DE1257286B

DE1257286B - Electromagnetic relay with adjustable sensitivity

Info

Publication number: DE1257286B
Application number: DET30304A
Authority: DE
Inventors: Karl Axel Lundkvist
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1965-03-10
Filing date: 1966-01-20
Publication date: 1967-12-28
Also published as: BE677361A; US3369206A; GB1136123A

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMTGERMAN # f # PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 21 g - 4/01 German class: 21 g - 4/01

Nummer: 1257 286Number: 1257 286

Aktenzeichen: T 30304 VIII c/21 gFile number: T 30304 VIII c / 21 g

J 257 286 Anmeldetag: 20.Januar 1966 J 257 286 filing date: January 20, 1966

Auslegetag: 28. Dezember 1967Open date: December 28, 1967

Bei Selbstwählfernsprechanlagen werden elektromagnetische Relais in der herkömmlichen Ausführung verwendet. Diese weisen im allgemeinen ein rechtwinklig abgebogenes Joch mit einer an diesem angebrachten Kontaktfederanordnung auf, einen Anker sowie einen Eisenkern, der eine Spule trägt. Das Joch stellt den Rahmen des Relais dar und bleibt unabhängig von dem Zweck des Relais unverändert, während die Anzahl der Kontaktfedern in jeder Anordnungje nach dem Verwendungszweck des Relais innerhalb weiter Grenzen verändert werden kann. Die Spulenwicklung kann gleichfalls in Abhängigkeit von den elektrischen Daten und von der Leistung des Relais verändert werden. Ebenfalls ist der Anschlag des Ankers dem Verwendungszweck des Relais entsprechend veränderbar. Die Länge der Kontaktfedern, die Entfernung der Kontakte voneinander und der Hub der bewegbaren Kontaktfedern sind genau bestimmte, in Versuchen ermittelte Größen und bleiben unverändert.In direct dial telephone systems, electromagnetic relays are of the conventional type used. These generally have a right-angled bent yoke with one attached to it Contact spring assembly, an armature and an iron core that carries a coil. The yoke represents the framework of the relay and remains unchanged regardless of the purpose of the relay, while the Number of contact springs in each arrangement depending on the purpose of the relay within further Limits can be changed. The coil winding can also depending on the electrical Data and the performance of the relay can be changed. The stop of the anchor is also dem Purpose of the relay can be changed accordingly. The length of the contact springs, the distance of the Contacts from one another and the stroke of the movable contact springs are precisely determined in experiments determined sizes and remain unchanged.

Ein herkömmliches Relais muß dem Gewicht und dem Raumbedarf nach den ungünstigsten Betriebsbedingungen angepaßt, das Joch, der Anker und der Relaiskern jedoch müssen dem stärksten auftretenden Magnetfeld entsprechend dimensioniert werden. Der Wickelraum der Relaisspule wird von der Länge der Kontaktfedern bestimmt, während die Hebelarme des Ankers und der Durchmesser des Eisenkerns genügend groß sein sollen, damit das Relais imstande ist, bei der auftretenden niedrigsten Batteriespannung und bei dem größten Außenwiderstand eine Mindestanzahl von Kontakten zu betätigen.A conventional relay must be weight and space requirements for the worst operating conditions adapted, the yoke, the armature and the relay core, however, must be the strongest occurring Magnetic field must be dimensioned accordingly. The winding space of the relay coil is determined by the length of the Contact springs determined, while the lever arms of the armature and the diameter of the iron core are sufficient should be large so that the relay is able to operate at the lowest battery voltage and at to operate a minimum number of contacts to the greatest external resistance.

- Die Elemente, die bei einem genormten Fernsprechrelais normalerweise verändert werden, sind der Drahtdurchmesser bei der Spulenwicklung, die Dicke der Ankerruheplatte sowie der Durchmesser des Eisenkerns. Zuweilen wird auch der Durchmesser des am Luftspalt gelegenen Endes des Eisenkerns verändert. Die Abänderung der Wicklung entsprechend der Belastung des Relais und dem Widerstand des Arbeitsstromkreises ist eine notwendige und natürliche Maß- nähme, während andererseits eine Veränderung der Abmessungen und der Gestalt des Eisenkerns als eine Abweichung von der Norm angesehen werden muß. Eine Änderung der Dicke der Ruheplatte kann angesichts der unbedeutenden Größe und der geringen Kosten dieses Bauelementes als zulässig angesehen werden. Tatsächlich kann jedoch auch eine Veränderung der Ruheplatte als unerwünscht angesehen werden, da hierbei die Länge des Eisenkerns und die Länge des Joches nicht mehr zusammenfallen. Die Bewegungsstrecke des Relaisankers wird mit der Dicke der Ruheplatte gleichfalls verändert, so daß eine Einsteil-Elektromagnetisches Relais mit veränderbarer
Empfindlichkeit- The elements that are normally changed in a standardized telephone relay are the wire diameter for the coil winding, the thickness of the armature rest plate and the diameter of the iron core. Sometimes the diameter of the end of the iron core located at the air gap is also changed. The modification of the winding according to the load of the relay and the resistance of the working circuit is a necessary and natural measure, while on the other hand a change in the dimensions and the shape of the iron core must be regarded as a deviation from the norm. A change in the thickness of the rest plate can be considered permissible in view of the insignificant size and low cost of this component. In fact, however, a change in the rest plate can also be viewed as undesirable, since the length of the iron core and the length of the yoke no longer coincide. The distance of movement of the relay armature is also changed with the thickness of the rest plate, so that a one-part electromagnetic relay with changeable
sensitivity

Anmelder:Applicant:

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm
Vertreter:Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm
Representative:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,
Patentanwälte,Dr.-Ing. H. Ruschke and Dipl.-Ing. H. Agular,
Patent attorneys,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Karl Axel Lundkvist, StockholmKarl Axel Lundkvist, Stockholm

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweden vom 10. März 1965 (3151)Sweden 10 March 1965 (3151)

möglichkeit für die Bewegungsstrecke des Ankers und für den Hub der Kontaktfedern vorgesehen werden muß.possibility for the movement distance of the armature and for the stroke of the contact springs got to.

Es ist bekannt, ein Fernsprechrelais so auszugestalten, daß die Länge des Hebels der Federbelastung des Ankers verändert werden kann. In diesem Fall muß zugleich die Bewegungsstrecke des Ankers verändert werden, damit die Bewegung der Kontakte nicht geändert zu werden braucht. Hiermit sind einige konstruktive Schwierigkeiten verbunden, so daß diese Maßnahmen in der Praxis kaum Anwendung gefunden hat.It is known to design a telephone relay so that the length of the lever of the spring load of the anchor can be changed. In this case, the movement path of the armature must be changed at the same time so that the movement of the contacts does not need to be changed. Here are some associated construction difficulties, so that these measures have hardly been used in practice Has.

Die Erfindung bezweckt, bei einem normalen elektromagnetischen Relais, dessen Belastung und Arbeitsbedingungen sich von Fall zu Fall ändern, den Bedarf an Eisen im magnetischen Kreis und den Bedarf an Kupfer in der Relaiswicklung herabzusetzen und eine einfache Einrichtung vorzusehen,-mit der die Beziehung zwischen den Hebeln des Relaisankers in bezug auf die beabsichtigte Belastung neu festgesetzt werden kann.The invention aims, in a normal electromagnetic relay, its load and working conditions change from case to case, the need for iron in the magnetic circuit and the need for To degrade copper in the relay winding and to provide a simple facility to establish the relationship between the levers of the relay armature can be reset with respect to the intended load.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine seitliche Versetzung des Endes des Eisenkerns der Spule im Luftspalt in bezug auf die Achse des Eisenkerns, wobei durch Drehen des Endes des Eisenkerns der Abstand zwischen dem Einwirkungspunkt des Magnetfeldes am Anker und der Drehachse des Ankers verändert werden kann, ohne den Drehwinkel des Ankers zu verändern.This is achieved according to the invention by a lateral offset of the end of the iron core of the coil in the air gap with respect to the axis of the iron core, whereby by turning the end of the iron core the Distance between the point of action of the magnetic field on the armature and the axis of rotation of the armature changed without changing the angle of rotation of the armature.

Für die Zwecke der Beschreibung sei angenommen, daß ein Fernsprechrelais mit einer Höchstzahl von Kontaktfedern belastet sei, für die das Relais vorge-For the purpose of description it will be assumed that a telephone relay with a maximum number of Contact springs are loaded for which the relay is

709 710/438709 710/438

sehen ist und die unbetätigt gehalten werden, und daß die Relaiswicklung von einem Strom durchflossen sei, der ein Magnetfeld erzeugt, das zum Betätigen des Relais ausreicht. Hierbei wird der Relaisanker gegen das Ende des Eisenkerns angezogen, wobei zuerst eine Anzahl von schwächeren Kontaktfedern betätigt wird, die angehoben werden und mit härteren Kontaktfedern in Berührung gelangen, die den Kontaktdruck erzeugen sollen. Wenn der Anker einige Zehntelmillimeter vom Ende des Kerns entfernt ist, dann überschreitet er seine kritische Lage, wobei die gesamte Kontaktfederbelastung überwunden werden soll. Während des letzten Teiles der Bewegung des Ankers steigt die Federbelastung nur unwesentlich an, während der Magnetfluß sich rasch verstärkt, so daß die Magnetflußdichte im Eisenkernkreis mindestens in irgendeinem Teil sich bereits der Sättigung nähert, wenn die kritische Lage erreicht ist. Werden für die Stärke der Anziehungskraft und für die Sättigung des Eisens bestimmte Grenzwerte festgesetzt, so können der so Querschnitt des Eisens, die restliche Bewegung des Ankers in der kritischen Lage und die Ankerhebel so bestimmt werden, daß für das Gewicht und den Raumbedarf des Relais die günstigsten Werte erreicht werden. Die Magnetflußdichte im Ende des Kerns am Luftspalt wird mit B, der Querschnitt des Eisenkerns am Kernende mit A, der magnetische Widerstand unter Außerachtlassung der Restbewegung des Ankers im Luftspalt mit m bezeichnet. Die Federbelastung wird mit P, deren Hub mit c und deren Hebel in bezug auf den Drehmittelpunkt des Ankers mit b bezeichnet. Das Magnetfeld am Ende des Kerns wird mit B-A, dessen Hebel am Relaisanker mit a und die Restbewegung des Ankers im Luftspalt an der kritischen Stelle mit d bezeichnet. Der Querschnitt des Ankers wird als kreisrund angenommen, da eine runde Spule den kleinsten Kupferverbrauch ergibt. Die Anzahl der für den Betrieb erforderlichen Amperewindungen wird mit M bezeichnet. Infolge der Streuung zwischen dem Eisenkern und dem Joch ist die Magnetflußdichte im Eisenkern größer als am Ende des Kerns. Die Beziehung zwischen dem größten Wert der Flußdichte im Eisenkern und B wird als eine Zahl k angenommen, die für die kritische Lage des Ankers gültig ist und empirisch bestimmt wird.can be seen and which are held unactuated, and that the relay winding is traversed by a current that generates a magnetic field that is sufficient to operate the relay. The relay armature is attracted to the end of the iron core, whereby a number of weaker contact springs are actuated first, which are lifted and come into contact with harder contact springs which are intended to generate the contact pressure. If the armature is a few tenths of a millimeter from the end of the core, then it exceeds its critical position, whereby the entire contact spring load is to be overcome. During the last part of the movement of the armature, the spring load increases only insignificantly, while the magnetic flux increases rapidly, so that the magnetic flux density in the iron core circuit at least in some part already approaches saturation when the critical position is reached. If certain limit values are set for the strength of the attraction and for the saturation of the iron, the cross-section of the iron, the remaining movement of the armature in the critical position and the armature lever can be determined in such a way that the weight and space requirements of the relay the most favorable values can be achieved. The magnetic flux density in the end of the core at the air gap is designated with B, the cross section of the iron core at the core end with A, the magnetic resistance, ignoring the residual movement of the armature in the air gap, with m . The spring load is designated with P, its stroke with c and its lever with respect to the center of rotation of the armature with b . The magnetic field at the end of the core is designated with BA, its lever on the relay armature with a and the remaining movement of the armature in the air gap at the critical point with d . The cross-section of the armature is assumed to be circular, since a round coil results in the lowest copper consumption. The number of ampere-turns required for operation is denoted by M. Due to the scattering between the iron core and the yoke, the magnetic flux density in the iron core is greater than that at the end of the core. The relationship between the greatest value of the flux density in the iron core and B is assumed to be a number k which is valid for the critical position of the anchor and is determined empirically.

Unter Vernachlässigung der Streuung des Feldes im Luftspalt gelten die unten angeführten Beziehungen (1), (2) und (3). Die Gleichung (1) gilt für das Gleichgewicht zwischen dem Moment der Belastung und dem des Feldes am Anker. Aus der Gleichung (2) ist die Beziehung zwischen der Flußdichte B und der Anzahl der Amperewindungen zu ersehen, während die Gleichung (3) lediglich eine geometrische Beziehung darstellt.Neglecting the scattering of the field in the air gap, the relationships (1), (2) and (3) listed below apply. Equation (1) applies to the equilibrium between the moment of loading and that of the field on the anchor. The relationship between the flux density B and the number of ampere-turns can be seen from equation (2), while equation (3) represents only a geometrical relationship.

B =B = MM. d + md + m b _b _ aa CC. 7'7 '

• μ₀, (2) • μ ₀ , (2)

6o6o

(3)(3)

wobei μ₀ die absolute Permeabilität im Vakuum ist.where μ _{0 is} the absolute permeability in a vacuum.

Bei den obenstehenden Gleichungen werden P und c von dem Aufbeu der Kontaktfederanordnungen bestimmt. Die größte Flußdichte k · B wird von den Eigenschaften des Eisens bestimmt. Die Zahl k ist mitIn the above equations, P and c are determined by the design of the contact spring assemblies. The greatest flux density k · B is determined by the properties of the iron. The number k is with

dem Luftspalt d etwas veränderlich. Der Wert m wird bestimmt von der Dicke der Ruheplatte, vom magnetischen Widerstand des Eisens und vom magnetischen Widerstand als Folge der Oberflächenbehandlung des Joches, des Ankers und des Eisenkerns.the air gap d is somewhat variable. The value m is determined by the thickness of the rest plate, the magnetic resistance of the iron and the magnetic resistance as a result of the surface treatment of the yoke, the armature and the iron core.

Wie bereits erwähnt, kann bei einem fertigen Relais weder A noch b geändert werden. Ist der Hebel b annahmegemäß bestimmt, so wird aus der Gleichung (1), wenn das Relais mit einer Höchstzahl von Kontaktfedern belastet ist, die Beziehung erhalten:As mentioned earlier, when a relay is finished, neither A nor b can be changed. If the lever b is determined as assumed, then from equation (1), if the relay is loaded with a maximum number of contact springs, the relationship is obtained:

A-a - ^2/'°'^P ■b. (4) B² Aa - ^{2 /} '°' ^P ■ b. (4) B ²

Bei verminderter Belastung P kann auch der Hebel a und damit der Luftspalt d verkleinert werden. Der Wert von m wird in der Praxis von der Remanenz des Eisens und von der Oberflächenbehandlung bestimmt und kann in diesem Fall als ein vorausbestimmter Wert angesehen werden, der nicht verändert werden kann.When the load P is reduced, the lever a and thus the air gap d can also be reduced. The value of m is in practice determined by the remanence of the iron and the surface treatment and in this case can be regarded as a predetermined value which cannot be changed.

Bei normalen Fernsprechrelais sind A, a und b feststehende, unveränderbare Größen. Nach der Gleichung (2) kann dann die erforderliche Anzahl von Amperewindungen M nur durch Vermindern von B herabgesetzt werden, d. h., das Volumen des Eisens wird nur bei der Höchstbelastung vollständig benutzt. Wird die Belastung P herabgesetzt, so wird die Anzahl der erforderlichen Amperewindungen nicht im Verhältnis zu P, sondern nur im Verhältnis zu ~\p> vermindert. In normal telephone relays, A, a and b are fixed, unchangeable quantities. According to equation (2), the required number of ampere-turns M can then only be reduced by reducing B , ie the volume of the iron is only fully used at the maximum load. If the load P is reduced, the number of ampere-turns required is not reduced in relation to P, but only in relation to ~ \ p> .

Aus den Gleichungen (2) und (4) kann nämlich abgeleitet werden:The following can be derived from equations (2) and (4):

■ * i:vi7!-ι:· » Das Relais wird bei geringen Belastungen weniger empfindlich, obwohl oftmals eine größere Empfindlichkeit erwünscht ist.■ * i: vi7! -ι: · » The relay becomes less sensitive with low loads, although a greater sensitivity is often desired.

Aus der Gleichung (4) ist zu ersehen, daß bei einer Verminderung von a auch A herabgesetzt werden kann, d. h., die im Relais erforderliche Eisenmenge kann vermindert werden. Kann der Eisenkern des Relais dünner bemessen werden, so kann auch die Wicklung bei einer bestimmten Anzahl von Amperewindungen verkleinert und damit Kupfer eingespart werden. Aus der Gleichung (5) ist zu ersehen, daß die Verminderung von M infolge einer Erhöhung von a verhältnismäßig klein ist und vollständig vermieden werden kann, wenn m z. B. durch dünnere Ruheplatten vermindert werden kann.From equation (4) it can be seen that if a is decreased , A can also be decreased, that is, the amount of iron required in the relay can be decreased. If the iron core of the relay can be made thinner, the winding can also be made smaller with a certain number of ampere turns, thus saving copper. From equation (5) it can be seen that the decrease in M due to an increase in a is relatively small and can be completely avoided if m z. B. can be reduced by thinner resting plates.

Bei einer Bestimmung der Abmessungen eines Relais muß von einem Durchschnittswert für die Belastung ausgegangen werden, aus welchem Wert zum Teil der Querschnitt des Luftspaltes und des Eisenkreises und zum Teil die Hebel a und b des Ankers sowie die Länge des Joches und der Spule bestimmt werden. Der Eisenkern in der Spule wird ohne eine seitliche Versetzung des Kernendes am Luftspalt angenommen. When determining the dimensions of a relay, an average value for the load must be assumed, from which value partly the cross-section of the air gap and the iron circle and partly the levers a and b of the armature and the length of the yoke and the coil are determined. The iron core in the coil is accepted without any lateral displacement of the core end at the air gap.

Bei stärkeren Belastungen reicht der Querschnitt des Eisenkerns nicht aus, wenn die Länge des Hebels a unverändert beibehalten wird. Nach der Erfindung wird das Ende des Eisenkerns so ausgestaltet, daß der Hebel a nach oben und nach unten um einen Durchschnittswert herum verändert werden kann, der dem Hebel a bei einem geraden Eisenkern entspricht. Bei einem kleinen Wert von a wird der Relaisanker kurzWith heavier loads, the cross-section of the iron core is not sufficient if the length of the lever a is kept unchanged. According to the invention, the end of the iron core is designed so that the lever a can be changed up and down by an average value which corresponds to the lever a in the case of a straight iron core. With a small value of a , the relay armature becomes short

Claims

and easy. This is of value in the case of sensitive relays that should respond quickly, although only weak forces are available. When the load is reduced, only a smaller number of ampere-turns is required, and the iron circuit is used unsatisfactorily if the levers a and b and the cross-section A remain unchanged. An increased sensitivity is obtained with lightly loaded relays by reducing the size of the lever a. A strong magnetic field is desirable for delay relays; however, a low resistance is also required in the copper pipe to cause the delay. These factors counteract any change in the diameter of the relay core. However, an increase in the size of the lever a always brings about a better hold and consequently a more effective slow fall, which is why the invention is also useful in delay relays. In the case of low loads, in particular in the case of relays with only two contact springs, a high level of sensitivity is often required, i. That is, the necessary action on the winding should be small when actuated. If the lever a is shortened by laterally displacing the core end according to the invention, the air gap is reduced. By increasing the cross-section A of the air gap, the flow is further increased and the sensitivity of the relay is increased. The flux density B in the air gap is high despite the reduction in the number of ampere-turns. It can be assumed that the stray fields decrease with the number of ampere-turns. The relative change in the intensity of the stress from an average value to a low value is considerably greater than that from an average value to a maximum value. In a relay that is to be standardized, a rest plate with a certain thickness is desired, since the length of the relay core must be adapted to the length of the yoke and since the armature is only in the plane of the relay core end at a certain value of the thickness of the rest plate can. If the thickness of the rest plate is determined for a relay which is loaded with an average number of contact springs, this rest plate can be retained for all other loads if the lever a is changed. Setting a requires a tradeoff between the limits of pulling up and dropping out of the relay. This adjustment is therefore preferably carried out gradually rather than stepwise. The invention is therefore also in view of this setting possibility for relays with a contact spring load which corresponds to the average load. The invention will now be described in detail. In the drawing, F i g. 1 is a side view of a heavily loaded relay, FIG. 2 shows a side view of a lightly loaded relay and FIG. 3 is a diagrammatic representation of a relay whose core end is specially designed. In the electromagnetic relay shown in the figures, the magnetic circuit comprises the yoke 1, the armature 2 and the iron core 3. A winding 4 is arranged on the iron core 3, while the yoke 1 carries a contact spring arrangement 5. The end of the iron core 3 is bent to the side in the air gap. The F i g. Figure 1 shows the iron core rotated so that the end of the core is the greatest distance from the yoke. The F i g. 2 shows the iron core in comparison to FIG. 1 rotated by 180 ° so that the core end has the smallest distance from the yoke. All intermediate settings are conceivable, and the core end does not have to be symmetrical to the yoke 2. The iron core 3 is surrounded by a Bakelite casing which has two face plates, so that the iron core is completely isolated from the winding. In this way it is achieved that the bent end of the iron core is located within the front face plate, so that the core does not need to be lengthened and, on the other hand, no winding space is lost. Since the end face of the core end runs obliquely to the axis of the bent part, this end face has a larger cross section than the iron core. Depending on the angle of the bend, the size of the pole face can be changed in such a way that a relay that works effectively under all loads is obtained. The invention is not limited to that shown in FIGS. 1 and 2 shown embodiment limited. The core end can also be provided with a stepped shoulder or with a loose pole piece that can be rotated around the iron core of the winding without rotating the winding itself at the same time. The F i g. 3 shows a round iron core 4, the end of which is provided with a step-like extension of a suitable shape. The winding 4 is wound onto a loose bobbin through which the iron core is passed. The rear face plate of the bobbin carries the terminal lugs 7 for making the electrical connections with the coil. The iron core can be rotated in the coil, which itself remains stationary. The armature and the contact springs have been omitted to simplify the figure. Patent claims:

1. Electromagnetic relay, the load and sensitivity of which can be changed with simple means and which has a yoke (l), an armature (2) and a winding (4) with an iron core (3), the need for iron in the magnetic circuit and the need for copper in the winding is to be reduced, characterized in that the end of the iron core in the air gap is arranged laterally with respect to the axis of the iron core, so that by rotating the iron core end the distance between the point of action of the magnetic field on the armature and the axis of rotation of the armature can be changed without changing the angle of rotation of the armature.

2. Electromagnetic relay according to claim 1, characterized in that the iron core is inclined is bent and cut off so that the end face of the core end is perpendicular to the Main axis of the iron core, but at an angle to the axis of the bent part.

3. Electromagnetic relay according to claim 2, characterized in that the pole face of the Iron core is larger than its cross section.

1 sheet of drawings