerzitivkraft nicht nur viel kostspieliger als Siliziumeisen,, sondern auch ihre Sättigungsflußdichte, welche etwa 8000 Feldlinien/cm² bzw. Kraftlinien pro Quadratzentimeter oder Gauß beträgt, ist gering und beträgt weniger als die Hälfte der Kraftfluß dichte bei Siliziumeisen. Dadurch unterliegt das magnetische Verbundbauteil des Gerätes einer Begrenzung, und folglich muß dessen Querschnitt, wenn solche Nickeleisenlegierungen verwendet werden, mindestens doppelt so groß wie bei Anwendung von Siliziumeisen sein, vorausgesetzt, daß der gesamte Signalsteuerfluß, welcher durch die erwünschte Ansprechempfindlichkeit des Gerätes bestimmt bzw. festgelegt wird und mit dem gerechnet werden muß, in beiden Fällen der gleiche ist. Dies ist natürlich besonders nachteilig bei Geräten, bei denen der Raum, welcher durch den magnetischen. Verbundbauteil und die Signalwicklung eingenommen ist, beschränkt ist.Unfortunately, however, nickel iron alloys with extremely low coercive forces are not only much more expensive than silicon iron, but also their saturation ^{flux density, which is about 8000 field lines / cm 2} or lines of force per square centimeter or Gaussian, is low and is less than half the force flux density with silicon iron. As a result, the magnetic composite component of the device is subject to a limitation, and consequently its cross-section, if such nickel-iron alloys are used, must be at least twice as large as when using silicon-iron, provided that the total signal control flux, which is determined or determined by the desired response sensitivity of the device, is used. and which must be expected is the same in both cases. This is of course particularly disadvantageous in devices in which the space, which by the magnetic. Composite component and the signal winding is taken is limited.

Erfindungsgemäß setzt sich der mit der Signalwicklung verkettete magnetische Verbundbauteil eines polarisierten Relais oder eines ähnlichen polarisierten Schaltgerätes zusammen aus einem ersten Teilstück, durch welches hindurch der Hauptanteil des Steuerflusses fließt, und aus einem zweiten Teilstück, welches zum ersten Teilstück in Nebenschluß liegt und aus einem Werkstoff besteht, welcher im Vergleich zum Werkstoff des ersten Teilstückes eine geringe Koerzitivkraft, eine geringe Sättigungsflußdichte und eine starke Permeabilität für die im ersten Teilstück durch den Restfluß hervorgerufene Magnetkraft hat, derart, daß ein solcher Magnetfluß durch Umleitung Polarisiertes elektromagnetisches RelaisAccording to the invention, the magnetic composite component linked to the signal winding is composed of a polarized relay or a similar polarized switching device together from a first part, through which the main part of the control flow flows, and from a second section, which to the first section in shunt and consists of a material which in comparison to Material of the first section has a low coercive force, a low saturation flux density and a has strong permeability for the magnetic force caused in the first section by the residual flow, such that such a magnetic flux is diverted by Polarized Electromagnetic Relay

Anmelder:Applicant:

Telephone Manufacturing Company
Limited, LondonTelephone Manufacturing Company
Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen (Westphalia), Oranienstr. 14th

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 8. November 1965Claimed priority:
Great Britain 8 November 1965

Frederick Emil Rommel, London,
ist als Erfinder genannt wordenFrederick Emil Rommel, London,
has been named as the inventor

durch das zweite Teilstück hindurch daran gehindert wird, auf den Anker einzuwirken. Weil der magnetische Verbundbauteil eines derartigen erfindungsgemäßen Schaltgerätes ein Teilstück aufweist, welches aus einem Werkstoff hergestellt ist, der eine große Sättigungsflußdichte hat, kann es einen gegebenen Signalfluß bei geringerer Querschnittsfläche durchleiten, als dies bei einem Verbundbauteil der Fall wäre, der im ganzen aus einem Werkstoff mit einer geringen Sättigungsfluß dichte hergestellt ist. Die starke Koerzitivkraft des ersten Teilstückes ruft jedoch andererseits keine wesentliche Vorspannung des Ankers hervor, weil der Remanenz- oder Restfluß im Teilstück durch diese Kraft nicht durch den Anker hindurch, sondern durch das zweite Teilstück entgegen seiner geringen Koerzitivkraft hindurchgeleitet wird, wobei dieses zweite Teilstück natürlich unter diesen Bedingungen als ein magnetischer Nebenschluß von geringer Relektanz bzw. von geringem magnetischem Widerstand auf Grund seiner hohen Permeabilität wirkt.is prevented through the second section from acting on the anchor. Because the magnetic Composite component of such a switching device according to the invention has a section which is made of a material that has a large saturation flux density, there may be a given Pass through the signal flow with a smaller cross-sectional area than is the case with a composite component would be made of a material with a low saturation flux density as a whole. the On the other hand, however, the strong coercive force of the first section does not cause any significant bias of the armature, because the remanence or residual flow in the section due to this force is not caused by the Armature through, but passed through the second section against its low coercive force is, this second section of course under these conditions as a magnetic shunt of low relectance or of low magnetic resistance due to its high Permeability works.

Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche des ersten Teilstücks größer als die des zweiten Teilstücks, so daß dann ein magnetischer Verbundbauteil einer gegebenen Querschnittsfläche einen größeren Gesamtfluß durchlassen kann.The cross-sectional area of the first section is preferably greater than that of the second section, see above that then a composite magnetic component of a given cross-sectional area has a greater total flux can let through.

Die beiden Werkstoffe, welche für die beiden Teilstücke verwendet werden, bestehen zweckmäßigerweise aus der üblichen Qualität von Weicheisen, wie beispielsweise Siliziumeisen, und einer Nickeleisenlegierung jener Gattung, die die entsprechenden obenerwähnten Eigenschaften besitzt.The two materials that are used for the two sections are expediently made from the usual quality of soft iron, such as silicon iron, and a nickel iron alloy that genus which has the corresponding properties mentioned above.

809 527/374809 527/374

Um das zweite Teilstück zu einem äußerst wirkungsvollen Nebenschluß zu gestalten, werden die beiden Teilstücke vorzugsweise für Kontaktberührung miteinander über ihre Gesamtlänge hinweg angeordnet, so daß der magnetische Widerstand zwischen ihnen gering ist.To make the second section an extremely effective shunt, the both sections are preferably arranged for contact with each other over their entire length, so that the magnetic resistance between them is small.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand von zwei Ausführungsbeispielen solcher Relais und der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigtThe invention is now based on two embodiments of such relays and they for example reproducing drawings are explained in more detail, namely shows

Fig. 1 eine diagrammartige Vorderansicht der ersten Ausführungsform eines Relais,1 is a diagrammatic front view of the first embodiment of a relay;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform des Relais, und zwar entlang der Schnittlinie H-II in Fig. 1,Fig. 2 shows a cross section through the first embodiment of the relay, namely along the section line H-II in Fig. 1,

Fig. 3 in räumlicher Darstellung ein Teilstück der zweiten Ausführungsform des Relais, währendFig. 3 in a spatial representation a portion of the second embodiment of the relay, while

Fig. 4 eine Perspektivansicht dieser zweiten. Ausführungsform des Relais, in seine Bestandteile zerlegt, wiedergibt.Fig. 4 is a perspective view of this second. Embodiment of the relay, disassembled into its components, reproduces.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das dargestellte Relais, welches zu der Carpenter-Gattung gehört, die in der deutschen Patentschrift 607 203 beschrieben ist, ist mit einem Anker 1 unteren Teil des Ankers, so daß letzterer nicht mehr im Sinne einer Spannung beeinflußt werden kann.Reference is first made to FIGS. 1 and 2. The relay shown, which is to the Carpenter genus, which is described in German patent specification 607 203, is equipped with an anchor 1 lower part of the armature, so that the latter can no longer be influenced in terms of tension.

In den Fig. 3 und 4 wird die zweite Ausführungsform des Relais dargestellt, dessen Magnetkreis ebenfalls zur Carpenter-Gattung gehört und in Übereinstimmung mit der deutschen Patentschrift 872 063 konstruiert worden ist. Der Anker 20 des Relais wird von zwei Federn 21 gehalten, welche vermittels Schrauben (von denen eine bei 22 gezeigt ist) an3 and 4, the second embodiment of the relay is shown, its magnetic circuit as well belongs to the Carpenter genus and in accordance with German patent specification 872 063 has been constructed. The armature 20 of the relay is held by two springs 21 which mediate Screws (one of which is shown at 22)

ίο Blocken 23 befestigt sind, von denen jeder an einem der beiden Hauptpolstücke 24 a und 24 b des Rahmens befestigt ist. Der Anker 20 trägt an seinem oberen Ende die beweglichen (Arbeits-) Kontakte, von denen einer bei 25 dargestellt ist, welche mit den. (nicht gezeigten) festen (Ruhe-) Kontakten zusammenwirken, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Ankers liegen. Mit seinem unteren Ende liegt der Anker zwischen zwei sich gegenüberstehenden Flächen der Polstücke 24 a und 24 b, wobei sich dieses Ende beim Schwingen des Ankers auf diese Flächen zu und von diesen hinweg bewegt.ίο blocks 23 are attached, each of which is attached to one of the two main pole pieces 24 a and 24 b of the frame. The armature 20 carries at its upper end the movable (working) contacts, one of which is shown at 25, which with the. (not shown) fixed (rest) contacts cooperate, which are on the opposite sides of the armature. The lower end of the armature lies between two opposing surfaces of the pole pieces 24 a and 24 b, this end moving towards and away from these surfaces when the armature oscillates.

Die Signalwicklung 29 des Relais sitzt auf einem waagerechten schichtförmigen Kern 30, welcher an beiden Enden an je einem entsprechenden senkrechtenThe signal winding 29 of the relay sits on a horizontal layered core 30, which is attached to both ends at a corresponding vertical

versehen, der bei 2 schwenkbar ist und an seinem ag Schenkel 31 befestigt ist. Jeder dieser Schenkel 31 ist oberen Ende die beiden beweglichen Kontakte an seinem oberen Ende vermittels Schrauben 32 an (Arbeitskontakte) 3α und 3 b trägt, welche jeweils mit dem einen der beiden Polstücke 24 des Rahmens befesten Kontakten (Ruhekontakten) 4a und 45 zu- festigt. Jeder der polarisierten Dauermagnete 33, sammenwirken. Ein Schwenkbolzen 2 des Ankers welche in gestrichelten Linien in Fig. 3 angedeutet sitzt in dem Luftspalt 5 zwischen den beiden Nord- 30 sind, des Relais ist an einem senkrechten Siliziumprovided, which is pivotable at 2 and is attached to its leg 31 ag. Each of these legs 31 is the upper end of the two movable contacts at its upper end by means of screws 32 on (normally open contacts) 3α and 3 b, respectively befesten with one of the two pole pieces 24 of the frame contacts (break contacts) 4a and 45 to-consolidates . Each of the polarized permanent magnets 33 work together. A pivot pin 2 of the armature which is indicated in dashed lines in Fig. 3 sits in the air gap 5 between the two north 30, the relay is on a vertical silicon

polflächen der beiden Dauermagnete 7 a und 7 b, deren gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte Pole in direkter Kontaktberührung mit den oberen Enden eines Magnet-Verbundbauteiles 8 stehen. Dieser Verbundbauteil 8 weist zwei Polstücke bzw. Polschuhe 8 A und 85 auf und ist aus drei, gleichartig geformten Schichtkörpern 8 a, 8 b und 8 c (s. Fig. 2) aufgebaut, wobei der Schichtkörper 8 b zwischen den. beiden anderen Schichtkörpern und in direkter Berührung mit diesen über ihre Gesamtlänge hinweg angeordnet ist. Das untere Ende des Ankers 1 liegt im Arbeitsluftspalt 10, welcher sich zwischen den Stirnflächen der Polstücke 8A und 8B befindet. Die Signalwicklung 11 des Relais ist um den waagerechten Kern 8 C des Magnet-Verbundbauteiles gewickelt.pole faces of the two permanent magnets 7 a and 7 b, the opposite or opposite poles of which are in direct contact with the upper ends of a composite magnet component 8. This composite component 8 has two pole pieces or pole shoes 8 A and 85 and is made up of three similarly shaped laminated bodies 8 a, 8 b and 8 c (see FIG. 2), the laminated body 8 b between the. two other laminates and is arranged in direct contact with them over their entire length. The lower end of the armature 1 lies in the working air gap 10, which is located between the end faces of the pole pieces 8A and 8B . The signal winding 11 of the relay is wound around the horizontal core 8 C of the composite magnet component.

Bei derartigen Relais, die bisher gemäß Fig. 1 konstruiert worden sind, besteht der Verbundbauteil 8 aus einem einzelnen Werkstoff, woraus sich dann der eine oder andere der bereits erwähnten Nachteile entwickelt. Wenn dieser Verbundbauteil aus Siliziumeisen hergestellt ist, so bewirkt die große Koerzitivkraft dieses Werkstoffes, daß große Restflüsse über den Luftspalt 10 von einem nach dem anderen Polstück fließen, woraus sich eine Vorspannung des Ankers ergibt.In the case of relays of this type, which have so far been constructed in accordance with FIG. 1, there is the composite component 8 from a single material, from which one or the other of the disadvantages already mentioned develop. When this composite component is made of silicon iron, it causes the large coercive force this material that large residual flows through the air gap 10 from one after the other pole piece flow, which results in a pretensioning of the anchor.

Um diese Vorspannung zu verhindern oder wenigstens wesentlich zu verringern, bestehen nur zwei der drei Schichtkörper8a, 8b, 8c, welche den Verbundbauteil 8 mit seinen Polstücken 8 A, 8 B bilden, aus Siliziumeisen, während der dritte Schichtkörper, d. h. der mittlere, 8b, aus einer Nickeleisenlegierung besteht. Auf Grund der geringen Koerzitivkraft des letzteren Werkstoffes und dessen hoher Permeabilität für Magnetfelder einer Größenordnung, welche von dem Restmagnetismus der Siliziumeisenschichten 8 α und 8 c hervorgerufen wird, verläuft der Fluß, der durch diesen Restmagnetismus erzeugt wird, welcher sonst den Luftspalt 10 durchqueren würde, jetzt über die Schicht 8 & von einer Polfläche nach der anderen. Somit bestehen jetzt keine Kraftfelder mehr am eisenschaft 34 befestigt, welcher bei 35 an dem einen der Polstücke 24 befestigt ist. Die Schäfte 34 dienen dazu, die Ruhekontakte des Relais zu halten, wie dies in der vorerwähnten Patentschrift beschrieben ist. Die beiden Polstücke 24 werden durch Schrauben, von denen eine bei 36 gezeigt ist, in genauer gegenseitiger Beziehung zueinander gehalten, wobei die Schrauben durch beide Polstücke und nichtmagnetische Lagerbuchsen 37 hindurchführen.In order to prevent this bias or at least significantly reduce it, only two of the three layer bodies 8a, 8b, 8c, which form the composite component 8 with its pole pieces 8 A, 8 B , are made of silicon iron, while the third layer body, ie the middle, 8b, consists of a nickel iron alloy. Due to the low coercivity of the latter material and its high permeability for magnetic fields of the order which α from the residual magnetism of silicon iron layers 8 and 8 c is caused, the flux generated by this residual magnetism runs would what otherwise traversing the air gap 10, now over layer 8 & from one pole face after the other. Thus there are no longer any force fields attached to the iron shaft 34, which is attached to one of the pole pieces 24 at 35. The shafts 34 serve to hold the normally closed contacts of the relay, as described in the aforementioned patent. The two pole pieces 24 are held in precise mutual relation to one another by screws, one of which is shown at 36, the screws passing through both pole pieces and non-magnetic bushings 37.

Soweit entspricht der Aufbau des Relais dem der vorerwähnten Patentschrift. Somit verläuft der Fluß, welcher einen Stromweg aufweist, der dem des Relais gemäß Fig. 1 ähnlich ist, vom Kern 30 her, den einen Schenkel Sl hinauf, das eine Polstück 24a entlang, über den Luftspalt zwischen den beiden Bauteilen 24, durch das untere Ende des Ankers hindurchgehend, und dann zurück zum Kern 30 über das Polstück 24 b und den anderen Schenkel 31. Der durch die Magnete 33 hervorgerufene Polarisierungsfluß verläuft abwärts in Längsrichtung des Ankers 20, wobei der eine Anteil des Flusses über das Polstück 24 a nach dem einen Magnet zurückkehrt, während der andere Anteil über das Polstück 24 & nach seinem Magnet zurückkehrt. Bisher wurden die Polstücke 24, der Kern 30 und die Schenkel 31 aus Siliziumeisen hergestellt, was, wie bereits erwähnt, eine Vorspannung des Ankers zur Folge hatte. Eine solche Vorspannung wird von den Polstücken 24, dem Kern 30 und den Schenkeln 31 hervorgerufen, welche als ein einzelner schwacher Magnet wirken, dessen Pole bei 40 und 41 angedeutet sind, wobei der von diesen Magneten erzeugte Fluß den Luftspalt zwischen den Polstücken 24 durchquert. Um die Wirkung zu verhindern oder wenigstens beträchtlich zu verringern, werden die Polstücke 24, der Kern 30 und die Schenkel 31 teilweise aus Siliziumeisen und teilweise (bis zur Hälfte der Geßamtquerschnittsfläche) aus der vorgenannten bekannten Nickeleisenlegierung hergestellt. Somit ist jedes der Polstücke 24 aus zwei Schichtkörpern 24a', 24 a" oder 24&', 24 b" gefertigt, von denen der innere,So far the structure of the relay corresponds to that of the aforementioned patent. Thus, the flux, which has a current path which is similar to that of the relay according to FIG. 1, runs from the core 30, up one leg S1, along one pole piece 24a, over the air gap between the two components 24, through the lower one Going through the end of the armature, and then back to the core 30 via the pole piece 24 b and the other leg 31. The polarization flux caused by the magnets 33 runs downwards in the longitudinal direction of the armature 20, one portion of the flux over the pole piece 24 a after one magnet returns while the other portion returns via pole piece 24 & to its magnet. So far, the pole pieces 24, the core 30 and the legs 31 were made of silicon iron, which, as already mentioned, resulted in a pretensioning of the armature. Such a bias is created by the pole pieces 24, core 30 and legs 31 which act as a single weak magnet, the poles of which are indicated at 40 and 41, the flux generated by these magnets crossing the air gap between the pole pieces 24. In order to prevent or at least considerably reduce the effect, the pole pieces 24, the core 30 and the legs 31 are made partly from silicon iron and partly (up to half of the total cross-sectional area) from the aforementioned known nickel iron alloy. Thus, each of the pole pieces 24 is made of two laminated bodies 24a ', 24 a "or 24 &', 24 b" , of which the inner,

24α', 24 ί>', aus Nickeleisen und der äußere, 24a", 24&", aus Siliziumeisen besteht. Gleichzeitig sind der eine der drei den Schenkel 31 bildenden Schichtkörper und der eine der drei den Kern. 30 bildenden. Schichtkörper aus Nickeleisen, während die restlichen Schichtkörper aus Siliziumeisen bestehen. Die Nickel eisenschichten sind jeweils bei 31' und 30' angezeigt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Luftspalt zwischen den Polstücken 24 von dem Fluß von den Enden 40 und 41 her umgangen wird, wobei dieser Fluß die Nickeleisenschichtkörper 24a', 24&', 30' und 31' durchsetzt.24α ', 24 ί>', made of nickel iron and the outer, 24a ", 24 & ″, consists of silicon iron. At the same time, one of the three layer bodies forming the leg 31 are and the one of the three the core. 30 educational. Laminated body made of nickel iron, while the remaining Laminated bodies consist of silicon iron. The nickel iron layers are indicated at 31 'and 30', respectively. From Fig. 3 it can be seen that the air gap between the pole pieces 24 of the flux from the Ends 40 and 41 is bypassed, with this flow the nickel iron laminates 24a ', 24 &', 30 ' and 31 'interspersed.

Claims

Patent claims:

1. Polarized electromagnetic relay or similar polarized switching device with a Anchors on which a variable control flow caused by an input signal to act comes, characterized in that the chained to the signal winding magnetic composite component composed of two parts, with the main part of the control flow flowing through or through the first part and the second section to the first section in the secondary circuit and consists of a material which Compared to the material of the first section, a low coercive force, a low one Saturation flux density and a high permeability for the residual flow in the first section induced magnetic force has, such that such a residual flux by diversion through the second Tail piece through it is prevented from acting on the anchor.

2. Switching device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the first Part is larger than that of the second part.

3. Switching device according to claim 1 and 2, characterized in that the first part consists of Silicon iron is made.

4. Switching device according to claim 1 to 3, characterized in that the second partial back consists of a Nickel iron delegation exists.

5. Switching device according to claim 1 to 4, characterized in that the two parts over are in contact with each other throughout their entire length.

6. Switching device according to claim 5, characterized in that the composite component is layered is constructed and each of said sections has one or more laminated bodies and that the anchor lies in an air gap which is delimited by laminated bodies made of are made of the same material as the second section.

1 sheet of drawings