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Polarisiertes elektromagnetisches Relais Die Erfindung betrifft ein
polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einem zweipoligen Erregerkreis und
einem Kippanker, der durch einen gegenüber seiner Kippachse zwischen den beiden
Polen des Erregerkreises angeordneten Dauermagneten in jeweils einer von zwei Ruhelagen
gehalten wird.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Relais der vorgenannten Art so auszubilden,
daß die vom Dauermagneten ausgehende Vorerregung des Relais den unterschiedlichen
Belastungen verschiedenartiger Kontakte sowie der elektrischen Betriebserregung
angepaßt werden kann.
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Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß der Dauermagnet
und die beiden mit dem Kippanker zusammenarbeitenden Pole des Erregerkreises über
zwei Flußführungen in derartiger Ausbildung und Anordnung magnetisch leitend miteinander
verbunden sind, daß durch Verschieben des Dauermagneten eine Veränderung der Dauermagnetvorerregung
insgesamt und/oder deren Symmetrie in den beiden Flußführungen herbeigeführt wird.
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Relais der eingangs genannten Art werden mit den verschiedenartigsten
Kontaktkombinationen bestückt, die entsprechend der zu ihrer Betätigung notwendigen
sehr unterschiedlichen Kräfte den Kippanker verschieden belasten. Nun ist aber bei
bekannten Relais der Dauermagnet dem Erregerkreis fest zugeordnet, so daß der Dauermagnetfluß
infolge gegebener konstruktiver Lage des Dauermagneten für ein zum Halten des Kippankers
in der jeweiligen Ruhelage ausreichendes Maximum bemessen sein muß, was zur Folge
hat, daß auch die elektrische Betriebserregung entsprechend groß zu halten ist.
Dies ist aber erklärlicherweise von erheblichem Nachteil, einmal weil die Erregerwicklung
räumlich entsprechend groß dimensioniert werden muß, ferner unnötiger Strornverbrauch
vorhanden ist und nicht zuletzt ein Betrieb des Relais über lange Leitungen erschwert
wird. Hinzu kommt bei den bekannten Relais der weitere Nachteil, daß die Dauermagnetvorrichtung
einen ungleichen Kontaktdruck hervorruft, wenn der Kippanker zwei verschiedenartige
Kontakte betätigen muß, wie dies oft der Fall ist.
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Demgegenüber werden mit der vorerwähnten Ausbildung beim Erfindungsgegenstand
beachtliche Vorteile erreicht. So läßt sich durch einfaches Verschieben des Dauermagneten
in entsprechender Richtung die Dauermagnetvorerregung insgesamt so einstellen, daß
sie in Anpassung an die jeweils vorhandene Kontaktart gerade ausreichend ist für
das Halten des Kippankers in seinen Ruhelagen, was den Vorteil hat, daß die elektrische
Betriebserregung zur Umsteuerung des Kippankers auf ein Minimum beschränkt werden
kann. Auch ist es von großem Vorteil, daß keine enge Tolerierung der Magnetkraft
des Dauermagneten erforderlich ist, weil sich die Vorerregung durch einfaches Verschieben
des Dauermagneten unabhängig von seiner Kraft auf einen gewünschten, genau definierbaren
Wert einstellen läßt. Es wird also sowohl die Herstellung des Dauermagneten wesentlich
vereinfacht und verbilligt. Ferner wird auch die räumliche Abmessung des Relais
insgesamt vorteilhaft klein gehalten, weil die bei der elektrischen Betriebserregung
wirksam werdenden Teile des Relais für ein Minimum an Leistung dimensioniert werden
können. Darüber hinaus ist es ein bedeutsamer Fortschritt, daß wiederum nur durch
einfaches Verschieben des Dauerinagneten in geeigneter Richtung auch die Symmetrie
der Dauermagnetvorerregung in den beiden Flußführungen des Erfindungsgegenstandes
veränderbar ist, wodurch sich die vom Kippanker auf die Kontakte ausgeübte Schaltkraft
an beispielsweise zwei verschiedenartige Kontaktkombinationen individuell so anpassen
läßt, daß in jedem Kontakt der erforderliche Kontaktdruck erzielt wird. Selbstverständlich
läßt sich die Veränderung der Symmetrie auch in Gemeinsamkeit mit einer Veränderung
der Dauermagnetvorerregung insgesamt durchführen, wodurch vorteilhafterweise auch
die elektrische Betriebserregung auf ein erforderliches Minimum angepaßt werden
kann.
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In einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel sind die Flußführungen des
gemäß der Erfindung ausgebildeten Relais an einem Ende mit jeweils einem Pol des
Erregerkreises magnetisch leitend verbunden und bilden mit ihren anderen im wesentlichen
parallel zur Ankerfläche sich erstreckenden freien Enden einen Luftspalt, der von
einem zwischen den freien Enden der Flußführungen und dem Kippanker angeordneten,
senkrecht zum Luftspalt polarisierten
Dauermagneten überbrückt wird.
Hierdurch können die Flußführungen und der Dauermagnet als flache Bauteile ausgebildet
werden, die verhältnismäßig einfach herzustellen sind und außerdem wenig Raum beanspruchen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Luftspalt zwischen
den freien Enden der Flußführungen so bemessen, daß sein magnetischer Widerstand
gegen den Erregerfluß größer ist als derjenige der Arbeitsluftspalte zwischen dem
Kippanker und den Polen des Erregerkreises. Der Vorteil dieser Maßnahme ist darin
zu sehen, daß der überwiegende Teil des Erregerflusses über die Arbeitsluftspalte
verläuft und damit für die Betätigung des Kippankers wirksam wird.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Flußführungen
derart geformt sind, daß sie für den Dauermagneten einen seiner mechanischen Halterung
dienenden Einschubrahmen bilden. Mit dieser Maßnahme werden in sehr vorteilhafter
Weise besondere Befestiguiigsmittel für den Dauermagneten eingespart, wodurch das
Relais sowohl in seinen Herstellungskosten verbilligt als auch in seinem Zusammenbau
vereinfacht wird.
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Zweckdienlich ist das Relais mit einer Grundplatte aus nichtmagnetisierbarem
Material ausgerüstet, auf deren einer Seite'der- Erregerkreis, die Flußführungen
-und der Dauermagnet angeordnet sind und auf deren entgegengesetzter Seite der Kippanker
gelagert ist. Dabei ist es vorteilhaft, daß einerseits die Oberflächen der Grundplatte
genaue Bezugsebenen für den Aufbau der genannten Relaisteile bilden, was einer mög_
lichst justierfreien automatischen Fertigung zugute kommt und andererseits durch
den zu beiden Seiten der Grundplatte getrennten Aufbau die vom Kippanker betätigten
Kontakte des Relais frei zugänglich sind. Zweckdienlich wird die Grundplatte so
ausgebildet, daß sie als ein den Kippanker und die Kontakteinrichtung des Relais
aufnehmendes, vorzugsweise durch einen Deckel luftdicht verschließbares wannenförmiges
Schutzgehäuse ausgebildet ist. Dadurch ist die Kontakteinrichtung des Relais erstens
mechanisch gut geschützt, und zweitens kann sie gegebenenfalls unter Schutzgas arbeiten,
wenn man nach dem Abschluß durch einen Deckel die Wanne .evakuiert und mit Schutzgas
füllt.
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Um eine möglichst verlustlose magnetische Kopplung zu schaffen, ist
es nach einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, wenn die Grundplatte Durchbrüche
besitzt, durch, welche die beiden Pole des Erregerkreises sowie ein Pol des Dauermagneten
oder ein magnetisch leitend mit einer seiner Polflächen verbundenes Polstück derart
hindurchtreten, daß sie dem Kippanker gegenüberstehen.
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Eine vorteilhaft einfache Ausbildung und Anordnung des Erregerkreises
wird in der Weise erreicht, daß der Erregerkreis zwei im wesentlichen L-förmige
Polstücke besitzt, deren senkrecht zur Ebene der Grundplatte gerichtete Schenkel
über einen die Erregerspule tragenden Kern miteinander verbunden sind und deren
andere jeweils einen mit dem Kippanker zusammenarbeitenden Pol bildende Schenkel
so auf der Grundplatte befestigt sind, daß sie einander zugekehrt sind. Es ist dabei
zweckdienlich, die Polstücke, die Flußführungen, den Dauermagneten und den Kippschalter
jeweils als flache Bauteile auszu-.bilden, so daß eine7 Herstellung als Stanzteile
möglich ist. Wenn die Flußführungen mit den Polstücken außerdem einstückig ausgebildet
sind, so werden durch Wegfall besonderer Verbindungsmittel bzw. Befestigungsteile
die Herstellungskosten und der Aufwand für den Zusammenbau des Relais weiterhin
verbilligt.
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Bei der Verschiebung des Dauermagneten zwecks Veränderung der Dauermagnetvorerregung
ist es wünschenswert, daß der Dauermagnet in keiner Lage das Relais überragt, so
daß beispielsweise mehrere Relais raumsparend dicht aneinanderreihbar sind. Erreicht
wird dies gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Flußführungen
derart diinensioniert sind, daß ihre mit dem Dauermagneten zur magnetischen Kopplung
kommenden Flächen den Dauermagneten bei seiner Verschiebung innerhalb der in Richtung
der Kippachse des Ankers verlaufenden Relaistiefe in dieser Richtung nur teilweise
überragen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Dauermagnet bei entsprechender
Lage nur zu einem Teil seiner Polfläche mit den Flußführungen magnetisch gekoppelt
ist und damit die Vorerregung entsprechend reduziert wird, ohne daß der Dauermagnet
hierbei den von den äußeren Baumaßen umschriebenen Raum des Relais überschreitet.
Die Durchführung der vorgenannten Maßnahme kann dabei in der Weise erfolgen, daß
die Flußführungen, bezogen auf die Mitte der Relaistiefe, asymmetrisch angeordnet
sind. Der gleiche Effekt wird aber auch erzielt, wenn nach einem anderen Ausführungsbeispiel
die Flußführungen an ihren dem Dauermagneten gegenüberstehenden freien Enden in
Richtun- der Kippachse des Ankers schmaler bemessen sind als an ihren mit den Polen
des Erregerkreises verbundenen anderen Enden.
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Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert. Hierzu zeigt F i
g. 1 ein gemäß der Erfindung ausgebildetes elektromagnetisches Relais ohne
Kontakteinrichtung in perspektivischer Ansicht teilweise im Schnitt, F i
g. 2 ein Schemabild für den magnetischen Flußverlauf, F i g. 3 ein
weiteres Schemabild zur Darstellung der verschieblichen Anordnung des Dauermagneten.
In F i g. 1 stellt der Teil 1 eine Grundplatte aus nichtinagnetisierbarem
Material dar, auf der zwei Polbleche 2 und 3 befestigt sind, deren senkrecht
zur Grundplatte gerichtete freie Enden über einen magnetisierbaren Kein 4 miteinander
verbunden sind, welcher eine Erregerspule 5 trägt. Die parallel mit der Grundplatte
verlaufenden Schenkel der Polbleche 2 und 3 besitzen Pole 6 und
7, die durch entsprechende Ausnehmungen in der Grundplatte so hindurchragen,
daß sie den freien Enden eines mit 8
bezeichneten Kippankers gegenüberstehen.
Dieser Kippanker ist einschließlich einer nicht gezeichneten Kontakteinrichtung
des Relais von einem wannenförmigen Teil der Grundplatte 1 umschlossen, der
nach Aufsetzen eines nicht gezeichneten Deckels über einen Absaugstutzen
9 evakuiert und gegebenenfalls mit Schutzgas gefüllt sein kann. Der Kippanker
8 ist über eine Torsionsfeder 10 beweglich gelagert und besitzt Stößel
11 und 12 zur Betätigung der nicht gezeichneten Kontakteinrichtung. Anschließend
an die Pole 6 und 7 sind die Polbleche 2 und 3 in Richtung
zur Kippachse des Ankers hin zu Flußführungen 13
und -14 verlängert, deren
freie Enden einen mit 15
bezeichneten Luftspalt bilden. Wie aus der Darstellung
erkennbar, sind die Flußführungen zum Kein 4
hin abgekröpft und
bilden auf diese Weise einen Einschubrahmen für einen in Pfeilrichtung polarisierten
Dauermagneten 16. Dieser Dauermagnet überbrückt mithin mit seiner einen Polfläche
den genannten Luftspalt 15 und liegt mit seiner anderen Polfläche auf einem
magnetisierbaren Polblech 17 auf. das mit einem Pol 18 in gleicher
Weise wie die Pole 6
und 7 die Grundplatte durchdringt und dem Kippanker
8 gegenübersteht.
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Die Wirkungsweise des Relais ist an Hand des in F i g. 2 gezeigten
Schernabildes für den magnetischen Flußverlauf erkennbar. Bei nichterregter Spule
5 verläuft der Fluß des Dauermagneten 16 zu einem größeren Anteil
über jeweils eine der Flußführungen 13 und 1.4, denjenigen Pol
6 oder 7, von dem der Kippanker 8 entsprechend der Polarisierungsrichtung
einer vorhergegangenen Erregung angezogen war, und schließt sich über die entsprechende
Hälfte des Kippankers zurück zum Dauermagneten. Der Kippanker wird mithin durch
den Dauermagnetfluß J) D in einer seiner beiden möglichen Endlagen
gehalten, wie dies in der Darstellung durch Anlage des Kippankers am Pol
7 beispielsweise gezeigt ist. Wird nun die Spule 5
mit solcher Polarität
erregt, daß ein Erregerfluß (I) E
in Pfeilrichtung entsteht, so überlagert
sich dieser dem Dauermagnetfluß 0 D gleichsinnig, so daß der Kippanker unbewegt
in der gezeichneten Lage verharrt. Wird dagegen die Spule 5 mit solcher Polarität
erregt, daß ein der Pfeilrichtung entgegengesetzter Erregerfluß 0 E entsteht,
so wird der Fluß 0 D im rechten Teil des Kippankers 8 kompensiert
und der Kippanker vom Pol 6 angezogen, wobei der Erregerfluß 0 E nunmehr,
ausgehend vom linken Ende des Kernes 4 über Polblech 2, Pol 6, linke Hälfte
des Kippankers 8, Pol 18, Polblech 17, Dauermagnet
16,
Flußführung14 und Polblech3 verläuft und sich zum rechten Ende des Kerns
4 schließt.
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Aus der F i g. 3 ist deutlich erkennbar, wie sich durch Verschieben
des Dauermagneten16 in einer zu seinen Polflächen parallelen Ebene in einfachster
Weise sowohl die Dauermagnetvorerregung insgesamt als auch deren Symmetrie in den
beiden Polblechen 2 und 3 justieren läßt. Wird nämlich der Dauermagnet
16 in Richtung der Y-Achse verschoben, so ändern sich die für die magnetische
Kopplung maßgeblichen überlappungsflächen des Dauermagneten 16 einerseits
und der Flußführungen 13 und 14 andererseits, so daß den letzteren mehr oder
weniger Dauermagnetfluß zugeführt und damit die Vorerregung insgesamt beeinflußt
wird. Wird dagegen der Dauermagnet 16
in Richtung der X-Achse verschoben,
so wird jeweils einer der Flußführungen mehr Dauermagnetfluß zugeführt als der anderen
Flußführung und auf diese Weise die Symmetrie der Dauermagnetvorerregung in den
beiden Flußführungen beeinflußt.