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Elektromagnetisches Relais mit Steuerung durch Kraftflußüberleitung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, bei dem die Steuerung der
auf den Anker ausgeübten Anziehungskraft durch Kraftflußüberleitung von einem von
einer Erregerwicklung umschlossenen sättigbaren rahmenförmigen Kern dadurch erfolgt,
daß der Kern in den Sättigungszustand gesteuert wird.
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Es ist eine Relaisanordnung bekannt, bei der ein Hufeisenmagnet mit
einem hochpermeablen Rahmenkern zusammenwirkt, wobei der von der Steuerwicklung
umschlossene Kern aus zwei zueinander parallelen Rahmenteilen besteht, die an dem
Nordpol bzw. dem Südpol des verwendeten Hufeisenmagneten ansetzen. Der unter Federkraft
gehaltene Anker überbrückt den Luftspalt zwischen den beiden rahmenförmigen Kernteilen.
Im nicht erregten Zustand schließt sich der magnetische Kraftfluß über den Anker,
so daß der Anker im angezogenen Zustand gehalten wird.
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Durchfließt jedoch ein steuernder Strom die Steuerwicklung, so ergibt
sich durch den Steuerstrom eine Steuerung des einen Schenkels eines jeden der beiden
Rahmenteile des Kernes in das Sättigungsgebiet, wodurch eine Erhöhung des magnetischen
Widerstandes der Kernanordnung für den hufeisenförmigen Permanentmagneten bedingt
ist, so daß der unter Federkraft gehaltene Anker abfällt. Fällt der Anker ab, so
wird der magnetische Kreis des Hufeisenmagneten durch einen Luftspalt unterbrochen.
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Ein elektromagnetisches Relais mit magnetisierbarem Anker und einem
sättigbaren Relaiskern, bei dem die Steuerung der auf den Anker ausgeübten Anziehungskraft
durch Kraftfiußüberleitung von einem festen, von einer Erregerwicklung umschlossenen
rahmenförmigen Kern dadurch erfolgt, daß der Kern durch den Steuerstrom in den Sättigungszustand
gesteuert wird, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß der Anker ebenfalls
rahmenförmig ist und mit seiner einen übersättigten Rahmenseite parallel zu der
durch den Strom der Erregerwicklung sättigbaren Rahmenseite des festen Kernes liegt.
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Bei einer solchen Relaisanordnung ist der magnetische Kreis des Relais
auch bei abgefallenem Anker nicht durch einen Luftspalt unterbrochen. Dadurch ergeben
sich geringere Schwankungen des magnetischen Streuflusses, und es lassen sich bei
einfachem und kleinem Aufbau verhältnismäßig große Schaltleistungen bei geringer
Steuerleistung erzielen. Es ergibt sich ferner, wenn der rahmenförmige Anker Permanentmagneten
erhält, daß der Anker eine verhältnismäßig große Masse hat, so daß beim Abfallen
des Ankers eine relativ hohe kinetische Energie für eine zu betätigende mechanische
Auslösevorrichtung, wie z. B. für das Schaltschloß eines elektrischen Schaltgerätes
oder für das Öffnen von Kontakten zur Verfügung steht.
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Es besteht ferner der Anker eines solchen Relais aus nur wenigen und
einander ähnlichen Teilen, und es können die Relaiswicklungen in Form von vorgefertigten
Spulen auf Teile des Kernes aufgesteckt werden. Dabei können mehrere Steuerwicklungen,
beispielsweise vier Steuerwicklungen, zur Anwendung gelangen, so daß sich eine große
Möglichkeit verschiedener Steuerungsvorgänge ergibt. Die durch mehrere Steuerspulen
erzeugten magnetischen Kraftflüsse können sich bei entsprechender Schaltung hinsichtlich
der Steuerung addieren oder subtrahieren.
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Die Erfindung ist in der Beschreibung in Form von zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt. Von den Figuren zeigt F i g. 1 eine schematische Gesamtansicht, F i
g. 2 und 3 den Anker und die obere Rahmenseite des Kernes, und zwar in den beiden
Schaltzuständen, und F i g. 4 eine zweite Ausführungsform des Ankers mit Elektromagneten
an Stelle von Dauermagneten. In den F i g. 1 bis 3 besteht der Anker des Relais
aus den beiden Dauermagneten 1, die zusammen mit den beiden Jochen 2 und 3 den magnetischen
Kreis bilden. Der Querschnitt des Joches 3 ist so dimensioniert, daß derselbe im
Sättigungsgebiet arbeit und daher der magnetische Widerstand des rahmenförmigen
magnetischen Kreises des Ankers verringert wird, wenn ein zweiter ungesättigter
Eisenweg parallel zu dem Joch 3 gebracht wird. Damit sich in dem Joch 3 magnetische
Sättigung ausbilden kann, ohne daß im
Joch 2 Sättigung erreicht
wird, kann entweder der Querschnitt des Joches 3 geringer gewählt sein als der Querschnitt
des Joches 2, oder es können sich beide Joche durch Verschiedenheit ihrer magnetischen
Werkstoffe unterscheiden.
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Der feststehende Teil (Kern) des magnetischen Kreises des Relais besteht
aus dem Joch 4, den beiden Schenkeln 5 und dem aufgeschraubten Joch 6. Auf jedem
der beiden Schenkel 5 ist je eine Spule 7 angeordnet. Die Spulen 7 können vorgefertigt
aufgeschoben werden, bevor das Joch 6 aufgeschraubt wird. Die Spulen können in Reihe
oder parallel geschaltet sein oder auch getrennt von zwei steuernden Stromquellen
erregt werden. Sie können aber auch aus mehreren getrennten Wicklungen bestehen.
Wie F i g. 1 zeigt, durchsetzt der in dem Anker erregte permanentmagnetische Fluß
nicht nur das Joch 3, sondern auch das Joch 4 des festen Teiles der Relaisanordnung,
wenn die Spulen 7 nicht erregt sind. Dies hat zur Folge, daß der Anker mit seinem
Jochteil 3 am Teil 4 anhaftet. Es wird also der Anker unter dem Einfluß der
Dauermagneten 1 entgegen der Kraft der Feder 8 im angezogenen Zustand gehalten.
Werden die Spulen 7 mit Gleichstrom beschickt, so baut sich in dem aus den Teilen
4, 5, 6 bestehenden magnetischen Kreis ein zweites Magnetfeld auf, welches, wie
F i g. 1 zeigt, beispielsweise parallel zu dem im Teil 4 erzeugten permanentmagnetischen
Feld verläuft. Gelangt dann der Teil 4 in den Zustand magnetischer Sättigung, so
muß sich der durch die Permanentmagneten 1 erzeugte magnetische Kraftfluß auf den
Anker und dessen Joch 3 beschränken, und zwar als Folge des Ansteigens des magnetischen
Widerstandes im Jochteil 4.
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Da dann keine Kraftlinien mehr vom Joch 3 auf den Teil 4 übergreifen,
und da zusätzlich sich die beiden Magnetbahnen infolge ihrer gleichsinnigen Richtung
abstoßen, kommt der Anker unter der Wirkung der Feder 8 zum Abfallen. Die Trägheit
des Ankers ist verhältnismäßig groß, so daß er verhältnismäßig große mechanische
Arbeit verrichten kann. Es kann durch die Anordnung z. B. das Schaltschloß eines
elektrischen Schalters direkt ausgelöst oder es können beispielsweise am Anker angebrachte
Kontakte betätigt werden.
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Die Rückstellung des Ankers in seine Haftstellung an dem Teil 4 kann
durch mechanische Glieder erfolgen. Ein Anhaften des Ankers an dem Teil 4 ist jedoch
erst möglich, wenn der Strom in den Spulen 7 wesentlich unter seinen Ansprechwert
bzw. auf den Wert Null zurückgegangen ist.
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Als Magneten 1 finden zweckmäßigerweise Sintermagneten Anwendung,
da diese bei der besonderen Gestaltung des Ankers und des festen Kernes durch den
gesteuerten elektromagnetischen Kreis nicht geschwächt werden.
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Statt der Permanentmagneten 1 kann man auch gemäß F i g. 4 Elektromagneten
9 verwenden. In diesem Falle könnten sämtliche Stromspulen mit Wechselstrom gespeist
werden, so daß das Relais als Wechselstromrelais wirkt.
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Es könnten auch die zur Anwendung kommenden Spulen von verschiedenen
Spannungsquellen erregt werden, so daß das Relais bei entsprechender Versorgung
der beiden Spulen 7 z. B. auch als Differenz-oder Summenstromrelais wirken kann,
während die dritte Wicklung 9 zur Einstellung des Ansprechpunktes dienen
kann.