DE1198455B - Elektromagnetisches Relais mit Haftcharakteristik - Google Patents
Elektromagnetisches Relais mit HaftcharakteristikInfo
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H51/2236—Polarised relays comprising pivotable armature, pivoting at extremity or bending point of armature
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- H01H51/01—Relays in which the armature is maintained in one position by a permanent magnet and freed by energisation of a coil producing an opposing magnetic field
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIh
Deutsche Kl.: 21g-4/01
Nummer: 1198 455
Aktenzeichen: S 73748 VIII c/21 g
Anmeldetag: 28. April 1961
Auslegetag: 12. August 1965
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit zwei stabilen Schaltstellungen, die
durch Überlagerung eines durch einen feststehenden Dauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem
durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregernuß erreichbar sind, wobei der eine Teil des jeweils
wirksamen Flusses über einen Arbeitsluftspalt sowie einen Hilfsluftspalt geführt ist, während der andere
Teil des Flusses über die Ankerlagerung verläuft.
Elektromagnetische Relais der eingangs näher be- xo zeichneten Art werden vor allem dann verwendet,
wenn nach Abschalten des wirksamen Steuerimpulses die jeweils eingenommene Schaltstellung so lange beibehalten
werden soll, bis der nächste Steuerimpuls den Anker in die andere Schaltstellung umlegt. Man
kann zwar eine derartige Arbeitsweise bei üblichen elektromagnetischen Relais durch Anbringung mechanischer
Umschaltmittel erreichen. Diese Umschaltmittel stellen jedoch eine unerwünschte Komplizierung
und Verteuerung eines derartigen Relais dar und benötigen in der Regel auch einen erhöhten Raumbedarf.
Dagegen betrifft vorliegende Erfindung ein elektromagnetisches Relais, bei welchem ein Dauermagnet
mit dem vom Elektromagnetsystem erzeugten Steuernuß derart zusammenwirkt, daß der Anker durch
Überlagerung von Steuerfluß und Dauerfluß, und zwar durch Summierung der beiden Flüsse in die eine
Endlage und durch die Differenz der beiden Flüsse in die andere Endlage schaltbar ist und nach Aufhören
des Steuerflusses jeweils darin verbleibt. Auch Lösungswege, die nicht auf mechanischer Grundlage,
sondern auf magnetischer Grundlage arbeiten, sind bereits bekannt. Vielfach können aber die Haltekräfte
in den beiden stabilen Endlagen des Ankers nicht unabhängig voneinander eingestellt werden, was
betriebsmäßige Nachteile mit sich bringt. So ist die Einstellung der Haltekraft, beispielsweise am
Hauptluftspalt, nicht möglich, ohne auch eine Änderung der Kraftverhältnisse am Hilfsluftspalt zu
bewirken.
Außerdem ist bei bekannten Lösungen vielfach in der Arbeitslage des Ankers der Magnetkreis offen.
Gerade in der Stellung des Ankers, in der nur eine geringe Haltekraft vorhanden ist, sind dann aber die
entgegenwirkenden Federkräfte am größten. Aus diesem Grunde ist die Betriebssicherheit derartiger
Relais häufig nur gering, da die Empfindlichkeit gegenüber Stoß- und Schüttelbeanspruchungen relativ
groß ist. Bei derartigen Relaisausführungen kann es im übrigen betriebsmäßig vorkommen, daß bei zu
hohem Erregerstrom der Anker nach dem Abfallen Elektromagnetisches Relais mit Haftcharakteristik
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Albert Überschuß,
Dipl.-Phys. Helmut Mielert, München
Dipl.-Ing. Albert Überschuß,
Dipl.-Phys. Helmut Mielert, München
sofort wieder anziehen kann, so daß keine eindeutige Schaltstellung erreichbar ist. Die in diesem Zusammenhang
an ein Relais der vorgenannten Art zu stellenden Anforderungen sind vor allem größtmögliche
Haltekräfte in den beiden Endlagen des Ankers, insbesondere aber bei angezogenem Anker.
Ferner sollen die Haltekräfte in den beiden Endlagen des Ankers unabhängig voneinander einstellbar
sein.
Hierbei ist die magnetische Flußführung derartiger Relais von Bedeutung, da diese das Betriebsverhalten
eines solchen Relais bestimmt. Bei bekannten Relais wird der durch die Erregerspule erzeugte magnetische
Fluß über einen Luftspalt geführt, der zwischen dem Kern der Erregerspule und dem Ankerschenkel vorhanden
ist. Der magnetische Fluß verläuft dabei nicht nur über diesen Luftspalt, sondern auch über einen
weiteren, der durch einen Ankerschenkel und einen Rückschlußschenkel entsteht. Beide Luftspalte verändern
sich dabei in Abhängigkeit von der Ankerlage. Im Dauerflußkreis befindet sich ferner ein veränderlicher
Luftspalt, der durch die Lageabhängigkeit zwischen dem Anker und der in der Regel vorhandenen
Ankerschneide am Dauermagneten entsteht. Dieser Luftspalt ist bei abgefallenem Anker wesentlich
größer als bei angezogenem Anker, wobei noch eine Unsicherheit in der Größe des Luftspalts darin liegen
kann, daß die Lagerung des Ankers nicht genau fixiert ist. Wenn also, wie ausgeführt, bei abgefallenem
Anker der im Dauerflußkreis wirksame magnetische Widerstand, der durch die Ankerlagerung bedingt ist,
relativ groß ist, dann stellt dies eine Behinderung des Steuerflusses dar, und damit ist das Relais relativ un-
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empfindlich. Hat das Relais jedoch angesprochen und befindet sich der Anker in der »Haftlage«, so wird
dieser Widerstand kleiner, und es ergibt sich damit eine Erhöhung des Dauerflusses. Diese dadurch
erhöhte Haltekraft ist jedoch nachteilig, da zum Abfallen des Ankers ein Gegenfluß erforderlich ist, der
den Haltefluß zu überwinden hat. Der zum Umschalten in die andere Endlage erforderliche Erregerstrom
(Gegenstrom) muß daher relativ groß sein, was ebenfalls als ein schwerwiegender Nachteil betrachtet
werden muß. Bekannte Relais besitzen also eine betriebsmäßige Veränderung des im Dauerflußkreis
wirksamen magnetischen Widerstandes, die genau in umgekehrter Richtung liegt, als es für die Praxis
wünschenswert ist.
Nach der Erfindung werden die geschilderten Nachteile bei einem Relais der eingangs näher bezeichneten
Art dadurch vermieden, daß dem magnetischen Widerstand der Ankerlagerung der magnetische
Widerstand eines Nebenluftspaltes parallel liegt und der Anker derart ausgebildet ist, daß die magnetischen
Widerstände von Ankerlagerung und Nebenluftspalt in beiden Schaltstellungen des Ankers etwa
gleich sind. Durch die Parallelschaltung des magnetischen Widerstandes der Ankerlagerung mit dem
magnetischen Widerstand eines Nebenluftspaltes ergibt sich für den Dauermagnetfluß nicht nur ein
relativ kleiner Gesamtwiderstand, sondern der erstgenannte Widerstand wird kaum mehr von der
Ankerlage beeinflußt.
Durch die Parallelschaltung wird also die Ansprechempfindlichkeit des Relais erhöht, und es ist für den
Fall des angezogenen Ankers zum Abwerfen des Relaisankers kein wesentlich größerer Erregerstrom
erforderlich. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Erregerwicklung und der
Dauermagnet hinsichtlich der erzeugten Magnetflüsse, bezogen auf den Hauptarbeitsluftspalt, hintereinandergeschaltet
sind. Außerdem können die Haltekräfte des Hauptankers und des Hilfsankers unabhängig
voneinander eingestellt werden. Es ist dabei zweckmäßig, die wirksame Polfläche des Hilfsankers
veränderbar zu machen. Im übrigen läßt sich der Ankerarm mit dem Hauptanker und dem Hilfsanker
aus einem Stück fertigen.
F i g. 1 zeigt schematisch den baulichen Aufbau des Relais;
Fig. 2 ist ein Kraft-Weg-Diagramm für die bei diesem Relais wirksamen Einstell- und Haltekräfte;
F i g. 3 zeigt ein Prinzipbild für den Flußverlauf und
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die magnetischen Kreise.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der an dem Ankerarm 7 angebrachte Hilfsanker 2 durch den
Dauermagneten 4 in Richtung der Kammbewegung gezogen. Diese auf den Hilfsanker ausgeübte Kraft
wirkt der elektromagnetischen Ankerzugkraft entgegen. Die Abmessungen und Lage des Hilfsankers
sind so gewählt, daß bei angezogenem Hauptanker besonders die auf diesen ausgeübte Kraft, bei abgefallenem
Hauptanker aber die auf den Hilfsanker 2 wirkende Kraft überwiegt. Anker, Ankerarme, Hilfsanker
und Hilfsankerarme sind aus einem Stück gefertigt. Dabei kann der Abstand zwischen dem Hilfsanker
2 und dem Dauermagneten 4 bzw. dessen Polschuh 5 durch Biegen des Hilfsankerarmes justiert
werden.
Fig. 2 zeigt die bei dem Relais nach Fig. 1 auftretenden
Kraft-Weg-Kurven, und zwar ist die Kurve I die Kraft-Weg-Charakteristik der Kontaktanordnung,
die Kurve II diejenige des Magnetsystems und die Kurve III die sich aus den Kurven I und II
ergebende Resultierende. Wie ersichtlich, verläuft die Resultierende IH nahezu symmetrisch zur Nullinie
dergestalt, daß die in den beiden Endlagen wirkenden Haltekräfte etwa gleich groß (und entgegengesetzt
gerichtet) sind.
Bei dem Prinzipbild der F i g. 3 ist der Verlauf des Steuerflusses und des Dauerflusses durch gestrichelte
bzw. ausgezogene Linien und Pfeile gekennzeichnet. In der gezeichneten Abfallstellung des Ankers 6 verläuft
der Dauerfluß im wesentlichen über den kleinen Luftspalt, also über den Hilfsanker. Dieser Fluß über
den Hilfsanker erzeugt in der dargestellten Ankerlage die Haltekraft. Wird der Hauptanker durch einen
Steuerimpuls angezogen, verläuft nach Abschalten des Impulses der Fluß des Magneten über diesen
und hält den Anker in der angezogenen Lage fest.
Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild des in Fig. 3 beschriebenen
Prinzip-Flußverlaufes. Darin bedeuten U= den Generator in Gestalt des Dauermagneten 4
(Fig. 1), t/~ den Generator in Gestalt des Steuerfiußerzeugers,
R2 den Streuwiderstand zwischen Hilfsanker 2 und Joch 3, i?4 den magnetischen Widerstand
der Ankerlagerung, R6 den Widerstand im Kern 8 der Erregerspule, R8 und R9 den magnetischen
Widerstand im Hauptanker 6 und in den Ankerarmen 7. Schließlich bedeuten R7 und A10 die Widerstände,
welche in dem Luftspalt zwischen dem Hauptanker 6 und dem zugehörigen Polschuh sowie zwischen
dem Hilfsanker 2 und dem Polschuh 5 auftreten.
Claims (5)
1. Elektromagnetisches Relais mit zwei stabilen Schaltstellungen, die durch Überlagerung eines
durch einen feststehenden Dauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem
erzeugten Erregerfluß erreichbar sind, wobei der eine Teil des jeweils wirksamen
Flusses über einen Arbeitsluftspalt sowie einen Hilfsluftspalt geführt ist, während der andere Teil
des Flusses über die Ankerlagerung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß dem magnetischen
Widerstand (R4) der Ankerlagerung der magnetische Widerstand (R2) eines Nebenluftspalts
parallel liegt und der Anker derart ausgebildet ist, daß diese magnetischen Widerstände
(RJR^ in beiden Schaltstellungen des Ankers
etwa gleich sind.
2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung
(9) und der Dauermagnet (4) hinsichtlich der erzeugten Magnetflüsse, bezogen auf den Hauptarbeitsluftspalt
(R7), hintereinandergeschaltet sind.
3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekräfte
des Hauptankers (6) und des Hilfsankers (2) unabhängig voneinander einstellbar sind.
4. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die
wirksame Polfläche des Hilfsankers (2) veränderbar ist.
5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ankerarm (7) mit dem. Hauptanker (6) und dem Hilfsanker (2) aus einem
Stück gefertigt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 846 863; deutsche Auslegeschrift Nr. 1030 930;
britische Patentschrift Nr. 515 529.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 630/281 8.65 ® Bundesdruckerei Berlin
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