DE1235431B - Ruhe- oder Haftrelais mit Schutzrohrankerkontakten - Google Patents

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 g - 4/01

Nummer: 1235 431

Aktenzeichen: St 21869 VIII c/21 j

1 235 431 Anmeldetag: 21. März 1964

Auslegetag: 2. März 1967

Die Erfindung betrifft ein Ruhe- oder Haftrelais mit Schutzrohrankerkontakten, deren Schaltzustand durch mindestens eine Erregerwicklung und einen hohlzylinderförmigen Dauermagneten beeinflußbar ist.

Bei solchem Relais sind die Schutzrohrankerkontakte weichmagnetisch, und sie führen bei stromlosen Erregerwicklungen allein einen Teil von dem Magnetfluß des Dauermagneten. Die Ankerkontakte können z. B. als blattfederartige, paarweise annähernd fluchtend angeordnete Zungenanker ausgebildet sein, die durch einen Arbeitsluftspalt voneinander getrennt sind. Die mechanische Anordnung ist hierbei so getroffen, daß ohne magnetische Krafteinwirkung auf die Ankerkontakte ein Arbeitsluftspalt bestimmter Größe besteht. Davon ausgehend ergibt sich unter Berücksichtigung des von den Ankern geführten Dauermagnetflusses eine gegenseitige Anziehungskraft eines Ankerpaares, die, je nach Intensität des Magnetflusses, entweder nur zum Aneinanderhaften und damit zur Aufrechterhaltung der Kontaktgabe eines Ankerpaares entgegen der mechanischen Federspannung (Haftrelais) oder aber auch zum Anzug des Ankerpaares aus dem Öffnungszustand (Ruherelais) ausreicht. Im ersten Fall müssen Anzug und Abwurf der Ankerkontakte mit Hife eines dem Dauermagnetfluß überlagerten Flusses bewirkt werden. Die Ankerkontakte verharren dabei nach Abklingen der Erregung je nach deren Polarität sowohl im Öffnungsais auch im Schließzustand (Haftcharakteristik). Im zweiten Fall befinden sich die Ankerkontakte bei fehlender Erregung immer in angezogenem, d. h. im Schließzustand und verlassen diesen nur für die Dauer einer mittels einer Erregerwicklung herbeizuführenden umkehrbaren Abschwächung oder Ablenkung des Flusses (Ruhecharakteristik). Falls der Dauermagnet auch eine nicht umkehrbare Abschwächung oder Richtungsänderung mittels der Erregung zuläßt, lassen sich auch im zweiten Fall zwei von der Fortdauer des Erregerstromes unabhängige Ankerstellungen, d.h. ein bistabiles Schaltverhalten des Relais, verwirklichen.

Relais der genannten Art benutzten üblicherweise einen Dauermagnet, dessen Fluß durch besondere Leitjoche einem oder mehreren Ankerkontakten bzw. Kontaktpaaren zugeführt wird. Für die genannten Blattfederkontakte, wie sie für Schutzrohrankerkontakte üblich sind, findet sich häufig ein stabförmiger oder prismatischer Dauermagnet, der etwa parallel zu den Schutzrohren angeordnet ist und dessen Polflächen scheibenförmige Leitjoche mit zwischen diesen eingesetzten Schutzrohrankerkontakten Ruhe- oder Haftrelais mit
Schutzrohrankerkontakten

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Wolfgang Grobe, Ludwigsburg
15

tragen. Bei den bekannten Bauarten ergibt sich grundsätzlich ein unerwünscht hoher, auf einen Ankerkontakt bezogener Raumaufwand. Dies gilt vor allem dann, wenn die Zuordnung einer größeren Anzahl von Ankerkontakten für einen gemeinsamen Dauermagneten ohnehin nicht in Betracht kommt.
Darüber hinaus sind auch derartige Relais bekannt, bei denen ein hohlzylinderförmiger Dauermagnet verwendet wird. So zeigt die deutsche Auslegeschrift 1 135 578 ein polarisiertes Schutzrohrkontaktrelais, bei dem der radial oder axial magnetisierte Dauermagnet gleichzeitig als Spulenkörper ausgebildet ist und als Träger der Erregerwicklung dient. Die USA.-Patentschrift 2 992 306 zeigt ebenfalls ein axial oder radial magnetisierbares Rohr aus Magnetwerkstoff, das über Flußleitstücke mit einem Schutzrohrkontakt in Verbindung steht. Bei der erstgenannten Anordnung ergibt sich ein Dauermagnetkreis, dessen Fluß über den Hohlzylinder in axialer Richtung zu einem Ende desselben, sodann vorwiegend in radialer Richtung zum innerhalb des Hohlzylinders angeordneten Ankerkontakt und über diesen zurück zum anderen Zylinderende verläuft. Dadurch entfallen die Leitelemente für die äußere Flußrückführung, und die Abmessungen des Magnetsystems sind im wesentlichen nur noch durch den Magnetzylinder bestimmt. Die erforderliche Beeinflussung des Dauermagneten wird hierbei mit Hilfe einer auf dem Magnetzylinder angebrachten, zirklar durchfluteten Erregerwicklung erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anordnungen noch weiter zu vereinfachen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der hohlzylinderförmige Dauermagnet gleichzeitig

709 517/381

als Schutzrohrmantel dient. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und räumlich gedrängte Bauform, da ein besonderes Schutzrohr zur Aufnahme der Ankerkontakte entfällt. Bei Verwendung von zungenförmigen Ankerkontakten können diese — wie üblich — mittels Glasperlen od. dgl. in die Hohlzylinderenden eingeschmolzen werden. Ferner bietet sich die Möglichkeit, die Verbindung zwischen Zylinder- und Ankerkontaktenden durch eine elektrisch nichtleitende, jedoch magnetisch leitfähige Masse herzustellen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß an dem Dauermagnetzylinder mindestens eine zirkulär durchflutete Erregerwicklung und mindestens eine weitere, im wesentlichen axial durchflutete Leiteranordnung angebracht sind. Bei dieser Ausführung, die grundsätzlich ebenfalls für ein Ruhe- und Haftverhalten des Relais geeignet ist, wechselt die Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten zwischen Anzug- und Abwurfzustand um einen rechten Winkel. Die Anzugrichtung der Magnetisierung wird hier mittels der zirkulär durchfluteten Erregerwicklung und die Abwurfrichtung mittels der axial durchfluteten Leiteranordnung hergestellt. Im ersten Fall verläuft der Magnetfluß, wie erwähnt, in axialer Richtung über den Hohlzylinder hin und über die zentralen Ankerkontakte zurück, im zweiten Fall dagegen in radialen Schnittebenen des Zylinders. Der im Abwurfzustand eingestellte Magnetfluß kann zirkulär in bezug auf den gesamten Zylinderumfang oder auch nur in jeweils begrenzten Querschnittsbereichen des Zylinders verlaufen, da es nur auf die Verdrängung des Flusses aus der Axialrichtung ankommt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Dauermagnetzylinder mindestens teilweise aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht und als Stromleiter für die Axialdurchflutung vorgesehen ist. Dies führt infolge Wegfalls einer besonderen axialdurchfluteten Leiteranordnung zu einer besonders einfachen Bauart.

Falls die Leitfähigkeit des Dauermagnetzylinders für die erforderliche Axialdurchflutung nicht ausreicht oder eine gleichmäßige Verteilung der Axialdurchflutung über den Hohlzylinderquerschnitt aus Gründen des Feldverlaufes nicht erwünscht ist, empfiehlt sich die Verwendung einer anderen Ausführungsart. Diese ist durch mit dem Dauermagnetzylinder verbundene, in Zylinderachsrichtung mindestens über einen Teil des Hohlzylinders verlaufende Stromleiter für den Axialstrom gekennzeichnet. Die Stromverteilung zwischen dem Dauermagnetzylinder und den Axialleitern kann durch Wahl geeigneter Werte für Querschnitt und Leitfähigkeit beider Stromwege beeinflußt werden.

Für die letztgenannte Ausführung kann wiederum in Weiterbildung der Erfindung ein besonders vorteilhafter Aufbau dadurch erreicht werden, daß der Stromleiter für die Axialdurchflutung als auf der Innenoberfläche des Dauermagnetzylinders angebrachte Leitschicht ausgebildet ist. Diese Bauform gestattet insbesondere die Anwendung rationeller Fertigungsmethoden, wie z.B. die Aufbringung der Leitschicht auf dem Dauermagnetzylinder durch Aufdampfen oder galvanischen Niederschlag. 6g

Eine geschlossene Leitschicht auf der Innen- oder Außenfläche des Dauermagnetzylinders wirkt grundsätzlich als Kurzschlußwindung. Wenn die hierdurch

bedingte Verzögerung nicht erwünscht ist, so empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der die Leitschicht mindestens auf einem Teil der Zylinderlänge in etwa achsparallel verlaufende Leiterstreifen aufgeteilt ist. Hierdurch werden die zirkulären Strompfade, in denen bei Änderung des axialen Magnetflusses Wirbelströme induziert werden könnten, unterbrochen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Hierin zeigt

F i g. 1 ein Relais mit Schutzrohrankerkontakt und rohrförmigen! Dauermagneten sowie Axial- und Zirkularerregung im Längsschnitt,

F i g. 2 ein Relais nach F i g. 1 mit an der Rohrinnenfläche angebrachter Leitschicht im Längsschnitt,

F i g. 3 einen Querschnitt des Relais nach F i g. 2 und

F i g. 4 den Querschnitt eines rohrförmigen Dauermagneten mit aufgeteilter Innenleitschicht.

Nach F i g. 1 sind die Ankerkontakte 1 im Innenraum eines rohrförmigen Dauermagneten 2 angeordnet, der gleichzeitig als Schutzrohr dient und mit einer geeigneten Schutzgasfüllung versehen sein kann. Beide Rohrenden sind mit magnetisch leitenden, jedoch elektrisch isolierenden Teile 3 verschlossen, die gleichzeitig als Halterung für die Ankerkontakte 1 dienen. Das Dauermagnetrohr 2 besitzt dagegen in diesem Fall verhältnismäßig gute elektrische Leitfähigkeit und trägt an seinen Enden ringförmige Stromzuführungen 4 mit Anschlußleitungen 5. Auf dem Dauermagnetrohr 2 ist ferner eine zirkulär durchflutete Erregerwicklung 6 angeordnet.

Bei axialer Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten ergibt sich ein Magnetfluß 7, der im Dauermagnetrohr 2 in axialer Richtung, weiter außen in radialer Richtung von innen nach außen oder umgekehrt und in den Ankerkontakten in zum Magnetrohr entgegengesetzter axialer Richtung verläuft. Die axiale Magnetisierung des Dauermagnetrohres ist zunächst so eingestellt, daß ohne zusätzliche Erregung das Haften der Ankerkontakte sichergestellt ist. Der Abwurf der Ankerkontakte erfolgt dann durch Beaufschlagen des Dauermagnetrohres 2 mit einer Axialdurchflutung über die Zuleitungen 5. Im Dauermagnetrohr 2 tritt hierbei eine zirkuläre Komponente der magnetischen Feldstärke auf, unter deren Einfluß der ursprünglich axial gerichtete Fluß im wesentlichen ebenfalls in einen zirkulären Verlauf umgelenkt wird. Dadurch nimmt der axiale Nutzfluß in den Ankerkontakten unter das zum Haften erforderliche Maß ab, und die Kontakte öffnen. Falls die Magnetisierung des Dauermagneten nach Abklingen der Axialdurchflutung, d.h. des zirkulären Feldes, nur mit einer solchen Intensität in ihre ursprüngliche axiale Richtung zurückkehrt, die zum erneuten Anzug der Ankerkontakte nicht ausreicht, ergibt sich das bistabile Schaltverhalten eines Haftrelais. In diesem Fall kommen für den Dauermagneten magnetisch »halbharte« Werkstoffe mit mäßigen Werten der Koerzitivkraft in Betracht. Der Anzug der Ankerkontakte wird nun durch Strombeaufschlagung im Sinn der Richtungspfeile 8 der zirkulären Erregerwicklung 6 bewirkt, wodurch der Dauermagnet in axialer Richtung auf seine ursprüngliche Intensität gebracht wird und im Luftspalt der Ankerkontakte ein zum Anziehen ausreichender Magnetfluß hervorgerufen wird.

Claims (6)

I 235 Ein Relais mit Ruheverhalten ergibt sich dagegen bei Verwendung eines Dauermagneten mit hoher Koerzitivkraft bzw. mit stabiler axialer Vorzugsrichtung der Magnetisierung. Die axiale Magnetisierung des Dauermagneten kehrt hier nach Abklingen des zirkularen Feldes in praktisch unverminderter Intensität zurück und bringt die Ankerkontakte wiederum zum Anzug. Ein zirkulär durchflutete Erregerwicklung ist hierzu nicht erforderlich und kann demnach entfallen. Dies führt zu einer weiter vereinfachten Bauform eines Ruherelais. Falls die elektrische Leitfähigkeit des Dauermagneten für die erforderliche Axialdurchflutung zu gering ist, kann die Innenfläche des Dauermagnetrohres nach Fig.2 mit einer Leitschicht9 versehen werden. Für die Aufbringung der Leitschicht kommen z. B. elektrolytische Niederschlagverfahren oder Aufdampfen in Betracht. Die Stärke der Leitschicht kann bei Verwendung von hochleitenden Werkstoffen (Kupfer, Silber) gering bemessen werden und bildet an den Übergangsstellen 10 zwischen den Endabschnitten des Dauermagnetrohres bei Verwendung magnetisch leitender Isolatoren 3 nur einen geringfügig erhöhten magnetischen Widerstand. Die Stromzuführung für die Axialdurchflutung erfolgt über an der Rohrinnenwand angebrachte Zuleitungen 11. Bei Änderung des im Rohrinneren verlaufenden axialen Magnetflusses wirkt die Leitschicht an der Rohrinnenfläche grundsätzlich als Kurzschlußwindung. Falls die hierdurch bedingte Anzug- und Abfallverzögerung des Relais vermieden werden soll, so kann dies gemäß Fig. 4 durch Aufteilen der Leitschicht in axial verlaufende Einzelstreifen erfolgen. Die Auf trennung der Leitschicht kann z. B. bei elektrolytischer Aufbringung durch Anwendung von Abdeckmasken oder beim Aufdampfverfahren durch nachträgliches Ausätzen oder Ausräumen der axial verlaufenden Zwischenräume erreicht werden. Patentansprüche:

1. Ruhe- oder Haftrelais mit Schutzrohrankerkontakten, deren Schaltzustand durch mindestens eine Erregerwicklung und einen hohlzylinderförmigen Dauermagneten beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylinderförmige Dauermagnet (2) gleichzeitig als Schutzrohrmantel dient.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dauermagnetzylinder (2) mindestens eine zirkulär durchflutete Erregerwicklung (6) und mindestens eine weitere, im wesentlichen axial durchflutete Leiteranordnung angebracht sind.

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnetzylinder (2) mindestens teilweise aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht und als Stromleiter für die Axialdurchflutung vorgesehen ist.

4. Relais nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens einen mit dem Dauermagnetzylinder (2) verbundenen, in Achsrichtung des Zylinders verlaufenden Stromleiter für die Axialdurchflutung.

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter für die Axialdurchflutung als auf der Innenoberfläche des Dauermagnetzylinders (2) angebrachte Leitschicht (9) ausgebildet ist.

6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht mindestens auf einem Teil der Zylinderlänge in etwa achsparallel verlaufende Leiterstreifen (12) aufgeteilt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1135 578;
USA.-PatentschriftNr. 2 992 306.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 517/381 2.67 © Bundesdruckerei Berlin