DE1764867B1 - Elektrisches relais mit quecksilberbenetztem anker-kontakt - Google Patents

Description

netztes Kontaktrelais gezeigt, welches zu der Umschaltebauart mit Unterbrechung gehört. Der Schalter ist im wesentlichen der gleiche, wie er in der USA.-Patentschrift 3 054 873 gezeigt ist; auf diese Patentschrift wird im Hinblick auf Einzelheiten der Ausbildung Bezug genommen, die hier nicht im einzelnen dargelegt sind. Mit 10 ist — wie gezeigt — die Glasumhüllung des Schalters bezeichnet. Ein beweglicher Kontakt oder ein Anker 11 ist innerhalb des Schalters angeordnet und mit einem Metallstempel 12 verbunden, der sich nach außen vom einen Ende der Glasumhüllung her erstreckt, wie dies in der Technik bekannt ist. Das andere Ende der Glasumhüllung weist zwei mit Abstand angeordnete Polstücke 13 und 14 auf, die sich durch das Ende der Umhüllung und in das Innere der Umhüllung erstrecken, um Kontaktstirnflächen 15 und 16 auf entgegengesetzten Seiten des Kontaktendes des Ankers 11 zu bilden. Die Polstücke 13 und 14 sind mit elektrischen Leitern verbunden, während der Stempel 12 ebenfalls mit einem elektrischen Leiter in bekannter Weise in Verbindung steht. Die Glasumhüllung trägt einen Körper aus Quecksilber, und die Kapillarwirkung des Quecksilbers erzeugt auf dem Metall der Kontaktoberflächen der Polstücke und des Ankers einen Film. Die Teile der Polstücke, welche die Kontaktflächen 15, 16 tragen, und auch der Anker 11 sind innerhalb der Glasumhüllung 10 versiegelt, und die Umhüllung besitzt eine dauernde Gasfüllung aus einem geeigneten Gas, wie beispielsweise Wasserstoff.

Das Relais verwendet —wie gezeigt— ein Paar von Permanentstabmagneten 17 und 18, die längs den oberen Enden der Polstücke 13 und 14 angeordnet und befestigt sind und die voneinander durch die Isolation 19 getrennt sind. Die Polarität dieser Stabmagnete ist durch die Buchstaben JV und S angedeutet, wobei JV den Nordpol und S den Südpol bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere Formen von Permanentmagneten verwendet werden können, um den Anker in bekannter Weise zu beeinflussen.

Eine Betätigungsspule 20 umgibt die Glasumhüllung 10 in der Weise, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Beim Betrieb von Relais dieser Bauart erzeugt das mit den Polstücken 13 und 14 verbundene Permanentmagnetgebilde eine definierte Polarität für jedes der Polstücke und die damit verbundenen Kontaktflächen, wie dies in der Zeichnung durch die Nord- und Süd-Buchstaben JV bzw. S angedeutet ist. Wenn dann der Spule elektrischer Strom zugeführt wird, so unterstützt die von der Stromrichtung abhängige Flußrichtung die eine oder andere der Kontaktflächen, um den Anker damit in Kontakt zu bringen. Die Stellung und magnetische Stärke der Permanentmagnete kann derart eingestellt sein, daß das Relais einseitenstabil, bistabil oder mittelstabil ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Stück aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand, beispielsweise in der Form eines Drahtes 21, in der Mitte zwischen den Polstücken 13 und 14 angeordnet und vorzugsweise in das Ende der Glasumhüllung eingebettet, die die Polstücke trägt. Dieser Draht 21 erstreckt sich von der Glasumhüllung nach außen, wie dies am deutlichsten in F i g. 3 zu sehen ist. Der Draht 21 ist in der Mitte zwischen den Polstücken mit Abstand angeordnet und verläuft senkrecht zu einer Linie zwischen den Polstücken. Er ist verhältnismäßig dicht zum Arbeitsende des Ankers 11 angeordnet. Ein keramisches Element 22 verläuft zwischen den Polstücken sowie zwischen dem Draht 21 und den Kontaktflächen der Polstücke. Dieses Abstandselement befindet sich an der Innenseite der Glasumhüllung, und der Draht 21 befindet sich in seiner eingebetteten Stellung innerhalb der Umhüllung, dicht benachbart zu diesem Abstandselement. Der Draht 21 ist aus einem hochpermeablen Werkstoff mit niedriger magnetischer Remanenz oder einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand, wie beispielsweise Permalloy, Vanadium, Permendur, weichgeglühtem Eisen oder Nickeleisendraht, hergestellt. Das verwendete magnetische Material sollte jedoch einen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der vernünftigerweise mit dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials zusammenpaßt, das für die Schalterumhüllung verwendet wird. Aus diesem Grunde wurde festgestellt, daß bei gewöhnlichen Umständen das Drahtelement 21 aus dem gleichen Werkstoff wie die Polstücke 13 und 14 hergestellt werden sollte, wie beispielsweise aus einer Nickeleisenlegierung mit annähernd 52°/o Nickel und 48% Eisen. Statt eines Drahtes kann das Element 21 die Form eines Streifens aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand aufweisen.

Zusätzliche Stücke 23 und 24 aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand sind mit den entgegengesetzt liegenden Enden des Drahtes 21 verbunden und verlaufen um die Betätigungsspule 20 herum und sind mit dem Stempel 12 beispielsweise durch geeignete Biegung der Streifen 23 und 24 verbunden. Die Streifen 23 und 24 können als ein einziger Streifen von im ganzen U-förmiger Gestalt ausgebildet sein, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Bogenteil des Streifens mit dem Stempel wie bei 25 verbunden, während sich die Schenkel 23 und 24 des Streifens über die Betätigungsspule 20 und um diese herum erstrecken und mit ihren Enden mit dem Draht 21 verbunden sind, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Verbindungsstreifen 23 und 24 sind aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand ausgebildet, und zwar beispielsweise aus Permalloy, Vanadium, Permendur, weichgeglühtem Eisen oder Stahl oder einer anderen Nickel-Eisen-Legierung aus einem Werkstoff niedrigen magnetischen Widerstandes. Der Verbindungsstreifen und Draht 21 schaffen — wie ausgebildet— einen im wesentlichen geschlossenen magnetischen Pfad niedrigen magnetischen Widerstandes zwischen den Polstücken 13 und 14, um die Spule 20 herum, durch den Stempel 12 und durch den Anker 11.

Die Flußpfade (Kraftlinienwege) in der durch die Streifen 23 und 24 und auch durch die Polstücke und den Anker bestimmten Verbindungsschleife sind in den F i g. 1 und 2 durch die Pfeile angedeutet; die Richtung des Flusses hängt jedoch offensichtlich von der Richtung des durch die Spule 20 geschickten Stromes ab.

Vorzugsweise ist auch der Anker 11 aus einem Werkstoff wie Permalloy oder Vanadium-Permendur hergestellt. Dieser Werkstoff kann mit Nickel plattiert sein, um seine Quecksilberbenetzungseigenschaften zu verbessern. Vanadium-Permendur enthält 49 °/o Kobalt, 2 % Vanadium sowie 49 °/o Eisen (alles Gewichtsprozente); Permalloy enthält annähernd 80 °/o Nickel und 20 % Eisen (ebenfalls Gewichtsprozente).

Im Betrieb und beim NichtVorhandensein einer Flußenergie von der Spule 12 bewirken die Flußpfade von den Vorspannmagneten, daß der Anker 11 eine bestimmte Polarität einnimmt, und zwar beispielsweise die in der Zeichnung dargestelle Polarität; in diesem Fall befindet sich der Anker 11 in Berührung mit der Kontaktfläche 16, wobei die Flußrichtungen durch die Pfeile angedeutet sind. Wenn die Spule 20 sodann mit einer derartigen Polarität erregt wird, daß die Spule die Anziehung des Ankers 11 zur Kontaktfläche 15 bewirkt, die in der Zeichnung mit Süd-Polarität dargestellt ist, so kann der Fluß von der Spule tatsächlich eine geschlossene Schleife durch den Anker 11, die Verbindungsstreifen 23 und 24 und das Element 21 bilden, so daß sich der Anker 11 in Berührung mit der Süd-Kontaktfläche 15 bewegt, und zwar unter dem Einfluß der Flußpfade von der Kontaktfläche 15 als auch von den Flußpfaden vom Anker 11. Wenn dem Anker 11 auf diese Weise an seinem oberen Ende eine definitive Nord-Polarität aufgeprägt wird, so wird er sowohl durch den Süd-Kontakt 15 angezogen als auch durch die Nord-Kontaktfläche 16 abgestoßen. Wenn die Spule mit einer entgegengesetzten Polarität betrieben wird und so die Nord-Kontaktfläche 16 des Pols 14 unterstützt, so tritt das Gegenteil ein, weil die Richtung des Flußpfades durch den Anker und durch die Verbindungsstreifen 23 und 24 und das Element 21 dann entgegengesetzt ist.

Ein gemäß den oben gemachten Ausührungen ausgebildetes Relais weist stark verbesserte Betriebseigenschaften auf. Während beispielsweise ein Relais der allgemeinen Bauart, welches dargestellt und für einseitig stabilen Betrieb ausgebildet ist, 60-Ampere-Wicklungen des Stromes in der Spule 20 erforderlich machen kann, um den Betrieb ohne die Verwendung des Elements 21 und der Verbindungsstreifen 23 und 24 zu bewirken, ermöglicht es die Verbindungsschleifenkonstruktion der vorliegenden Erfindung, daß das gleiche Relais mit nur 5,5-Ampere-Windungen betrieben werden kann. In ähnlicher Weise erfordert ein Relais der in der Zeichnung dargestellten Bauart bei Einstellung für bistabilen Betrieb zur Betätigung 28-Ampere-Windungen, wenn die hier beschriebene geschlossene Schleife aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand nicht verwendet wird; wenn dagegen die durch das Element 21 und das Verbindungsstreifenmaterial 23 und 24 gebildete geschlossene Schleife verwendet wird, so ist das Relais mit nur 3,45-Ampere-Windungen der Spule 20 betätigbar. Die Grundsätze der Erfindung können bei den verschiedensten Bauarten von Relais verwendet werden, die in der Technik bekannt sind; die Anwendung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Grundsätze können bei getrennten und zusätzlichen Vorspannspulen und ohne Magnete Verwendung finden, und zwar mit verschiedenen Formen und Anordnungen der Vorspannmagnete, Kontaktelemente und Anker.

Auch die Form der elektrischen Spule der Relais ist in einem weiten Bereich veränderbar. Die Spulen können einzeln gewickelt, konzentrisch gewickelt oder von bifilarer Form sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 ken von Magneten befestigten Kontaktelementen anPatentansprüche: geordnet ist, um mit jeweils einem dieser Kontaktelemente unter dem Einfluß des Magnetfeldes einer

1. Elektrisches Relais mit quecksilberbenetz- elektrischen Spule einen Kontakt herzustellen, und bei tem Anker-Kontakt, bei dem ein beweglicher An- 5 dem ein magnetischer Rückschluß für das Feld der ker eines Schalters ein Kontaktende aufweist, das elektrischen Spule vorgesehen ist, der sich eng um die zwischen zwei an den Polstückenden von Magne- elektrische Spule herum erstreckt und mit dem Ende ten befestigten Kontaktelementen angeordnet ist, des Ankers verbunden ist, das entgegengesetzt zu um mit jeweils einem dieser Kontaktelemente un- dem zwischen den Kontaktelementen liegenden Ende ter dem Einfluß des Magnetfeldes einer elektri- io liegt. Elektrische Relais dieser Art sind bereits besehen Spule einen Kontakt herzustellen, und bei kannt (deutsche Auslegeschrift 1 046 779 und deutdem ein magnetischer Rückschluß für das Feld sehe Patentschrift 818 891). Bei diesen bekannten der elektrischen Spule vorgesehen ist, der sich eng Relais wird die Polarität des magnetischen Rückum die elektrische Spule herum erstreckt und mit Schlusses durch ihre Kopplung mit den jeweiligen dem Ende des Ankers verbunden ist, das entge- 15 Nord- und Südpolen der Magneten festgelegt. Damit gengesetzt zu dem zwischen den Kontaktele- nimmt der Anker unter der Wirkung des Magneten menten liegenden Ende liegt, dadurch ge- sowie des magnetischen Rückschlusses einen nicht kennzeichnet, daß der Rückschluß zurVer- festgelegten magnetischen Zustand ein. Stärkung des Magnetflusses in dem beweglichen Bei vielen Anwendungen ist es erwünscht, daß zur

Anker einen Teil (21) aus einem Werkstoff mit ao Betätigung des Relais nur eine geringe Antriebsleiniedrigem Widerstand aufweist, der zur Verbin- stung erforderlich ist.

dungssteile des Rückschlusses mit dem Anker Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Re-

(11) entgegengesetzt und zwischen den Polstük- lais der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ken (13, 14) des Schalters angeordnet und von die erforderliche Antriebsleistung für die Betätigung diesem isoliert ist. 25 des Relais wesentlich verringert wird.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem elektrizeichnet, daß die Kontaktelemente und der Anker sehen Relais der eingangs genannten Art, erfindungs-

(11) innerhalb einer glasartigen Umhüllung an- gemäß dadurch gelöst, daß der Rückschluß zur Vergeordnet sind und wobei der Anker einen Stem- Stärkung des Magnetflusses in dem beweglichen Anpel aus Magnetwerkstoff aufweist, der sich über 30 ker einen Teil aus einem Werkstoff mit niedrigem das eine Ende der Umhüllung hinaus erstreckt, magnetischem Widerstand aufweist, der zur Verbinwobei die Teile (23, 24, 25) mit dem Stempel (12) dungsstelle des Rückschlusses mit dem Anker entgeeng verbunden sind. gengesetzt und zwischen den Polstücken des Schalters

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekenn- angeordnet und von diesem isoliert ist.

zeichnet, daß das Teil (21) aus einem Werkstoff 35 Auf diese Weise ergibt sich eine wirkungsvollere mit niedrigem magnetischem Widerstand durch Ausnutzung des von der Spule und dem Permanentein drahtähnliches Element (21) gebildet wird, magneten erzeugten Betriebsflusses des Relais, und das in der glasartigen Umhüllung an einer Stelle die erforderliche Antriebsleistung zur Betätigung des benachbart dem Kontaktende des Ankers einge- Relais wird wesentlich verringert, bettet ist, und wobei Verbindungsstreifen (23, 24, 40 Durch die Anordnung eines Teils mit niedrigem 25) aus einem Werkstoff mit niedrigem magneti- magnetischem Widerstand zwischen den Polstücken schein Widerstand zwischen dem Draht (21) und ergibt sich eine definierte Polarität des Ankers auf dem Stempel (12) liegen und wobei sich das Grund der Berührung des Ankers mit dem einen oder drahtähnliche Element (21) senkrecht zu einer anderen Polstück. Die Polarität des Ankers wird ge-Ebene erstreckt, die die Polstücke des Relais auf- 45 ändert, wenn die Spule angesteuert wird. Damit ist es weist. möglich, die Anzahl der zum Betätigen des Relais

4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn- einer bestimmten Größe erforderlichen Amperewinzeichnet, daß mit den Polen verbundene Per- düngen stark zu verringern. Dies ermöglicht einerseits manentmagnete (17,18) vorgesehen sind, um die die Verwendung einer kleineren Spule und anderermagnetischen Eigenschaften der Kontaktelemente 50 seits eine Verringerung der Antriebsleistung bzw. zu beeinflussen. eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Relais.

5. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung zeichnet, daß der Anker aus Vanadium-Permen- ergeben sich aus den Unteransprüchen.

dur besteht. Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in

6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 55 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels zeichnet, daß die Kontaktelemente und der Anker noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

in einer glasähnlichen Umhüllung angeordnet Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemä-

sind, wobei der Anker einen sich über ein Ende ßen elektrischen Relais mit quecksilberbenetzten der Umhüllung hinaus erstreckenden Stempel Kontakten,

(12) aufweist. 60 Fig. 2 eine Seitenansicht des Relais nach

Fig.1,

Fig. 3 einen Teilschnitt des Relais nach den

F i g. 1 und 2, wobei die Schnittlinie längs der Längsachse verläuft,

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Re- 65 F i g. 4 einen Teilschnitt des Relais nach den lais mit quecksilberbenetztem Anker-Kontakt, bei Fig. 1, 2 und 3, wobei der Schnitt zwischen die Seidem ein beweglicher Anker eines Schalters ein Kon- ten des Relais gelegt wurde, taktende aufweist, das zwischen zwei an den Polstük- In F i g. 1 ist ein erfindungsgemäßes quecksilberbe-