DE1213917B

DE1213917B - Polarisiertes elektromagnetisches Relais

Info

Publication number: DE1213917B
Application number: DES95770A
Authority: DE
Inventors: Hans Sauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-03-04
Filing date: 1965-03-04
Publication date: 1966-04-07
Also published as: US3368170A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIh

Deutsche KL: 21g-4/01

Nummer: 1213 917

Aktenzeichen: S 95770 VIII c/21 g

Anmeldetag: 4. März 1965

Auslegetag: 7. April 1966

Gegenstand der Erfindung ist ein polarisiertes elektromagnetisches Relais, das im Rahmen der zur Verfügung stehenden Dauermagnetkraft für große Kontaktkräfte weniger Erregerleistung benötigt als für kleine Kontaktkräfte und dem Anker mittels einer oder mehreren Justierfeder(n) wahlweise eine oder zwei Ruhelage(n) gewährt. Darüber hinaus ist das Relais ohne zusätzliche Mittel als Mittelstellungsrelais einstellbar; d. h., daß im unerregten Zustand alle Kontakte geöffnet sind.

Polarisierte Relais besitzen mindestens einen Permanentmagneten, der entweder mit Polschuhen versehen ist oder zwischen zwei Polschuhen liegt, einen zwischen diesen Polschuhen gelagerten oder ähnlich damit sowie mit einer Spule magnetisch gekoppelten Anker, der direkt oder mittels eines Betätigungsgliedes einen oder mehrere Kontakte betätigt.

Es sind auch polarisierte Relais bekannt, die eine Kompensationsfeder besitzen, mit deren Hilfe nicht nur eine Unsymmetrie im Dauermagnetkreis kompensiert, sondern auch die erforderliche Erregerleistung verringert wird. Die damit herabgesetzte Erregerleistung mindert aber etwa im gleichen Maße die Kontaktkraft und damit die Kontaktsicherheit sowie die Schaltleistung der Kontakte. Andere polarisierte Relais besitzen federnde Kontaktglieder, um etwas Kontaktreibung sowie einen Kontaktmitgang zu erzielen, damit durch den starren Anker mehrere Kontakte betätigt werden können. Durch eine solche Maßnahme werden zwar die aus dem Dauermagneten resultierenden Kräfte gespeichert, aber nur in dem relativ kleinen Bereich des bei diesen Ausführungen möglichen Kontaktmitganges und, was ein besonderer Nachteil ist, ohne Anpassungsmöglichkeit an den Kraft-Weg-Verlauf des Magnetsystems. Andere gepolte Relais mit drei Ruhelagen des Ankers benutzen federnde Glieder zur Kompensation der Dauermagnetkräfte, müssen aber für hohe Kontaktkräfte mehr Erregerleistung aufwenden als für kleine Kontaktkräfte. Demgegenüber nützt die Erfindung nicht nur das Kräftespiel aus dem Magnetsystem in bezug auf minimale Erreger- und maximale Schaltleistung aus, sondern gewährt darüber hinaus ohne zusätzlichen Aufwand verschiedene Relaischarakteristiken. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch Speicherung eines Teiles der zur Verfügung stehenden Dauermagnetkräfte in den Kontaktfedern und vorzugsweise in zusätzlich verwendeten Justierfedern die erforderliche Erregerleistung um so kleiner wird, je größer die Kontaktkraft eingestellt ist.

In den F i g. 1, 2 und 3 ist die Erfindung zeichnerisch dargestellt.

Polarisiertes elektromagnetisches Relais

Anmelder:

Hans Sauer, München 49, Pfeilweg 7

Als Erfinder benannt:
Hans Sauer, München

F i g. 1 ist die Seitenansicht von F i g. 2;

Fig. 2 ist zur Hälfte ein Schnitte-B von Fig. 1

und zur anderen Hälfte die Seitenansicht von F i g. 1, und

F i g. 3 ist der Schnitt C-D von F i g. 2.
Von der Y-Achse in F i g. 2 aus gesehen ist das Relais symmetrisch aufgebaut. Dies hat den Vorteil,

so daß die magnetischen Anzugskräfte in beiden Richtungen, von der dargestellten Ankerstellung aus gesehen, symmetrisch sind. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Justierfeder 2,2', die mittels des Betätigungsstückes 8 bzw. 8' gehalten wird. Bestehend

as aus einem diamagnetischen Werkstoff dient sie einmal zwischen dem ferromagnetischen Anker 9 und dem Polschuh 5 als Trennblech und zum anderen zur verschiedenartigen Kompensation der Magnetkräfte. Das Betätigungsstück 8 wird durch die Eindrückung 10 im Anker 9 gehalten. Der Anker 9 ist mittels einer Achse 21 zwischen zwei aus diamagnetischem Werkstoff bestehenden Lagerblechen 6, 6' innerhalb des Spulenkörpers 27 gelagert, wodurch einmal ein gesonderter Spulenkern entfällt und zum anderen die von der Spule 19 ausgehenden magnetischen Kräfte ohne magnetische Streuverluste auf den Anker 9 wirken. Mit der Lagerung des Ankers 9 ist auch die Befestigung des Spulenkörpers 27 sowie des gesamten Magnetsystems mechanisch gekoppelt. Dies ist dadurch erreicht, daß die horizontale Stellung der Ankerlagerbleche 6, 6' durch die abgesetzten inneren Stirnkanten 22 und 23 der Polschuhe 5, 5' gegenüber den dazu passenden Absätzen 7, T festgelegt ist, während die vertikale Stellung durch die entsprechenden Absätze in den Polschuhen 5,5' gesichert ist, auf die sich die Ankerlagerbleche mit den Absätzen 7, T in einem erforderlichen Abstand vom Anker 9 abstützen. Der Ankerwegs wird von den abgesetzten Enden der Lagerbleche 6,6', die zwischen den PoI-schuhen 5,5' unter vorgegebenem Druck liegen, bestimmt. Eine zusätzliche Führung des Spulenkörpers 27 ist noch durch die zwischen den beiden PoI-

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schuhen 5,5' angeordnete Nase 18 des Spulenkörpers 27 gegeben. Das Magnetsystem ist mit den beiden Rahmenhälften 1,1', die mit den Polschuhen "5, 5' mechanisch verbunden sind, an den Überlappungen und den Berührungsstellen 14,14' vorzugsweise im Punktschweißverfahren verbunden. Zwischen den beiden Polschuhen 5,5' befindet sich der Dauermagnet 3 mit einer Polarität in Richtung von einem zum anderen Polschuh. Das Betätigungsstück 8, 8' besitzt einen aus Isoliermaterial bestehenden Pimpel 15,15', der zwischen den Federzungen 16,16' der Kontaktfeder 17 unter federnder Vorspannung liegt. Bei Betätigung des Ankers 9 in die eine oder andere Richtung berührt der Kontakt 24 das Kontaktstück 25 oder 26.

Um die Montage zu vereinfachen, ist der Spulenkörper mit Federn 12 und 13 ausgestattet. In Fig. 1 und 2 ist dargestellt, daß der Wicklungsumfang durch die Öffnung U des Spulenflansches geführt und mit der Feder 13 elektrisch verbunden ist. Die Feder 13 bildet einen Kontakt mit dem Spulenanschluß 20 in der Grundplatte 28.

In den Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 sind verschiedene Kraft-Weg- und Federcharakteristiken graphisch dargestellt.

In Fig. 4 ist der vom Dauermagnetkreis verursachte Kraft-Weg-Verlauf Ml des Ankers 9 ohne irgendeine Kompensation dargestellt. Auf der Ordinate ist die Stellkraft und auf der Abszisse die Auslenkung des Ankers 9 aufgetragen. Die Stelle Ό des Diagramms entspricht der Ankerlage, wie sie in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, nämlich der Mittellage. ' Es ist zu erkennen, daß die Kraft etwa quadratisch mit dem Weg der Auslenkung, von der Mittellage ausgehend, ansteigt. Es ist nämlich die Kraft gesetzt. Denn bei Erregung des polarisierten Relais ist die Endkraft ...---

Die Induktion des Erregerkreises AB bildet mit der Induktion des Dauermagnetkreises B ein Produkt, das je nach Vorzeichen bzw. Stromrichtung in der Spule die Endkraft P_E vergrößert oder verkleinert. Zur Betätigung des Ankers von der einen in die andere Richtung muß das Produkt B · AB größer sein und

ein anderes Vorzeichen haben als

. Es wird von

P =

F-s-B*

μ-,

Dabei ist

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F = die Polfläche des Ankers,
s = der Ankerweg, von der Mittellage aus gemessen,

L = der Gesamtluftspalt einschließlich Dicke d der Trennbleche bzw. Justierfeder 2,

B — die zwischen den Polflächen wirksame Induktion des Dauermagneten,

μ = die Permeabilität.

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Das bedeutet, daß an den und in unmittelbarer Nähe der Berührungsstellen des Ankers 9 mit den Pol-Schuhen 5,5' die Stellkraft P₁ relativ groß ist und gewöhnlich so steil ansteigt, daß eine geringfügige Änderung des Ankerweges einen großen Unterschied der Ruhe- bzw. Stellkraft verursacht. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, zwischen Anker 9 und Polschuh 5,5' ein Trennblech aus einem diamagnetischen Werkstoff zu legen. Solche Maßnahmen sind bei elektromagnetischen Relais üblich. Bei polarisierten Relais wird entweder die Induktion des Dauermagneten durch eine teilweise Entmagnetisierung oder durch eine partielle und regulierbare magnetische Überbrückung in dem Maße reduziert, bis die geforderte Endkraft erreicht ist. Damit werden zwar die magnetischen Toleranzen des Dauermagneten ausgeglichen, aber der Wirkungsgrad des Dauermagnetsystems wird dabei in gleichem Maße herab-' der Kraft P₁ der Anteil P₂ (F i g. 4) dadurch reduziert und gespeichert, indem die beiden Federzungen 16,16' entgegen der magnetischen Anzugsrichtung auf den Pimpel 15 bzw. 15' und somit auf den Anker 9 wirken. Der Abstand α in Fig. 4 entspricht dem Kontaktabstand, und die jeweils negativ gerichteten Federcharakteristiken /1 und /1' entsprechen der Federkonstante der Federzungen 16,16'. In Fig. 5 sind die negativ gerichteten Kräfte/1 und /1' von der Kurve Ml bereits abgezogen und der tatsächliche Kraft-Weg-Verlauf durch die Kurve M 2 dargestellt. Da die Kraft P₃, mit der der Anker an den Polschuhen drückt, wesentlich kleiner ist als die Kraft P₁, ist auch die erforderliche Erregerleistung entsprechend geringer, und dies auch deshalb, weil die dauermagnetische Induktion nicht verringert wurde. Außerdem wird die dabei gespeicherte Kraft P₂ für die Dauer der Kontaktabgabe nutzbringend als Kontaktkraft verwendet. Ein weiterer Vorteil ist in der Kompensation der magnetischen Toleranzen des Dauermagneten durch den in magnetischer Sättigung befindlichen Polschuhquerschnitt zu sehen, und zwar dadurch, daß die Berührungsflächen vom Magneten mit den Polschuhen 5, 5' sehr "viel größer sind als der Polschuhquerschnitt. Werden die Justierfedern 2, 2' mittels der durch Biegung verstellbaren Lappen 4,4' unter Spannung gesetzt, so ist eine zusätzliche Kompensation bzw. Speicherung der vom Dauermagneten ausgehenden Kraft gegeben. Fig. 6 zeigt, daß die negativ gerichteten Federcharakteristiken /2, /2' mit der Federendkraft P₅ den in F i g. 5 dargestellten Kraft-Weg-Verlauf M2 auf die Wirkkraft P₄ = P₃ -P₅ reduzieren. Diese Kompensation reduziert nur die Kraft, mit der der Anker auf den Polschuhen ruht; sie verringert die erforderliche Erregerleistung, ohne dabei die Kontaktkraft zu beeinflussen. Es ist daher zweckmäßig, möglichst viel Kraft in den die Kontaktkraft bestimmenden Federzungen 16,16' zu speichern, weil mit steigender Kontaktkraft auch die Kontaktsicherheit wächst und der Kontaktwiderstand Meiner wird. Bekanntlich ist die Federkonstante eine Funktion dritten Grades von der federnden Länge einer Feder, und so genügt schon eine geringe Verstellung des Betätigungspimpeis 15, 15' in Pfeilrichtung V (Fig. 3), um die Steilheit der Federcharakteristik/1, /1' wesentlich zu ändern. Bei Verstellung des Betätigungspimpels 15, 15' in Betätigüngsrichtung H (Fig. 3) werden die Federcharakteristiken /1, /1' und damit die Kontaktkräfte ungleich. Wird der Lappen 4 wesentlich mehr gegen die Justierfeder 2 gedrückt als der Lappen 4' gegen die Justierfeder 2', so wird der nicht erregte Anker 9 am Polschuh 5' liegen. Fig. 7 zeigt dieses Kräftespiel durch die Vorspannung von zwei Justierfedern in einer Kraftrichtung, dargestellt durch die Federcharakteristiken/3

und /4. Dadurch wird der Kraft-Weg-Verlauf MA auf der einen Ankerweghälfte in den negativen Bereich gebracht. Die Ruhekraft F₆ des Ankers ergibt sich aus der DifferenzP₃-P₇, während sich P₈ deshalb im negativen Bereich befindet, weil die Summe der Federcharakteristiken /3 + /4 an jeder Stelle größer ist als die im positiven Bereich verlaufende Kraft-Weg-Kurve Ml.

Werden die Justierfedern 2, 2' durch die Lappen 4,4' so weit gespannt, daß sie die dauermagnetischen Kräfte vollkommen überwinden, so wird der Anker im unerregten Zustand in der Mitte zwischen den beiden Polschuhen 5, 5' gehalten. Dieser Kraft-Weg-Verlauf MS des Ankers befindet sich dann, wie Fig. 8 zeigt, ganz im negativen Bereich des Diagramms. Auch in diesem Fall ist es zweckmäßig, die in F i g. 4 beschriebene Kraft P₂ viel größer zu halten als die von den Justierfedern 2,2' auf den Anker wirkenden Kräfte, die in Fig. 8 mit /6,/7 und /6', /7' dargestellt sind. Schließlich ist es noch vorgesehen, daß die Kontaktkräfte nicht von der Erregerleistung, sondern von den Federkonstanten der Kontaktfederenden 16,16' und der Auslenkung s — ~

bestimmt werden und daß die von der Erregerleistung zu bewegenden Kräfte kleiner als die Kontaktkraft gehalten werden können. Die Kräfte P₈ = P₃-P₉ und Ρ, = Ρ,-Ρ_Ί (F ig. 7) sowie P₁₀ = P₃-^n (Fig·⁸) sind jeweils kleiner als die Kontaktkraft P₂ in F i g. 4. Soll die in Fig. 4 dargestellte Kraft-Weg-Kurve steller ansteigen, so kann eine oder beide Justierfedern 2,2' aus ferromagnetischem Material bestehen, wodurch der wirksame Luftspalt L um den Abstand Id kleiner wird.

Claims

Patentansprüche: 35

1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais, bei dem die vom Dauermagnetfluß erzeugte Kraft ganz oder teilweise von einstellbaren Federkräften kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Speicherung eines Teiles der zur Verfügung stehenden Dauermagnetkräfte in den Kontaktfedern ' und vorzugsweise in zusätzlich verwendeten Justierfedern die erforderliche Erregerleistung um so kleiner wird, je größer die Kontaktkraft eingestellt ist.

2. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfeder (2) aus diamagnetischem Werkstoff besteht und somit gleichzeitig als Trennblech zwischen Anker und Polschuh dient.

3. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Justierfeder(n) die Ruhelage des Ankers entweder immer an einem bestimmten Polschuh oder immer in der Mitte zwischen beiden Polschuhen festgelegt ist.

4. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfeder(n) (2,2') aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht.

5. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anker innerhalb der Spule befindet.

6. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker zwischen zwei Lagerblechen mittels einer Achse im Schwerpunkt gelagert ist und die Position der Lagerbleche von den Polschuhen fixiert ist.

7. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungspimpel (15, 15') zwischen einer gegabelten Kontaktfeder (17,17') liegt und mittels des Betätigungsstückes (8,8') die Auslenkung der Federzungen (16,16') mit oder ohne Änderung der Federkonstanten verstellt werden kann.

8. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß, von der Mittelachse (Y) aus gesehen, das Relais symmetrisch aufgebaut ist.

9. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den Spulenflanschen Federn (12,13) befinden, die mit je einem Spulenende und einem Anschlußstift (20,20') elektrischen Kontakt haben.

10. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper mit den Lagerblechen (6,6') und den Nasen (18) an den Spulenflanschen zwischen den beiden Polschuhen (5,5'), die mit den Rahmenhälften (1, Y) verbunden sind, gehalten wird.

11. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfeder (2,2') durch das Betätigungsstück (8,8') gehalten ist.

12. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsstück in einer Nut im Anker gelagert und mittels einer oder mehreren Eindrückung(en) (10) verbunden ist.

13. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rahmenhälften Lappen (4,4') besitzen, die zur einstellbaren Vorspannung der Justierfeder (2,2') dienen.

14. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (5, 5') durch den Dauermagneten (3) magnetisch gesättigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1120 595,1169 587.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen