-
Polarisiertes Relais Die Erfindung bezieht sich auf ein polarisiertes
Relais mit einem Permanentmagneten und Jochen zur Bildung eines Magnetflußkreises,
einem von den Jochen angezogenen und den Schaltvorgang ausführenden beweglichen
Anker und einer oder mehreren Erregerspulen. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung
eines Relais der vorstehend bezeichneten Art, das si - eh durch einen Magnetflußkreis
mit besonders geringen magnetischen Widerständen auszeichnet, einen hohen Kontaktdruck
im Verhältnis zur Größe des Reiais aufweist, einfach ausgebildet ist, störungsfrei
arbeitet und aus wenigen leicht herzustellenden teilen besteht, die einfach und
billig montiert werden können.
-
Polarisierte Relais der in Betracht kommenden Art bestehen zur Hauptsache
aus ein ein Permanentmagneten, den Magnetfluß leitenden Polschuhen oder Jochen,
einem beweglichen Glied (Anker), einer oder mehreren Erregerspulen für die Bestimmung
der Polarität und damit der Bewegungsrichtung des Ankers und den Kontakten der zu
schaltenden Stromkreise, wobei diese getrennt angeordnet oder von den Jochen und/oder
dem Anker gebildet werden können. Die Endlagen des Ankers sind durch den Permanentmagnetismus
bedingt, der den Anker angezogen hält, auch wenn kein Strom durch die Erregerspule
fließt. Dabei besteht vielfach die Forderung, daß der bewegliche Anker mit möglichst
großer Kraft in den Endlagen verbleibt, damit eine einwandfreie Betätigung der zu
schaltenden Kontakte und eine sichere Betriebsweise des Relais erzielt wird. Hierfür
ist es erforderlich, die magnetischen Widerstände in der Magneteinrichtung des Relais
möglichst gering zu halten, damit das von dem Permanentmagneten erzeugte Feld möglichst
wenig geschwächt wird.. Auch sind geringe mechanische Widerstände bei der Bewegung
des Ankers anzustreben.
-
Die bekannten Ausführungsformen polarisierter Relais entsprechen.
diesen Forderungen nur bedingt. Der Anker ist meistens in Form einer Wippe, eines
Hebels, einer Klappe od. dgl. ausgebildet und in einem Lager, z. B. einem Drehlager,
Schneidelager, Spannband od. dgl., geführt. Bei Drehlägem oder Schneidelagern tritt
eine beträchtliche Reibung auf, so daß vergleichsweise große magnetische Kräfte
für den Schaltvorgang notwendig sind, und weiterhin ist für eine genaue Führung
eine hohe mechanische Präzision erforderlich, so daß beträchtliche Herstellungs-und
Montagekosten anfallen. Bei einer Ankerführung mittels Spannband treten infolge
der dünnen Ausbildung des Bandes und der. häufig beträchtlichen freien Lufträume
große magnetische Widerstände auf. Weiter ist diesen Ausführungsformen gemeinsam,
daß zur Aufrechterhaltung einer hinreichenden Beweglichkeit des Ankers ein gewisses
Spiel im Lager oder in der Halterung vorhanden sein muß, so daß sich Luftspalte,
verringerte Berührungsflächen. zwischen den zusammenwirkenden Teilen und demgemäß
beträchtliche Widerstände für den.Magnetfluß ergeben, oder die Verbindungen zwischen
den Permanentmagneten und den den Magnetfluß leitenden Teilen wie Polschuhen, Jochen
usw. weisen häufig enge oder dünne Abschnitte, Spalte od, dgl. auf, was den magnetischen
Widerstand erhöht.
-
So sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen eines Relais
bekannt, bei denen ein in Form eines Kontaktstäbchens ausgebildetes bewegliches
Glied, das in verschiedener Weise gelagert sein kann und für dessen Betätigung geringe
Umschlagkräfte Anwendung finden sollen, mit einem zwischenliegenden Luftspalt am
Permanentmagneten angeordnet ist. Es ist klar, daß bei einer. derartigen Anordnung
ein erheblicher magnetischer Widerstand vorhanden ist.
-
Es sind auch Relais oder # andere elektromagnetische Einrichtungen
beschrieben worden, bei denen der bewegliche Teil eine biegsame Zunge umfaßt, die
auf der einen Seite zwischen feststehenden Teilen des Geräts angeordnet ist. So
ist eine polarisierte elek.tromagnetisch betätigte Vorrichtung mit einem in einem
Arbeitsluftspalt beweglichen, Anker, durch dessen Bewegung die Luftspaltverhältnisse
im Permanentmagnetkreis verändert werden, bekannt, bei der mindestens ein den gesamten
, im Arbeitsluftspalt wirksamen Permanentfluß führender ferromagnetischer
Teil derart ausgebildet ist, daß er durch den als Mindestwert bestimmten Permanentfluß
magnetisch übersättigt ist, so daß der gesamte im Arbeitsluftspalt wirksame Permanentfluß-
unabhängig von der Ankerbewegung praktisch konstant bleibt. Hierbei handelt es sich
jedoch nicht um ein Relais der in Betracht kommenden Art, und die Zwecke und Funktionsweisen
der Zunge sind wesentlich anders als die des Ankers bei einem solchen Relais.
Weiter
ist ein polarisiertes elektromagnetisches Relais bekannt, bei dem wenigstens ein
Teil des magnetisierbaren Joches und des Ankers als Stromzuführungen für die von
Joch und Anker getragenen und miteinander zusammenwirkenden elektrischen Kontakte
dient, Joch oder Anker von einer Erregerspule umgeben ist und bei dem der langgestreckte
Anker mit parallel zum Anker verlaufenden Jochteilen am Unterende unter Zwischenfügung
eines plattenfönnigen Dauermagnetkörpers aus galvanisch nichtleitendem Material
zu einer Einheit verbunden ist. Bei diesem Relais ist der Anker über seine gesamte
Länge mehrstückig mit aufgeschweißten oder anderweitig angebrachten Weicheisenplatten
und Kontaktplättchen ausgebildet, der Magnetflußkreis ist durch Luftspalte unterbrochen,
und die bei der Relaisbetätigung erforderliche federnde Verbiegung ist auf einen
sehr kurzen Abschnitt einer biegsamen Ankerseele beschränkt. Bei der Betätigung
des Ankers klappt das in sich starre Oberende um dieses kurze allein biegsame Metallstreifenstück
hin und her, so daß der biegsame Metallstreifen, zumindest in diesem Stück, verhältnismäßig
dünn sein muß, sofern mit geringen Stellkräften eine einwandfreie Ankerbetätigung
erzielt werden soll. Die sehr dünne Ausbildung des Metallstreifens und die vergleichsweise
starke Verbiegung in dem kurzen Abschnitt erhöhen bei den hohen Schaltfrequenzen
solcher Relais die Gefahr eines Bruchs des Streifens in diesem Bereich. Bei stärkerer
Ausbildung des Metallstreifens treten höhere Rückstellkräfte auf. Die beidseitige
Aufbringung von Metallplättchen aus Weicheisen auf die biegsame Ankerseele ist in
der Herstellung relativ aufwendi und gibt zum andern dem beweglichen 19
Ankerteil
eine vergleichsweise große Masse. Da die Ankergeele insbesondere aus einem magnetisch
nichtleitenden Bronzefederstreifen besteht, ist kein durchgehender magnetischer
Fluß im Anker vorhanden. Demgemäß sind im oberen Abschnitt des Ankers Weicheisenplättchen,
welche die Kontakte bilden, und im unteren Abschnitt des Ankers weitere aufgeschweißte
Weicheisenplättchen als magnetische Leiter erforderlich. Der magnetische Fluß ist
in dem Bereich, wo der starre Ankerabschnitt in den beweglichen Ankerabschnitt übergeht,
durch Luftspalte unterbrochen, was zu einer Beeinträchtigung des Magnetflusses und
damit der Haltekraft in den beiden Endlagen führt. Darüber hinaus stellen diese
Weicheisenplättchen weitere, vergleichsweise umständlich anzubringende Einzelteile
dar, welche bei der Herstellung des Relais besondere Arbeitsgänge zur Befestigung
erfordern und somit den Herstellungs- und Montageaufwand vergrößern.
-
Durch die Erfindung werden derartige Nachteile bekannter Relais beseitigt.
Ausgehend von einem polarisierten Relais mit einem Permanentniagneten und Jochen
zur Bildung eines Magnetflußkreises, einem von den Jochen angezogenen und den Schaltvorgang
ausführenden beweglichen Anker und einer oder mehreren Erregerspulen ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß der Permanentinagnet in an sich bekannter Weise aus zwei Teilen
besteht, zwischen deren inneren Stirnflächen ein unterer feststehender Abschnitt
des Ankers eingeklemmt ist und an deren äußeren Stimflächen Joche, welche die Erregerspule(n)
eng umgreifen, mit großer Anlagefläche befestigt sind, wobei jedoch der Anker direkt
von einer biegsamen Zunge gebildet wird, die ausschließlieh im Abschnitt zwischen
den Permanentmagnethälften gehaltert ist, so daß sie sich in ihrer g'esamten übrigen
Länge vom Austritt aus den Permanenthälften bis zu den Jochenden biegen kann, und
einstückig durchgoliend aus einem elastischen und den Magnetfluß gut leitenden Material
besteht.
-
Die Zunge bildet direkt einen Teil des Magnetflußkreises, Infolge
der Vermeidung irgendwelcher Luftspalte, auch über die Gesamtlänge der Zunge, und
der großflächigen Anlage des Permanentmagneten an der Zunge einerseits und an den
Polschuhen andererseits sind magnetische Widerstände, soweit wie überhaupt möglich,
beseitigt. Der optimale Magnetfluß in einem derartigen Kreis gewährleistet eine
einwandfreie Bewegung des Ankers und einen hohen Kontaktdruck im Verhältnis zur
Größe des Relais. Da sich die Zunge in ihrer gesamten Länge vom Austritt aus den
Permanentmagnethälften bis zu den Jochenden biegen kann, treten keine starken Verbiegungen
in einem kurzen Bereich der Zunge auf, so daß keine Gefahr von Bruch oder Ermüdung
der Zunge besteht. Weiterhin ergibt sich eine sehr einfache Ausbildung des Relais.
-
Sofern die Zunge verhältnismäßig dick sein soll oder eine noch leichtere
Verbiegung der Zunge erwünscht ist, kann die Zunge im Gebiet kurz oberhalb des Austritts
aus den Hälften des Permanentmagneten in Querrichtung verjüngt ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Zunge mit einer elektrischen Zuleitung verbunden, so daß sie
einen beweglichen Kontakt der zu betätigenden Stromkreise bildet. Weiter ist es
vorteilhafte wenn die Polschuhe bzw. Joche gegeneinander isoliert sind, elektrische
Zuleitungen aufweisen und feststehende Kontakte der zu steuernden Stromkreise bilden.
-
Vorzugsweise bestehen der Permanentmagnet bzw. dessen beide Teile
aus einem galvanisch nichtleitenden, aber permanentmagnetischen Material, z. B.
einem Sintermagnetwerkstoff. Besonders in einem solchen Falle ist es vorteilhaft,
wenn die an der Zunge bzw. an den Polsch-ahen anliegenden Stimflächen der beidenHälftendesunterteiltenPermanentmagneten
gleich oder größer als die größte der übrigenAußenflächen dieserPermanentmagnethälften
sind. Dies ergibt ein Höchstmaß an Magnetkräften mit einer Geringstmenge an permanentmagnetischem
Material und gleichzeitig geringste magnetische Widerstände.
-
Das Relais gemäß der Erfindung kann infolge seines einfachen Aufbaus
aus einfachen, leicht zu fertigenden Einzelteilen billig hergestellt werden. Die
Montage ist ohne Schwierigkeiten durchzuführen, vorzugsweise sind die Bauteile in
einem Rahmen aus einem festen, aber etwas elastischen Material, z. B. in einem Kunststoffgehäuse,
zusammengesteckt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen weiter erläutert:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Relais gemäß der Erfindung
mit außenliegenden Kontaktpaaren; Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wie
sie z, B. für ein zusammensteckbares Relais besonders geeignet ist. Die Polschuhe
bzw. Joche dienen gleichzeitig als feststehende Kontakte, die Zunge bildet den beweglichen
Kontakt.
-
Das Relais gemäß F i g. 1 umfaßt als wesentliche Bauelemente
einen Anker in Form einer Zunge 1,
einen aus zwei Teilen 2 a, 2
b bestehenden Permanentmagneten
2, Polschuhe mit Jochen
3 und 4, eine Erregerspule 5 und Kontaktpaare 6 und
7. Die Zunge 1
liegt mit ihrem unteren Ende zwischen den inneren Stirnflächen
8 a und 8 b der Hälften 2 a und 2 b des Permanentmagneten,
führt durch die Erregerspule und endet im Bereich der zu schaltenden Kontakte. Sie
besteht aus einem biegsamen Material, so daß bei Einnehmen der Endstellungen im
Anschlag an das Joch 3 und die Kontakte 6 bzw. an das Joch 4 und die
Kontakte 7 nur geringe materialbedingte Rückstellkräfte auftreten. Die Zunge
kann sich schon bei Einwirkung geringfügiger Kräfte etwas verwinden, so daß selbst
bei nicht vollkommen paralleler Lage der Vorderkanten der Joche eine Berührung über
die volle Breite der Joche ohne Luftspalte und somit ein geringstmöglicher magnetischer
Widerstand gewährleistet sind.
-
Die Hälften 2a und 2b des Permanentmagneten liegen mit großen
Stirnflächen 8 a, 8 b bzw. 9 a,
9 b
an der Zunge bzw. an den zugeordneten Polschuhen 3
und 4 an.
Es sind keine den Magnetfluß hemmenden Spalte oder Lager mit Spiel und begrenzter
Berührungsfläche vorhanden. Hierdurch wird ein ungestörter Magnetfluß in dem von
den Permanentmagnethälften, den Polschuhen mit Jochen und der beweglichen Zunge
gebildeten Magnetflußkreis erzielt. Die Polschuhe mit ihren Jochen umgreifen direkt
die Erregerwicklung 5 und sind nur so lang ausgebildet, wie es bei der gegebenen
Spulengröße unbedingt nötig ist (vgl. F i g. 2). Die Magnetflußkreise sind
hierdurch so kurz wie möglich gehalten, was ebenfalls den magnetischen Widerstand
verringert. Gleichzeitig ergibt sich eine mechanisch günstige gedrungene Bauweise.
Infolge der geringen magnetischen Widerstände und des ungestörten Magnetflusses
drückt die Zunge in ihren Endstellungen mit verhältnismäßig großer Kraft gegen die
Kontakte. Das Relais ist daher vergleichsweise unempfindlich gegen Erschütterungen
und kann ohne Gefahr von Störungen in Geräten Anwendung finden, die großen Beschleunigungen
ausgesetzt werden.
-
Relais entsprechend den Merkmalen der Erfindung können die verschiedensten
Kontaktanordnungen aufweisen. Als Beispiele seien genannt: Relais, in denen der
Anker ausschließlich als Stellghed wirksam ist und bei Erreichen seiner Endstellungen
die Berührung eines beweglichen Kontaktes mit einem feststehenden Kontakt oder von
zwei beweglichen Kontakten herbeiführt (vgl. die Ausführungsform gemäß F i
g. 1); Relais, in denen der Anker selbst als beweglicher Kontakt dient und
bei Anschlag an den einen bzw. den anderen äußeren Kontakt den einen bzw. den anderen
zu steuernden Stromkreis schließt; Relais, in denen der Anker als beweglicher Kontakt
dient und gar keine gesonderten äußeren Kontakte vorhanden sind, sondern die Polschuhe
bzw. Joche des Magnetsystems gleichzeitig als Kontakte der zu steuernden Stromkreise
dienen (vgl. die Ausführungsform gemäß F i g. 2). In diesem Falle werden
die Zunge und die Polschuhe gegeneinander isoliert, z. B. durch dünne, vor den Stirnflächen
der Permanentmagnethälften angeordnete Folien aus einem Isoliermittel, das den Magnetfluß
nicht nennenswert hemmt. Vorzugsweise besteht jedoch der Magnet aus einem galvanisch
nichtleitenden, aber permanentmagnetischen Material, z. B. einem Sintermagnet. In
diesem Falle übernehmen die beiden Hälften 2 a und 2 b des Permanentmagneten
gleichzeitig die Isolierung, gesonderte Isoliermittelschichten sind nicht erforderlich,
und es tritt überhaupt keine Störung des Magnetflusses ein.
-
Ein Relais gemäß der Erfindung ohne äußere Kontakte ist in F i
g. 2 gezeigt. Die Zunge 11 führt durch die aus einem galvanisch isolierenden
Sintermagnetwerkstoff bestehenden Hälften 12a und 12b
des Permanentmagneten
und läuft zu einem Stromanschluß aus, etwa in Form eines Steckkontaktes
17,
der durch eine Bodenplatte 16 reicht. Die Polschuhe bzw. Joche
13 und 14 umgreifen die Erregerspule 15,
und ihre an den äußeren Stirnflächen
der Permanentmagnethälften anliegenden unteren Abschnitte sind durch die Bodenplatte
16 verlängert, um ebenfalls Stromanschlüsse, etwa in Form von Steckkontakten
18 bzw. 19, zu bilden. Diese Teile werden von einem Rahmen 20 zusammengehalten
und zweckmäßig durch eine Haube 21 geschützt.
-
Ein derartiges Relais kann in einfachster Weise montiert werden, z.
B. durch bloßes Einstecken der Einzelteile in den Rahmen 20, der dann zweckmäßig
aus einem festen, aber etwas elastischen Material, z. B. Kunststoff, besteht und
die eingesteckten Teile ohne weitere Befestigungselemente fest zusammenhält. Es
sind dann keinerlei Niet-, Schraub- oder Klebverbindungen erforderlich, und das
Relais ist ohne die bei herkömmlichen Relais übliche und kostspielige Justierung
einsatzbereit. Es ist klar, daß diese Montage ohne weiteres mittels eines Montageautomaten
durch#geführt werden kann, und es tritt hierbei keine Einbuße an mechanischer und
elektrischer Genauigkeit auf.
-
Es können in einfacher Weise Mehrfachrelais hergestellt werden, indem
ein gemeinsamer, durchlaufender und aus zwei Hälften bestehender Permanentmagnet
mit mehreren Einheiten aus Zunge, Polschuhen und Erregerwicklung zusammengefaßt
wird.
-
Infolge des ungewöhnlich einfachen Aufbaus aus wenigen einfachen Einzelteilen
und der einfachen Montage ohne Niet-, Schraub- und Klebverbindungen sowie Fortfall
der Justierung kann ein solches Relais ohne Schwierigkeiten als Kleinrelais ausgebildet
und mit ungewöhnlich geringen Herstellungskosten gefertigt werden. Trotzdem werden
ausgezeichnete elektrische und mechanische Eigenschaften erzielt, die denen bekannter
Relais von bedeutend größeren Abmessungen und Gewichten und erheblich höheren Herstellungskosten
gleichwertig oder sogar überlegen* sind. Als Beispiel seien einige Eigenschaften
der in F i g. 2 gezeigten Relaisform mit nur 5 - 7 - 10 mm bzw.
10 - 14 - 20 mm Außenabmessungen (Gesamtgewicht: etwa 4 bzw.
7 g) angegeben: Kontaktdruck: etwa 30 bzw. 40 g,
übergangswiderstand
zwischen den Kontakten: < 20 m Q, Max. Ruhestrom: 1 A.
Derartige
Relais eignen sich beispielsweise hervorragend als Speicherelemente in Recheneinrichtungen,
Datenverarbeitungsanlagen und für Fernsteuerungsanlagen. Infolge der geringen Masse
des Ankers und des hohen Kontaktdruckes bei gleichzeitig gedrungenem Gesamtaufbau,
geringen Abmessungen und geringem Gewicht sind solche Relais auch besonders für
Geräte geeignet, die leicht sein sollen und/oder großen Beschleunigungen oder Erschütterungen
ausgesetzt
werden müssen, z. B. in der Flugzeug- oder Raketentechnik.
-
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Zeichnungen ist in allen Fällen
eine Erregerspule dargestellt, . die den Anker umgreift. In gleicher Weise
kann je eine Erregerspule um die Polschuhe angeordnet sein. Weiterhin können
die in Verbindung mit den einzelnen Ausführungsbeispielen geschilderten Anordnungen
und Bauelemente nicht nur bei diesen besonderen Ausführungsformen Anwendung finden,
sondern in beliebiger Weise untereinander ausgetauscht werden.