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Magnetisches Stromstoßrelais Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches
Stromstoßrelais, und insbesondere ein magnetisches Stromstoßrelais, das sich in
Mikrominiatur-Konstruktion für den Einsatz in einem elektrischen Kreis herstellen
läßt.
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Die Auslegung von Mikrominiatur-Bauteilen ist in den letzten Jahren
beachtlicherweise vorangetrieben worden, was insbesondere auf die Anforderungen
auf dem Raketen- und Raumfahrtgebiet zurückzuführen ist. Obwohl auf dem Fachgebiet
viele erfolgreiche Mikro-Miniaturrelais und -schalter mit brauchbaren Leistungscharakteristiken
entwickelt wurden, verbleiben Jodoch noch eine Reihe anderer zu lösender Probleme.
Eines besteht in der Kompliziertheit der Anordnungen, wodurch die Wahrscheinlichkeit,
daß Bauteile falsch arbeiten, erhöht wird.
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Eine weitere schwierigkeit ist in den hohen kosten der bauteile zu
sehen, die, insbesondere wenn sie etwu kompliziert sind, in erheblichem Anteil einen
sorgfältigen Zusammenbau und sorgfältiges Einstellen erfordern, um im abhängigen
Betrieb iu arbeiten. Andere Nachteile sind im Fahlen einer gewünschten Lebenscdauer
und in einem unsureichenden Präsisionsgrad zu sehen, insbesondere, wenn man mit
Toleranzen arbeitet, die in den Grenzen von einigen Tausendstel Zentimeter (Zoll)
und oft
noch weniger bemessen sein müssen.
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Um diesen Problemen beizukommen, wird erfjndungsgemäß ein neuartiges
und verbessertes Stromstoßrelais vergleichbarer Konstruktion vorgeschlagen, das
sich ohne weiteres auf Subminiaturabmessungen bringen läßt. Das erfindungsgemäße
Stromstoßrelais zeichnet sich dadurch aus, daß: ein beweglicher Anker unabhängig
von der Bederwirkung für seinen Betrieb ist; Magnetfelder werden durch Dauermagneten
als Stromstoßmedium aufgebaut, die den beweglichen Anker in der einen oder anderen
Stellung halten; eine relativ winzige Anzahl beweglicher Teile wird verwendet; die
Konstruktion ist einfach und bietet sich für einen äußerst einfachen Zusammenbau
an, der durch einfache Werkzeuge und günstige Werkzeugkosten noch gefördert wird;
dieses Relais kann hinsichtlich Größe und Abmessung ohne weiteres verändert werden,
um den verschiedenen Änforderungen, Leistungen, Strombelastungen etc. gerecht zu
werden. Das erfindungsgemäße Relais ist von preiswerter Konstruktion und kann aus
relativ preiswerten Materialien hergestellt werden.
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Die Erfindung ist in der Konstruktion, Anordnung und Eombination verschiedener
Teile der Vorrichtung zu senen. Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen
nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen Figur 1
eine seitliche perspektivische Darstellung der Vorrichtung, teilweise im Schnitt
ist; Figur 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Larstellung und läßt besser
die Form, Größe und das Verhältnis der Teile erkennen; Figur 9 ist ein Längsschnitt
durch die Vorrichtung und zeigt den Anker in einer Lage, derart, daß der bewegliche
Kontakt sich in Eingriff mit einem der X.esten Kontakte befindet;-Figur 4 ist ein
Längsschnitt längs der Linie 4-4 in Figur 3;
Figur 5 ist ein Querschnitt
längs der Linie 5-5 in Figur 3; Figur 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 in Figur
3; Figur 7 ist in Teilschnitt längs der Linie 7-7 in Sigur 3; und Figur 8 ist ein
teilweiser Längsschnitt längs der Linie 8-8 in Figur 3.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung, die vor allem der Erläuterung
des erfindungsgemäßen Prinzips dient, ist ein magnetisches Stroustoßrelais dargestellt,
das hauptsächlich in einer allgemein mit dem Bezugszeichen 10 angedeuteten Arbeitsanordnung
zu sehen ist, innerhalb dessen ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 11 mit
einem verschlossenen Ende 12 und einem Kopfstück 13 am anderen Ende untergebracht
ist. Das Kopfstück dient als Träger für eine Reihe von Stiften oder Lötbolzen, von
denen einige in den Figuren 1, 2, 3 und 4 dargestellt und mit den Bezugszeichen
14, 15, 16 und 17 bezeichnet sind. In der hier betrachteten Vorrichtung sind zwei
getrennte Spulenelemente 20 und 21 zu sehen, von denen jedes im wesentlichen gleich
aufgebaut ist. Das Spulenelement 20 besteht aus sich gegenüberstehenden Ringscheiben
22 und 23, die durch eine Hülse 24 miteinander verbunden sind und innerhalb deren
eine Spule 25 im wesentlichen üblicher Bauart gewickelt ist. Das Spulenelement 21
ist in ähnlicher Weiae aus im Abstand angeordneten Ringacheiben 26 und 27 aufgebaut,
die mit einander durch eine Hülse 28 verbunden sind und in der eine Spule 29 gehäuseartig
umgeben ist. Geeignete Umhüllungen 30 und 31 umgeben die Spulen.
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Am innen gelegenen Ende des Gehäuses 11 steht die Hälse 24 geringfügig
vor und bildet sich gegenüberstehende, it Abstand angeordnete gewölbte 5egtente
32 und 33, die dazu dienen, eine
etwas gewölbte halbkreisförmige
magnetische Platte 34 zu positionieren. Zwei Aussparungen 35 und 36 sind vorgesehen,
die jeweils die Segmente 32 und 33 aufnehmen; zwischen den Aussparungen befindet
sich eine Polfläche 37.
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Am gegenüberliegenden oder äußeren Ende des Gehäuses II befindet sich
eine ähnliche im wesentlichen gewölbte halbkreisförmige magnetische Platte 38, die
Aussparungen 9 und 40 umfaßt, welche jeweils Segmente 41 und 42, die Verlängerungen
der Hülse 28 bilden, aufnehmen. Auch hier überspannt eine Polfläche 43 die Entfernung
zwischen den beiden Aussparungen 39 und 40.
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Zwischen den Spulenelementen 20 und 21 befindet sich ein Paar magnetisches
Sektoren 44 und 45, die ein permanentes magnetisches Element aufweisen. Die Magnetplatten
34 und 38 bestehen aus magnetischem Weicheisenmaterial.
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Innerhalb der Hülse 24 befindet sich ein Durchlaß 46, der axial bezüglich
eines ähnlichen Kanales 47, der durch die Hülse 28 verläuft, ausgefluchtet ist.
Zum Lagern eines Ankers 50 in den kombinierten Kanälen 46, 47 ist eine Buchse 51
vorgesehen, in der seitliche-Öffnungen 53 und 52, die die inneren Enden der jeweiligen
Magnetsektoren 44 und 45 einlassen, klar (Figuren 1, 2, 3 und 6) zu sehen sind.
Der Anker 50 ist schwenkbar auf der Büchse 51 mittels eines Schwenkstiftes 54 gelagert,
der in Bohrungen 56 und 57 sich dreht. Ein an der BUchse 51 befestigtes Halteband
58 besitzt ein Ende 59, das über der Scheibe 22 am innen gelegenen Ende des Gehäuses
vorgesehen ist, wodurch die Büchse in ihrer richtigen Stellung gehalten ist, wodurch
somit der Anker 50 richtig positioniert und gelagert wird, derart, daß er seitlich
innerhalb der Kanäle 46 und 47 hin- und herbewegbar ist.
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Ein stationärer, allgemein durch das Bezugszeichen 60 bezeichneter
Träger aus geeignetem dielektrischen Material ist in einer Stellung in der Nähe
des Kopfstückes 13 befestigt, indem dieser, wie dargestellt, an der Außenfläche
der Magnetplatte 38 angebracht ist. Der stationäre Träger 60 ist von ringförmiger
Gestalt, wie sich aus Figur 2 ohne weiteres entnehmen läßt und ist mit einer zentralen
Öffnung 61 erheblichen Durchmessers versehen. Beste Kontakte 62 und 63 sind im stationären
Träger 60 in Stellungen, die in die zentrale Öffnung 61 hineinragen, verankert.
Nach der dargestellten Ausführungsform bestehen die festen Kontakte aus im wesentlichen
zylindrischen Stangen, die zunächst in ihrer Stellung unter Verwendung einer geeigneten
Befestigung eingebettet sind, wodurch ein genauer Abstand zwischen benachbarten
Kanten der Kontakte geachaffen wird. Ein beweglicher Kontakt 64 ist auf dem außen
gelegenen Ende des Ankers 50 vorgesehen, dieser ist vorzugsweise geprägt, um ihm
die genaue Abmessung zu verleihen, insbesondere eine genaue Querabmessung, gemessen
in der Richtung zwischen den festen Kontakten 62 und 63, wie am besten aus Figur
9 ersichtlich. Ein flexibler Anschlußdraht 65 verbindet den beweglichen Kontakt
64 mit einem der Stifte 16. Ännliche Anschlußdrähte 66 und 67, die schematisch in
Figur 3 dargestellt sind, verbinden die beweglichen Kontakte 62 und 63 mit den jeweiligen
Stiften 15 und 17. Andere Stifte sind vorgesehen, um entgegengesetzte Draht enden
aus den Spulen 20 und 21 zu verbinden, aus Grtinden der Übersichtlichkeit ist dies
allerdings nicht dargestellt.
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Um den Aufbau der Arbeitsanordnung 10 zu vervollständigen, ist eine
magnetische Hülse 70 vorgesehen, die außen sowohl die Spulenelemente 20 und 21 umgibt
und über den Außenrändern der Magnetplatten 34 und 38 und auch ueber den Außenkanten
der Magnetsektoren 44 und 45 liegt. Die Magnethülse vervollständigt also die Magnetbahnen
fur die Dauermagnetelemente und trägt auch dazu
bei, die Spulenelemente
und zugehörigen Teile in einer kompakten einzigen Arbeitsanordnung zu halten. Ein
Isoliermantel 71 erstreckt sich über die gesamte Außenfläche der Magnethülse.
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Im Betrieb dienen die Dauermagnetelemente dazu, kontinuierliche magnetische
Felder durch zwei Magnetbahnen mit geschlossener Schleife zu induzieren. Eine Bahn
besteht aus der inneren Magnetplatte 34, dem benachbarten Teil der Magnethülse 70,
den Magnetsektoren 44 und 45 und dem benachbarten Teil des Ankers 50. Die andere
magnetische Bahn wird durch die äußere Magnetplatte 38, dem benachbarten Teil der
Magnethülse 70, die Magnetsektoren 44 und 45 und den benachbarten Teil dea Ankers
50 gebildet. Der Anker 50 wird so gleichzeitig gegen beide Magnetplatten durch Magnetkräfte
angezogen, deren Größen umgekehrt proportional den Luftspaltabständen der jeweiligen
Luftspalte 72 und 73 sind. In der Einstellage nach Figur 3 sieht man, daß der Luftspalt
72 größer als der Luftspalt 73 ist. Ist der Anker 50 betätigt worden, indem die
Spule 29 erregt wird, wird der bewegliche Kontakt 64 gebracht, inder er Bit dem
festen Kontakt 62, wie in den Figuren 3 und 7 dargestellt, in Eingriff kommt, da
die Stärke des durch Erregung der Spule 29 erzeugten Magnetfeldes im wesentlichen
größer als irgendein durch Dauermagnetschleifen erregtes Magnetfeld ist. In dieser
Stellung jedoch ist die Anziehungskraft der Magnetplatte 38 größer als die Anziehungskraft
der Magnetplatte 34, so daß , wenn die Spule 29 entregt ist, der Anker 50 in seiner
Stellung gegen den festen Kontakt 62 gehalten bzw. verriegelt oder gesperrt wird.
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Nachdem der Anker in der vorbeschriebenen Welse vrriegelt bzw. gesperrt
wurdes ist,we'nn die Spule 25 erregt werden sollte, das so erzeugte Magnetfeld auereiohend
groß um der agnetisohe Anziehung der Dauermagnetschleifen zu überwinden, wodurch
der Anker 50 im Gegenuhrzeigersinn la entgegengesetzter Richtung
verschwenkt
wird, bis der bewegliche Kontakt 64 in Eingriff mit dem festen Kontakt 63 gezogen
wird. Erfolgt dies, so kehrt sich die Größe der Luftspalte 72 und 73 um, der Luftspalt
72 wird kleiner, der Luftspalt 73 größer. Ist somit die Spule 25 entregt, so wird
der bewegliche Kontakt 64 in einer Eingriffsstellung mit dem festen Kontakt 63 gehalten
oder verriegelt, und zwar aufgrund der größeren Anziehungskraft der durch die Magnetplatte
64 gebildeten Magnetschleife, im Gegensatz zur schwächeren Magnetsohleife der Magnetplatte
38. Diese Stellung kann selbstverständlich sofort verändert werden, indem die Spule
29 wieder erregt wird, durch die die Bewegung des Ankers 50 hin- und hergehend wird
und wieder der bewegliche Kontakt 64 in Eingriff mit dem festen Kontakt 62 gezogen
wird. Das Relais kann wiederholt in der beschriebenen Weise (periodisch) betätigt
werden, indem abwechselnd und einzeln die Spulen 25 und 29 mit Gleichstrom erregt
und entregt werden.
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Im Illnblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur anhand
der praktischten und bevorzugtesten Ausführungsform erläutert; iunderungen und Abänderungen
liegen im Rahmen der Erfindung; alles für die Erfindung nicht als wesentlich Brachtete
wurde fortgelassen.
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Patentansprüche