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Elektromagnetisches Haftrelais Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches
Haftrelais, dessen zwei stabile Schaltstellungen durch die Überlagerung eines durch
einen Permanentmagneten erzeugten Dauerflusses mit einem elektrisch erregten I.Iagnetfluß
erreioht werden und das in seinem Aufbau weitestgehend mit einem entsprechenden
neutralen Relais übereinstimmt, bei dem der Anker parallel zur Spule liegt.
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Neutrale Relais, bei denen der Anker parallel zur Spule angeordnet
ist, sind hinreichend bekannt, so beispielsweise die üblichen ßlachrelais für Fernmeldezwecke.
Diese Relais schalten beim ließen eines Stromes durch die Relaiswicklung um und
fallen nach Beendigung der Erregung wieder in die Ausgangslage zurück.
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Elektromagnetische Relais mit zwei stabilen Schaltstellungen werden
vor allem dann verwendet, wenn nach Erregung durch einen Steuerimpuls die damit
erzielte lage des Ankers auch nach Beendigung des Steuerimpulses erhalten bleiben
soll,bis ein anderer Steuerimpuls die ursprüngliche Stellung wieder herstellt. Bei
einer Anwendung der Haftrelais in der Eisenbahnsicherungstechnik sind besonders
die relativ großen Kontaktzahlen, Kontaktabstände und Kontaktwege zu beachten, ferner,
daß derartige Relais nicht in einer Mittellung verbleiben und daß sie nicht während
des Umstellvorganges wieder in die Ausgangslage zurückfallen, wenn bereits die Kontakte
in der gewünschten Schaltstellung geschlossen waren,
z.B.wenn der
Impuls in fehlerhafter Weise vorzeitig beendet- wurde.
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Die zuletzt genannte Arbeitsweise läßt sich bei neutralen Relais mit
mechanischen Mitteln erreichen Dazu notwendige Einrichtungen sind jedoch kompliziert
und damit störanfällig und teuer. Wegen des meist größeren Raumbedarfs ist es schwer,
im Aufbau eine weitestgehende Übereinstimmung zwischen einem solchen Raftrelais
und einem entsprechenden neutralen Relais zu schaffen.
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Es ist üblich, Haftrelais und neutrale Relais gen meinsam in Relaisgruppen
und Relaisgestellen einzusetzen. Daher ist einerseits für die Konstruktion der Relaisgestelle
und andererseits für die fertigung der Relais eine größtmögliche Übereinstimmung
beider Typen von erheblicher Bedeutung.
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Weiterhin ist eine -Tielzahl von elektromagnetischen Relais mit Permanentmagneten
zur Aufrechterhaltung der beiden Schaltzustände unter dem Namen "polarisierte Relais"
bekannt.
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Beispielsweise wird das parallel zur Spule liegende Jochteil verkürzt
und dort ein Permanentmagnet eingefügt, so daß der zweischenklige Anker mit dem
einen Schenkel entweder über das Jochteil den Magneten kurzschließt oder in der
anderen Lage mit dem anderen Schenkel den Magnetkreis über die Reihenschaltung Magnet-Joch-Spule
schließt CBRD-Pat entschrift 846 863 Kl. 21a1, 20/o1).
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Um den störenden Einfluß der Ankerlagerung, die in beiden Schaltstellungen
des Relais einen verschieden großen magnetischen Widerstand hat, auszuschließen,
wird durch zusätzliohe Ankerarme ein Nebenschluß zum magnetischen Widerstand
des
Gelenkes geschaffen. Dieser ist so ausgebildet, daß der aus der Parallelschaltung
der beiden magnetischen Widerstände resultierende Widerstand in beiden Schaltstellungen
des Ankers gleich ist (BRD-AS 1 198 455 Kl. 21g, 4/01), Beiden Relais ist gemeinsam,
daß beim Aufbau ihrer Magnetsysteme das spezielle Ziels ein polarisiertes Relais
unter optimalen Verhältnissen zu konstruieren, ohne Berücksichtigung von technologischen
Belangen hinsichtlich der Wiederverwendung von Baugruppen, Einzel-oder Ausgangsteilen
f nur ein neutrales Relais, verfolgt wird. Ein weiterer nachteil ist,daß der veränderliche
Einfluß des magnetischen Widerstandes des Ankergelenkes in einer Weise umgangen
wird, die größere energetische Verluste innerhalb des Magnetkreises verlangt.
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Eine andere Variante eines Relais mit festen Schaltstellungen besitzt
nur sehr geringe Abweichungen von einem gleichartigen neutralen Relais. Dabei befindet
sich das Ankergelenk am vorderen Ende eines parallel zur Spule liegenden Joches.
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Der Arbeitsluftspalt beLindet sich zwischen Anker und Spulenkernstirnfläche.
Beim Relais mit festen Schaltstellungen wird der Spulenkern und die Spule gegenüber
den neutralen Relais verkürzt. In dem gewonnenen Raum wird ein Permanentmagnet untergebracht,
so daß sich die Reihenschaltung Joch -Permanentmabeet - spulenkern - Arbeitsluetspalt
- Anker -Joch ergibt. (Ing. Volker Bechstein:"Das Haftrelais - ein neues Signalrelais
der Bauart WSSB", Deutsche Eisenbahntechnik 14 (1966) Eeft 10, S. 449-451).
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Das Relais besitzt jedoch nu eine durch den Permanentinag neten gehaltene
Endstelluflg;in der anderen Stellung wird es wie d neutrale Relais durch Federkraft
gehalten. Das
hat Nachteile hinsichtlich Erschütterungsempfindlicbkeit,
auch besteht die Möglichkeit eines F Federbruches, wodurch die eine Schalt stellung
nicht mehr einwandfrei fixiert werden kann. Ferner kann bei einer sehr starken Erregung
in Abfallrichtung das Relais unmittelbar nach dem Abfall wieder anziehen, wenn die
Abfallerregung so stark ist, daß sie nicht nur den permanenten Magneten kompensiert,
sondern einen zum Anzug ausreichenden Fluß in entgegengesetzter Richtung zum permanenten
BEgneten bilden kann. Die ErschUtterungsempfindlichkeit wird auchbei anderen Relais
durch lange Ankerarme und große übersetzungen, um die für Signalrelais erforderlichen
großen Ankerwege und Eontaktkräfte zu erzielen, also durch große bewegte nassen,
ungünstig beeinflußt. Auch werden dadurch die Eisenweglängen im Magnetkreis größer.
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Zweck der Erfindung ist ess die genannten Mängel zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter weitestgehende Verwendung
von Baugruppen und Einzel-oder Ausgangsteilen eines neutralen Relais bei dem der
Anker parallel zur Spule liegt, ein Haftrelais mit kurzes möglichen Eisenwegen und
geringer beweglicher Masse zu schaffen.
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Er2indungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Anker und Joch
durch Abwinklung aus gleichen Teilen des neutralen Relais gebildet werden und in
der einen chaltstellung der Anker von innen an dem Joch und in der anderen Schaltstellung
der Anker an einem zwischen Spulenkern und Permanentmagnet angeordneten Zwischenpol,
der gleichzeitig als Polfläche für den Permanentmagneten dient, liegt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Magnetsystem, bedingt
durch das Maß der Abwinklung, die Größe der Polflächen und die Luftspalte so unsymmetrisch
bemessen, daß es in der Schaltstellung mit der größeren Haltekraft durch die größtmögliche
Zahl von in dieser Schaltstellung geschlossenen Kontakten symmetriert wird, Die
Symmetrierung für andere Kontaktkombinationen erfolgt durch eine nur in einer Richtung
wirkende Abdrückfeder.
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Außerdem kommt unter Berücksichtigung aller Toleranzen nur die äußerste
Kante des Joches mit dem Anker bzw. mit einem zwischen Anker und Joch liegenden
Elebblech in Berührung.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der Zeichnung zeigen: J?ig. 1 ein bekanntes neutrales Relais,
F 2 ein erfindungsgemäßes Haftrelais, Diig. 3 das Prinzipbild für den Flußverlauf
in der inneren stabilen Schaltstellung, Fig. 4 das Prinzipbild für den Slußverlauf
in der -äußeren stabilen Schaltstellung, ist 5 ein Diagramm der wirkenden Kräfte.
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Das in Fig. 1 dargestellte neutrale Relais besteht aus dem Joch 1,
dem Spulenkern 2 mit Spule 1 dem Gelenkjoch 5 und dem Anker 6, der parallel zur
Spule 15 liegt. Die Drehachse des Ankers 6 wird, wie aus der Schnittdarstellung
ersichtlich ist, durch Stahlkugeln 7, die in Vertiefungen am Anker 6 und am Gelenkjoch
5 hineinragen, festgelegt. Befestigt wird der Anker 6 mit einem am Gelenkjoch 5
befestigten Stift und einer Druckfeder 8. Die Kontaktfedern
12 werden
durch einen am Anker 6 angebrachten Kontaktträger 9 gehalten. Zwischen einer Grundplatte
10 und dem Kontaktträger 9 ist eine verstellbare Abdrückfeder 11 angeordnet.
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Das Eaftrelais nach Fig. 2 besteht in wesentlichen aus den-Bauteilen
des neutralen Relais nach Fig. 1. DerSpulenkern des neutralen Relais wurde durch
einen verkürzten Spulenkern 2, einen Zwischenpol 3 und einen Permanentmagneten 4
ersetzt. Außerdem wurde das Joch 1 und der Anker 6 derart abgewinkelt, daß der Anker
6 von innen am Joch 1 liegt. Das Abwinkeln hat gegenüber der beim neutralen Relais
verwendeten orm den Vorteil, daß der wirksame Luftspalt kleiner ist als der erforderliche
Hub. Damit läßt sich das unszmmetrisch aufgebaute Magnetsystem, welches über den
inneren Pol 13 einen kurzen und damit günstigen und über den äußeren Pol 14 einen
längeren Eisenweg besitzt, in Verbindung mit der Größe der Polfläche und den Klebblechstärken
gut symmetrisoh gestalten. In Fig. 3 und 4 sind schematisch die Wege des Flusses
eines Haftrelais nach Fig. 2 dargestellt.
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In der inneren Schaltstellung fließt der permanente Haltefluß #1,
wie durch die ausgezogene Linie dargestellt, vom Nordpol N über Zwischenpol 3, Anker
6 und Gelenkteil 5 zu rück zum Südpol S des Permanentinagneten 4. Der gestrichelt
dargestellte Streufluß #2 fließt über Spulenkern 2 und Joch 1 zum Anker 6. Soll
das Relais umschalten, muß der in der Spule erregte Fluß #3 so verlaufen, daß er,
wie durch die gepunktete Linie dargestellt, in Richtung des Streuflusses des Permanentmagneten
4 fließt. Somit wird an offenen Luftspalt des äußeren Pols 14 die Kraft vergrößert,
am geschlossenen
Luftspalt des inneren Pols 13 dagegen die Halteicraft
verringert.
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In Fig. 4 wird die entgegengesetzte Schaltstellung gezeigt.
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Der permanente Haltefluß ;1 und der StreufluB 62 haben gegenüber der
ersten Schaltstellung ihren Verlauf gewechselt.
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Der zum Umstellen in der Spule erregte Fluß #3 fließt jetzt durch
Umpolen der Spule entgegengesetzt, so daß sich am fenen Iuftspait des inneren Pols
13 beide Flüsse addieren und am geschlossenen Iuftspalt des äußeren Pols 14 kompensieren.
Über Gelenkjoch 5 und Permanentmagnet 4 fließt in beiden Fällen nur ein sehr kleiner
Teil des in der Spule erregten Flusses t ; weil der magnetische Widerstand des Permanentmagneten
4 sehr hoch ist.
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Bei dieser unordnung kann auch bei sehr starker Übererregung der Spule
nur die gewünschte Schaltstellung erreicht werden.
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Für die einvrandfreie Funktion des Relais besonders hinsichtlich des
labilen Kippunktes, ist es erwünscht, daß bei allen Kontaktbestückungen die Umschaltung
bei gleicher elektrischer Erregung erfolgt. Die von der Kontaktbestückung abhängige
Syminetrierung erfolgt durch Verstellen der in Fig.2 dargestellten Abdrückfeder
11.
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Unter Ausnutzung der konstruktiv bedingten Unsymmetrie des magnetkreises
(Haltekraft am inneren Pol großer als am äußeren Pol) sind die Polflächen, bre Abwioklung
und die Luftspaltabstände so gewählt worden, daß in der inneren Schaltstellung der
tYoerschuß an Haltekraft gerade durch die größtmögliche Zahl von geschlossener Kontakten
ausgeglichen wird.
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Fig. 5 zeigt ein Diagramm der wirkenden Kräfte. Die strichpunktierte
Kurve
a stellt die permanente Magnetkraft dar, die beiden anderen Kurven b und c zeigen
die mechanischen Kräfte P der Kontakte für die beiden extremen Kontaktbestückungen.
Die mechanischen Rräfte wirken gegen die magnetkraft, sie sind zur besseren Übersicht
mit negativen Vorzeichen eingetragen. Die ausgezogene Kurve b.hat viele g.eschlossene
Kontakte in der inneren Schaltstellung, die -gestrichelte Kurve G hat dagegen wenige
geschlossene, dafür mehr geöffnete Kontakte. Die Kurve c ist durch die in diesem
Falle erforderliche Abdrückfeder 11 angehoben. Damit ergibt sich, daß der labile
Kippunkt immer in dem Bereich liegt, in dem beide Kontaktarten geöffnet sind, wodurch
erreicht wird, dan. die Abdrückfeder 11 nur in einer Richtung wirken uß und daß
die elektrische Erregung für beide Schaltrichtungen und bei allen Kontaktbestückungen
nahezu gleich ist und ein Leistungsminimum bildet.
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Damit bei jedem relais die gleichen Kräfte wirken, ist es von Zedeutung,
daß sich nicht der Hebelarm des Ankers 6 dadurch verlängert, daß bei ungünstigen
Zusammentreffen der Toleranzen einmal die Ankerkante das Joch 1 berührt und ein
andernal die Joohkante den Anker 6 berührt. Die Toleranzen werdec deshalb so festgelegt,
daß immer die Jochkante den Anker 6 berührt oder umgekehrt.