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Elektromagnetisches Relais Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches
Relais mit zwei aktiven und einer neutralen Stellung des Ankers. Insbesondere befaßt
sich die Erfindung mit einem wechselstromgespeisten Relais, das gleichzeitig als
Phasendetektor wirksam ist.
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Es ist ein Relais mit wechselstromgespeister Erregerspule und wechselstromgespeister
Steuerspule bekannt, bei welchem je nach der Phasenlage des Steuerstromes
mit Bezug auf den Erregerstrom das Relais eine von zwei aktiven Stellungen einnehmen
kann. Hierbei ist der vom Erregerstrom beeinflußte Hauptkreis an seinen den beweglichen
Anker zwischen sich aufnehmenden Enden gespalten, wobei jedes gespaltene Ende mit
einer Hälfte der Steuerspule umgeben ist. Der Anker bleibt infolge des Erregerffusses
immer in derjenigen aktiven Stellung stehen, in die er auf Grund des letzten Steuerbefehls
gebracht worden ist.
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Es ist ferner ein sogenanntes polarisiertes Gleichstromrelais bekannt,
bei dem die neutrale Mittelstelfung des Ankers durch einen zusätzlichen Magnetkreis,
der einen Permanentmagneten enthält, erzwungen werden soll. Dieses Relais ist für
Wechselstrom ungeeignet, weil es vom Zufall abhängt, nach welcher Seite der Anker
ausschlägt.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß der Anker von einer
Vormagnetisierungsspule umgeben und mit seinen Stimflächen zwischen einem Längspolpaar
angeordnet ist und daß senkrecht zu diesem Längspolpaar ein an sich bekanntes, von
der Steuerspule erregtes Querpolpaar steht.
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Infolge- des Längspolpaares muß der Anker zwischen seinen Enden, vorzugsweise
in seinem Schwerpunkt, drehbar gelagert werden. Es ist also kein Ausgleich mittels
Federn notwendig. Die um den Anker gelegte Vormagnetisierungsspule sorgt dafür,
daß der gesamte Magnetisierungsfluß dauernd im Anker fließt und sich daher an den
Stimseiten mit Bezug auf das Längspolpaar maximale Richtkräfte zur Rückführung in
die neutrale Stellung bemerkbar machen.
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Es ist zwar ein elektromagnetisches Relais bekannt, bei dem der Anker
mit der Steuerspule versehen ist und über Querpole der Vormagnetisierungsfluß eines
Permanentmagneten geleitet wird. Dieser Anker nimmt aber keine neutrale Stellung
ein, weil er, wenn er durch den Einfluß der Steuerspulen in die eine Schaltstellung
gebracht worden ist, in dieser Stellung am Querpol klebenbleibt, auch wenn die Steuerspulen
wieder abgeschaltet worden sind.
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Insbesondere sollen die Luftspalte unter den Längs- und Querpolen
derart bemessen sein, daß ein kleinerer Teil des im Anker erregten Magnetflusses
über die Ouerpole abgeleitet wird. Diesem abgeleiteten Fluß überlagert sich der
von der Steuerspule bzw. den Steuerspulen herrührende Fluß derart, daß eine Unsymmetrie
in der Induktion entsteht, die den Anker nach der einen bzw. nach der anderen Richtung
schwenken läßt. Wäre der Vormagnetisierungsstrom nicht vorhanden, so würden die
Steuerspulen bei der neutralen Stellung des Ankers die gleiche Induktion im Luftspalt
hervorrufen, so daß der Anker entweder in der neutralen Stellung verbliebe oder
zufällig nach der einen oder anderen Seite schwenk-en würde. Infolge des von der
Vonnagnetisierung des Ankers abgezweiten Teils des Magnetflusses jedoch ergibt sich
ein Unterschied in der Luftspaltinduktion unter den Querpolen, der ein einwandfreies
Arbeiten des Ankers ermöglicht. Der Induktionsunterschied hängt von der zweifachen
Größe des über die Querpole abgeleiteten Teils des Vormagnetisierungsflusses ab.
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Erstrebenswert ist es, daß sich bei Ausschwenken des Ankers der Luftspalt
mindestens zwischen einer Stirnfläche und zugehörigem Längspol vergrößer', weil
dann die Rückführung in die neutrale Lage mit größeren Kräften vor sich geht.
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Ferner sollte dafür gesorgt werden, daß in der aktiven Stellung des
Ankers der effektive Luftspalt zwischen Anker und Querpol größer ist als der effektive
Luftspalt zwischen benachbarter Stirnfläche und zugehörigem Längspol. Auf diese
Weise wird sichergestellt, daß der Anker beim Verschwinden des Steuerstromes nicht
an einem Querpol klebenbleibt.
Man kann die gesamte Anordnung auch
völlig symmetrisch aufbauen, was für die einwandfreie_ Funktion offensichtliche
Vorteile hat, indem man im Bereich jeder Ankerhälfte je ein Querpolpaar vorsieht.
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Es besteht hierbei sogar die Möglichkeit, die vier Steuerspulen auf
den vier einzelnen Querpolen durch eine einzige Steuerspule zu ersetzen, wenn man
nämlich die beiden Querpolpaare magnetisch parallel schaltet und die eine Steuerspule
auf einem gemeinsamen Verbindungssteg anordnet.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung an mehreren Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 bis
3 eine erste Ausführungsform mit zwei Querpolen, jeweils in der neutralen,
der ersten aktiven und der zweiten aktiven Stellung, Fig. 4 bis 6 ein weiteres
Ausführungsbeispiel mit vier Querpolen, wiederum in der neutralen, der ersten aktiven
und der zweiten aktiven Stellung, Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel
mit einer für vier Querpole gemeinsamen Steuerspule, Fig. 8 eine Seitenansicht
des Relais nach Fig. 7
und Fig. 9 eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles
nach Fig. 7,
Bei dem in Fig. 1 bis 3 veranschaulichtenAusführungsbeispiel
ist der Anker 1 von der Vormagnetisierungsspule 2 umschlossen. Diese Anordnung
ist von einem geschlossenen Eisenrahmen 3 umgeben, an dessen Querseiten das
Längspolpaar4,4'und an dessen Längsseiten die Querpole 5, 5' ausgebildet
sind. Der im Anker erzeugte Vormagnetisierungsfluß 6 verläuft zum überwiegenden
Teil 7 über den Längspol 4 zum kleineren Teil 8, 8, jedoch auch über
die beiden Querpole 5, 5'. Auf den Querpolen sitzen die beiden hintereinandergeschalteten
Steuerspulen 9, 9'. Sie erzeugen einen Fluß 10, 10' und
11, ll', der sich je-
weils über einen der Längspole 4, 4' und
den Luftspalt und dessen zugehörigen Querpol schließt. Die veranschaulichten Kraftlinien
gelten für einen Augenblickszustand der wechselstromgespeisten Anordnung.
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Wenn die Vormagnetisierungsspule 2 mit Strom gespeist wird, sind die
über die Querpole abgezweigten Teile des Magnetflusses gleich groß, der Anker wird
also von den Längspolen in seine neutrale Stellung, in der die Luftspaltbreite am
kleinsten ist, gezwungen. Wenn die Steuerspule 9 etwa in Phase mit dem Vormagnetisierungsstrom
erregt wird, entsteht unter dem Querpol 5, wie durch die Pfeile angedeutet
ist, eine größere Induktion als unter dem Querpol 5'.
Somit wird der Anker
nach oben ausgelenkt, wie es Fig. 2 zeigt. Infolge der Schwerpunktaufhängung und
der Trägheit bleibt der Anker auch bei Strom-Nulldurchgang in dieser Stellung. Bei
gegenphasig gespeister Steuerspule ergibt sich die höhere Induktion unter dem Querpol
S'# so daß der Anker die in Fig. 3
gezeigte Stellung einnimmt. In jedem Fall
kehrt der Anker in die neutrale Stellung zurück, wenn der Steuerstrom verschwindet.
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Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Relaisanordnung ist
genau symmetrisch zur Schwerpunktaufhängung des Ankers ausgebildet. Sie unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 dadurch, daß zusätzliche
Querpole 12 und 12' im Bereich der bisher freien Hälfte des Ankers angebracht sind.
Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen nach Fig. 1 bis
3. Die Steuerspule ist diesmal in vier Teile 13 unterteilt, die sämtlich
hintereinandergeschaltet sind. In den Querpolen 5, 5' wird nach wie
vor der Steuerfluß 10 und 11 erzeugt, desgleichen in den Querpolen
12, 12' der Steuerfluß 14 und 15. In Fortfall kommt jedoch die Ausbreitung
des Steuerflusses 10' und ll', weil die von den zwei Querpolpaaren hervorgerufenen
Steuerflüsse sich im Mittelteil des Rahmens 3 aufheben.
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Die Wirkungsweise dieser symmetrischen Anordnung ist ähnlich derjenigen
des ersten Ausführungsbeispieles mit dem Unterschied, daß nunmehr ein Momentpaar
am Hebel angreift und die Kraftwirkung verdoppelt ist.
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Bei dem Relais nach den Fig. 7 und 8 ist der Rahmen
16 in Art eines E-Kems ausgebildet, bei dem in zwei Stegen ein Luftspalt
vorgesehen ist, so daß die Querpole 17, 17' und 18, 18' entstehen.
Auf dem durchgehenden Schenkel des Rahmens 16 sitzt eine einzige Steuerspule
19. Die Längspole 20, 20' besitzen eine eigene magnetische Verbindung in
Form eines aus Blech gebogenen Bügels 21.
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Die Vormagnetisierungsspule 2 erzeugt auch hier im Anker einen Vormagnetisierungsfluß
22, der zum größeren Teil 23 über die Brücke 21 läuft, zum kleineren Teil
24, 24' sich jedoch über die Querpole schließt. Die Steuerspule 19 erzeugt
einen magnetischen Fluß, der zur einen Hälfte 25 über die Querpole 18, 18'
und zur anderen Hälfte 26 über die anderen Querpole 17, 17' läuft.
Aus den Kraftlinien ist ersichtlich, daß sich in den Luftspalten unterhalb der Querpole
bei Erregung der Steuerspule 19 die gleichen Verhältnisse einstellen wie
in den voranbeschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Die Anschläge 27 und 28 begrenzen die Schwenkbewegung
des Ankers 1 in beiden Drehrichtungen und sorgen dafür, daß in den aktiven
Stellungen der Luftspalt unter den Querpolen größer bleibt als unter den Längspolen,
so daß der Anker nicht hängenbleiben kann.
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Ein Kurzschlußring-31 umschließt einen Teil des magnetischen Querschnitts
des Eisenwegs für den Steuerfluß 25, 26. Hierdurch erhält der Steuerfluß
eine geringe zeitliche Verzögerung, also eine Phasenverschiebung. Eine solche Phasenverschiebung
ist dann von Interesse, wenn der Vormagnetisierungsstrom und der Steuerstrom genau
in Phase sind und daher gleichzeitig durch Null gehen, für welchen Zeitpunkt der
Kontaktdruck sonst Null werden könnte.
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Eine andere Möglichkeit, den Kontaktdruck in der aktiven Stellung
aufrechtzuerhalten, wenn Vormagnetisierungsstrom und Steuerstrom gleichzeitig durch
Null gehen, besteht darin, wie in Fig. 9 veranschaulicht, der Steuerspule
19 zwei Zusatzspulen 29 und 30 zuzuordnen, die jeweils einem
Kontakt beigeordnet sind und daher jeweils nur in der aktiven Stellung wirksam sind,
wobei man sie mit einem gegenüber dem Steuerstrom geringfügig verschobenen Strom
speist, z. B. dem Strom eines Motors, dessen Spannung die Steuerspule beeinflußt.