DE1807098C3 - Elektromagnetisches Klappankerrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klappankerrelais gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Relais ist aus der US-PS 19 56 279 bekannt. Bei diesem Relais handelt es sich um ein polarisiertes Relais, bei welchem in ständigem Nebenschluß zu dem vollständig aus Weicheisen bestehenden Kern der Erregerwicklung ein Dauermagnet angeordnet ist. Der Kern der Erregerwicklung liegt darüber hinaus in einem durch einen Rückschlußbügel und den Klappanker des Relais gebildeten Magnetkreis, in welchem bei abgefallenem Klappanker ein Luftspalt zwischen dfem Kern und dem Klappanker vorhanden ist. Der Dauermagnet erzeugt den zur Polarisation des mechanisch ausbalancierten Klappankers erforderlichen Magnetfluß in dem Luftspalt.

Der im Nebenschluß zu dem Dauermagneten angeordnete Kern der Erregerwicklung schwächt den Magnetfluß über dem Luftspalt, so daß der Dauermagnet den abgefallenen Klappanker nicht ohne zusätzliche Erregung der Erregerwicklung anziehen kann. Der Kern der Erregerwicklung mindert aber auch den Fluß durch den angezogenen Klappanker und schwächt so die Haltekraft bei stromloser Erregerwicklung. Der magnetische Widerstand des Kerns der Erregerwicklung ist also in jedem Betriebszustand des Relais gleich groß, womit ein erheblicher Teil des Flusses des Dauermagnets, der zum Halten des Klappankers in der angezogenen Lage dienen könnte, bei nicht erregter Erregerwicklung nutzlos über den Nebenschlußkreis verläuft

Bei Verwendung des aus der US-PS 19 56 279 bekannten Relais als selbsthaltendes Relais hält der Dauermagnet den Klappanker auch nach Aufhören eines der Erregerwicklung zugeführten Anzugimpulses in der angezogenen Stellung. Der Klappanker fällt ab, wenn der Erregerwicklung ein Abfallimpuls mit gegenüber dem Anzugimpuls umgekehrter Richtung zugeführt wird. Der Abfallimpuls muß in einem bestimmten Größenbereich liegen. Bei zu kleinem Abfallimpuls wird die Haltekraft des Dauermagnets

'- nicht aufgehoben, während es bei zu großem Abfallimpuls zu einem erneuten Verriegeln des selbsthaltenden Relais kommt Das aus der US-PS 19 56 279 bekannte Relais wäre bei Verwendung als selbsthaltendes Relais relativ empfindlich gegen Obererregung durch Abfallimpulse, so daß es leicht zu Fehlschaltungen kommt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so zu verbessern, daß auch bei hoher Empfindlichkeit zuverlässiges Bleiben des Klappankers in beiden Ruhelagen bei Nichterregung des Relais gegeben ist und darüber hinaus eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen Übererreguiyr, durch Abfallinipulse vorhanden ist und Fehlschaltungen aufgrund einer solchen Übererregung weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Beim Anzug des erfindungsgemäßen Relais wird der magnetisierbare, remanentmagnetische Kernteil durch entsprechend gerichtete, der Erregerwicklung zugeführte Anzugimpulse so magnetisiert daß er dem Dauermagneten im Nebenschlußkreis mit gleichnamigen Polen gegenüberliegt Der Kernteil trägt damit nach Abklingen des Anzugimpulses nicht nur zum Halten des Klappankers in der angezogenen Lage mittels des von ihm ausgehenden Flusses bei, sondern erhöht auch den magnetischen Widerstand des Kerns für den Fluß des Dauermagneten. Das bedeutet, daß praktisch der gesamte Fluß des Dauermagneten zusammen mit dem Fluß des Kernteils als Nutzfluß über den Luftspalt und den Klappanker verläuft. Der

Dauermagnet kann somit kleiner als bei vergleichbaren Relais ohne ummagnetisierbares Kernteil sein. Zum Abfallen des Klappankers des erfindungsgemä-

^w Ben Relais wird der Erregerwicklung ein Abfallimpuls mit gegenüber dem Anzugimpuls umgekehrter Richtung zugeführt. Der Abfallimpuls magnetisiert den Kernteil so, daß er dem Dauermagnet im Nebenschluß mit ungleichnamigen Polen gegenüberliegt Nach Abklingen des Abfallimpulses stellt der Kern nunmehr einen Weg mit relativ niedrigem magnetischen Widerstand für den Fluß des Dauermagneten dar. Die vom Dauermagnet und dem Kernteil ausgehenden Streuflüsse üben somit praktisch keine Anziehungskraft mehr auf den Klappanker aus. Da der Dauermagnet aufgrund des das Halten des Ankers in der angezogenen Lage unterstützenden Kernteils wie vorstehend erläutert im Vergleich zum Dauermagnet bekannter Relais kleiner sein kann, ist auch der magnetische Widerstand für einen eventuell von der Erregerwicklung bei Übererregung bewirkten übergroßen Rückstellfluß in dem den Dauermagnet enthaltenden Nebenschlußkreis vergleichsweise geringer. Dieser Kreis kann somit einen

größeren Anteil des von der übererregten Erregerwicklung ausgehenden Magnetflusses aufnehmen, womit auch der über den Klappanker und den Luftspalt fließende Streuflußanteil kleiner wird. Das erfindungsgemäße Relais kann somit stark übererregt werden, bevor dieser Streuflußanteil so groß wird, daß er den Klappanker wieder zum Anzug bringt und eine Fehlschaltung des Relais bewirkt.

Aus der FR-PS 13 60 240 ist ein Klappankerrelais mit zwei Dauermagneten bekannt, die den Klappanker in beiden Stellungen selbsthaltend verriegeln. Die beiden Dauermagnete sind jedoch nicht durch das elektromagnetische Feld der Erregerwicklung ummagnetisierbar und liegen auch nicht in ständigem magnetischen Nebenschluß zu dem aus Weicheisen bestehenden Kern der Erregerwicklung. Aus der US-PS 31 28 418 und der GB-PS 5 55 105 sind selbsthaltende Klappankerrelais bekannt, deren Erregerwicklung einen ganz oder teilweise aus einem Dauermagnet gebildeten Kern umschließt Der Dauermagnet ist jedoch durch das elektromagnetische Feld der Erregerwicklung nicht umpoibar und dient lediglich der Selbstheilung des Klappankers, ein zusätzlicher, im magnetischen Nebenschluß zum Relaiskern liegender Dauermagnet fehlt Die bekannten, selbsthaltenden Relais berücksichtigen nicht die Problematik geringer Übererregungsgrenzen der Abfallimpulse und geben keinen Hinweis darauf, wie diese Grenzen erhöht werden könnten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Relais;

Fig.2 eine vergrößerte Seitenansicht des Rückschlußbügels und des Kerns des in F i g. 1 dargestellten r.elais mit den drei verschiedenen Flußbahnen bei abgefallenem Klappanker;

F i g. 3 das Relais nach F i g. 2, jedoch bei anliegendem Klappanker.

F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Klappankerrelais nach der Erfindung mit einem im ganzen etwa C-förmigen ferromagnetischen Rückschlußbügel 10, der an seinem einen Schenkel U einen von einer Erregerwicklung 21 umschlossenen Kern 22 und an seinem anderen Schenkel 12 einen Dauermagneten 16 trägt, der über ein Bügelteil 14 magnetschlüssig mit einem freiliegenden Ende 23 des Kerns 22 verbunden ist. Der Dauermagnet 16 bildet eine polarisierende Magnetflußquelle, die in einem geschlossenen Eisenkreis im magnetischen Nebenschluß zu dem Kern 22 liegt. Der Schenkel Il und der Bügelteil 14 bestehen aus ferromagnetischem Material und sind mit Abstand voneinander und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet Der Schenkel 12 erstreckt sich aufwärts über den Bügelteil 14 hinaus und trägt einen Klappanker 30. Das dem Schenkel 12 abgekehrte Ende des Schenkels 11 trägt ein Verbindungselement, das in diesem Falle aus einem ebenfalls aufwärts gerichteten Flansch 13 besteht Der Dauermagnet 16 ist in dem einen Zwischenraum zwischen dem Schenkel 12 und einem abwärts gegen den Schenkel 11 gerichteten im Abstand und im wesentlichen parallel zum Schenkel 12 verlaufenden Schenkel 15 des Bügelteils 14 angeordnet.

Den Klappanker 30 hält ein Halteglied 17, das mit der dem Dauermagnet 16 abgekehrten Seitenfläche des Schenkels 12 verbunden ist Das untere Ende des Halteglieds 17 hat einen Vorsprung 18, der sich vom Dauermagneten i6 weg erstreckt und an dem ein Ende einer als Wendelfeder ausgebildeten Rückholfeder 19 befestigt ist. Der Kein 22 besitzt ein Kernteil 24 aus

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ummagnetisierbarem remanentmagnetiscben Material, das zwischen zwei ferromagnetischen Endteilen 22ο, 22Jb des Kerns 22 angeordnet ist

Der Dauermagnet 16 und der remanentmagnetische Kernteil 24 bleiben magnetisch, wenn keine äußeren Magnetisierungskräfte wirken- Der Dauermagnet 16 ändert jedoch seine Polarität während des Betriebs des Relais nicht, womit sich auch die Richtung der durch ihn hervorgerufenen Magnetflüsse nicht ändert während der remanenvmagnetische Kernteil 24 des Kerns 22 unmagnetisierbar ist, womit sich bei jeder Umpolung die Richtung des von ihm hervorgerufenen Magnetflusses ändert

Der Dauermagnet 16 ist zusammen mit den Schenkeln 12 und 15 auf einer Seite der Erregerwicklung 21 angeordnet während eine Klemmenleiste 25 auf deren anderen Seite angebracht ist und mit dem Flansch 13 auf eine beliebige Weise verbunden ist Die Klemmenleiste 25 trägt wenigstens zwei feststehende Schaltkot! takte 26 und 27, die voneinander im Abstand angeordnet sind, und zwei Klärung 28 und 29 für den Anschluß der Erregerwicklung 21.

Der Anker 30 kann völlig aus ferromagnetischem Material (F i g. 2 und 3) bestehen oder ein ferromagnetisches Grundteil aufweisen, welches, wie es in Fig. 1 gezeichnet ist, mit einer Platte aus nichtferromagnetischem Material versehen ist

Der Klappanker 30 ist an einem Ende an dem freien Ende des Schenkels 12 gelagert und erstreckt sich mit seinem freien Ende über die freiliegende Endoberfläche 23 des Kerns 22. Der Klappanker 30 weist zwei Fortsätze 31 (von denen nur einer gezeigt ist) sowie einen zwischen diesen angeordneten Vorsprung 32 auf. Diese Teile erstrecken sich von dem gehalterten Ende des Klappankers 30 aus in eine von dem Kern 22 abgewandte Richtung. Die Fortsätze 31 sind relativ zur Hauptebene des Klappankers 30 in einem Winkel gebogen, und enden in freien Endstücken, die gegen den Schenkel 12 anliegen können, um die maximale Verschwenkung des Klappankers 30 entsprechend F i g. 1 im Gegenuhrzeigersinn von der Kernoberfläche 2i weg zu begrenzen. Die Rückholfeder 19 ist an dem Vorsprung 18 des Haltegliedes 17 und an dem Vorsprung 32 befestigt.

Die feststehenden Kontakte 26 und 27 wirken mit beweglichen Kontakten 36, 37 eines Federarmes 34 zusammen, der in einem Isolierblock 33 des Klappankers 30 gehalten ist. Das andere Ende des Federarmes trägt eine Klemme 35.

Die drei Flußquellen, nämlich der Dauermagnet 16, der Kernteil 24 und die Erregerwicklung 21 sind in der aus Fig.2 und 3 ersichtlichen Weise zueinander orientiert. Gemäß Fig.2 ist der Klappanker 30 abf?fF.llen; der Nordpol des Dauermagneten 16 liegt an dem Schenkel 15 des Bügelteils 14, während der Nordpol des ummagnetisierbaren remanentmagnetischen Kernteils 24 an dem unteren ferromagnetischen Endteil 226 des Kerns 22 anliegt In Fig.2 sind ein geschlossener Eisenkreis mit einer Flußbahn 40 und zwei Flußbahnen 41 bzw. 42 mit veränderlichem magnetischen Widerstand dargestellt, wobei die Pfeile die Flußrichtung in jeder Bahn angeben, wenn der Dauermagnet 16 und der Kernteil 24, wie oben angegeben, polarisiert sind und die Erregerwicklung 21 abgeschaltet ist.

Die Polarität des Dauermagneten 16 ändert sich, wie gesagt, während des Relaisbetriebes nicht, und die Richtung der in jeder der Flußbahnen 40 und 41

erhaltenen Flußanteile entspricht daher immer der in Fig. 2 gezeigten Richtung. Die Richtung des Flusses, der von dem remanentmagnetischen Kernteil 24 herrührt, wenn dieser, wie in Fig. 2 angegeben, polarisiert ist, entspricht in jeder der FluQbahnen 40 und 42 der in F i g. 2 gezeigten Richtung der Pfeile. Bei abgefallenem Klappanker 30 sind die von dem Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 herrührenden Flüsse in den — den Luftspalt 39 in voller Breite als maximalen magnetischen Widerstand enthaltenden — Flußbahnen 41 und 42 einander entgegengerichtet. Die vom Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 herrührenden Flüsse verlaufen im geschlossenen Eisenkreis der Flußbahn 40 in derselben Richtung. Aus diesem Grunde reicht die an dem offenen Luftspalt 39 angreifende Magnetkraft nicht aus, um den Klappanker 30 zu bewegen, der durch die Vorspannung der Rückholfeder 19 in der abgefallenen Stellung gehalten

Um den Klappanker 30 zum Anliegen zu bringen, wird die Erregerspule 21 denirt erregt, daß am oberen Ende 23 des Kerns 22 ein Nordpol entsteht und damit auch die Polarität des ummagnetisierbaren remanentmagnetischen Kernteils 24 umgekehrt wird. Hierdurch wird, wie es in Fig.3 dargestellt ist, die Richtung des vom Kernteil 24 herrührenden Flusses umgekehrt, der damit zusammen mit dem Fluß der Erregerwicklung 21 dem Fluß des Dauermagneten 16 in der Flußbahn 40 entgegengerichtet ist Die Flußbahn 40 hat nunmehr einen bedeutend höheren magnetischen Widerstand als die Außenbahnen41und42. Die Flüsse.die jetzt durch alle drei Flußquellen 16,21,24 in beiden den Luftspalt 39 als magnetischen Widerstand enthaltenden Flußbahnen 41 und 42 erzeugt werden, haben am Luftspalt 39 dieselbe Richtung, da die Richtung der Flüsse, die auf den Flußbahnen 40 und 41 von dem Dauermagnet 16 herrühren, durch die Erregung der F.rregerspule 21 nicht beeinflußt werden. Aufgrund des hohen magnetischen Widerstands der Flußbahn 40 wird im wesentlichen der gesamte Fluß aus dieser F'lußbahn abgedrängt, und an dem Luftspalt 39 tritt eine magnetische Kraft auf, die den Klappanker 30gegen die Kraft der Rückholfeder 19 verschwenkt und zur Anlage an der freiliegenden Endfläche 23 des Kerns 22 bringt. Der Luftspalt 39 ist jetzt geschlossen und der magnetische Widerstand der Flußbahnen 41 und 42 ist minimal.

Ein Anzugimpuls, der der Erregerspule 21 zur Bestätigung des Relais zugeführt wird, kann eine minimale Dauer und Intensität aufweisen, die ausreicht, um die Polarität des remanentmagnetischen Kernteils 24 umzukehren und einen elektromagnetischen Fluß zu erzeugen, der zusätzlich zu dem von den Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 herrührenden Fluß erforderlich ist, um an dem Luftspalt 39 die notwendige wirkende Magnetkraft zu er/.eugen. Die Erregerspule 21 kann hierbei aber auch so stark erregt werden, daß die vorerwähnten minimalen Parameter weit überschritten werden, ohne daß sich daraus eine nachteilige Wirkung für das Relais oder die Betriebsweise des

to Relais ergibt.

Beim Abschalten des Anzugimpulses hört der elektromagnetische Fluß der Erregerspule 21 auf. Die Polarität des remanentmagnetischen Kernteils 24 bleibt so, wie sie durch die Erregung der Erregerspulc 21 ausgebildet worden ist und die Flüsse, die als rcmanentc Flüsse von dem Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 her in den flußbahnen 40 bis 42 auftreten, bleiben in bezug auf ihre Richtung, so wie sie in F i g. 3 dargestellt

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seiner anliegenden Stellung magnetisch zu verriegeln. Obwohl der magnetische Widerstand im gemeinsamen Eisenkreis der Flußbahn 40 relativ hoch ist, kann auch jetzt noch ein gewisser Streufluß, wie in F i g. 3 dargestellt, auftreten.

Um den Klappanker 30 abfallen zu lassen, wird die Erregerspule 21 mit einem dem Anzugsimpuls entgegengesetzt gerichteten Abfallimpuls erregt, wodurch die PolaritT des remanentmagnetischen Teils 24 umgepolt wird. Der von dem Kernteil 24 herrührende Fluß

JO zusammen mit dem elektromagnetischen Fluß in der Flußbahn 42 ist jetzt dem vom Dauermagneten 16 herrührenden Fluß in der Flußbchn 41 entgegengesetzt gerichtet, womit der Klappanker 30 unter der Wirkung der Vorspannung der Rückholfeder 19 abfällt. Die von allen drei Flußquellen 16, 20, 24 in der geschlossenen Flußbahn 40 erzeugten Flüsse haben dieselbe Richtung, vgl. F i g. 2.

Das Abfallen und Anziehen des Ankers benötigt nur eine Feldenergic, die gleich einem kleinen Teil der magnetischen Verriegelungsenergie ist. Es wurde aber festgestellt, daß die Abfallimpuls-Energie um das 20fache der minimalen Abfallimpuls-Energic erhöht werden kann, bevor der von dem Kcrntcil 24 herrührende Fluß und der elektromagnetische Fluß den

•»5 von dem Dauermagneten 16 herrührenden, entgegenwirkenden Ruß überwindet und eine falsche Betätigung auslöst.

Der Elektromagnet 20 kann auch mit einem einheitlichen Kern 22 aus einem entsprechenden remanenten Magnetmatcrial ausgestattet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Elektromagnetisches Klappankerrelais, mit einem von einer Erregerwicklung umgebenen ferromagnetischen Kern, einem ferromagnetischen Rückschlußbügel und einem an dem Rückschlußbügel angelenkten, zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material bestehenden Klappanker, der zusammen mit dem Kern und dem Rückschlußbügel einen Magnetkreis bildet, welcher in der abgefallenen Stellung des Klappankers einen Luftspalt enthält, und mit einem im ständigen magnetischen Nebenschluß zum Kern angeordneten Dauermagnet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Kerns (22) durch ein mittels der Erregerwicklung (21) unmagnetisierbares remanentmagnetisches Kernteil (24) gebildet ist, welches dem Dauermagnet (16) des magnetischen Nebenschlußkreises (40) bei abgefallenem Klappanker (30) mit ungleichnamigen Polen und bei angezogenem Klappanker (30) mit gleichnamigen Polen gegenüberliegt.

Z Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (16) zwischen je einem Schenkel (12 bzw. 15) des Rückschlußbügels (10) und eines Bügelteils (14) magnetschlüssig angeordnet ist, während die anderen Schenke? (11) des Rückschlußbügels (10) bzw. des Bügelteils (14) zu den Enden des Kerns (22) führen.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) an dem auch den Dauermagneten (16) tragenden Schenkel (12) des Rückschlußbügels (10) gelage? ·. ist

4. Relais nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß d ^-s ummagnetisierbare remanentmagnetische Kernteil (24) zwischen zwei Endteilen (22a, 22b) aus ferromagnetischem Material angeordnet ist.