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Meutrales Klappankerrelais hoher Ansprechempfindlichkeit mit einseitiger
Ruhelage des zweiflügeligen Ankers Die Erfindung bezieht sich auf ein neutrales
Klappankerrelais mit Weicheisenkern und einseitiger Ruhelage des zweiflügeligen
Drehankers, wobei der Drchanker mit dem einen Ankerflügel der Ausuenseite des einen
Jechschenkels und mit seinem anderen Ankerflügel der Innenseite des anderen Jechschenkels
gegenübersteht.
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Bckanntlich versteht man unter einem neutralen Relais eine durch Impulse
steuerbare Schaltanordnung, bei der unabhängig von der Stromrichtung der Steuerimpulse
ein gleichartiges Ansprechen der Schaltanordnung erfolgt. Neutrale Relais,
insbesendere
Klappankerrelais mit Weicheisenkern und einseitiger Ruhelage des Ankers, etellen
in der Relaistechnik die an hinflgst@@ verwendete Auslührungsferm dar. Ihr Einsatz
ist jedsch dann in Frage gestellt sder überhaupt nicht mehr möglich, wenn derartige
Relais für Aufgaben benutzt werden sollen, bei denen eine relativ hohe Ansprechempfindlichkeit
verlangt wird. Für derartige Verwendungsswecke benutzt man daher häufig gepolte
Relais, bei denen durch eine Vormagnetisierung bestimmter Flußkreise eine Empfindlichkeitssteigerung
erreicht wird. Nachteilig ist dabei jedoch, daß bei diesen bekannten Anordnungen
swangsläufig das neutrale Arbeitsverhalten verlassen wird, wodurch eine Auslese
hinsichtlich der Stromrichtung der auf das Relais wirkenden Steuerimpulse zwangsläufig
entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klappankerrelais zu schaffen, bei
dem unter Beibehaltung eines neutralen Betriebsverhaltens eine erhebliche Empfindlichkeitssteierung
des Relais eintritt. Dabei wird neben der erhöhten Ansprechempfindlichkeit die Forderung
gestellt, daß die Relaisanordnung nech für eine relativ hehe Schaltfrequenz geeignet
ist, was nur durch eine extreme Verkleinerung des Massenträgheitsmoments der beweglichen
Teile ermöglicht werden kann.
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E3 ist zwar bei elektromagnetischen Relais bereits bekannt, zur Erhöhung
des Wirkungsgrades und darnit der hnsprechempfindlichkeit den Klappanker nicht nur
mit einem Flügel zu vorsehen, sondern zweiflügelig auszuführen, da sich bei entsprechender
Flußführung dann zwei Arbeitsluftspalte ausbilden, die sich hinsichtlich der auf
den Anker betriebsmäßig wirkenden Drchmomente dann unterstützen. Bei gleichem wirksamen
Hub des Ankers entsteht dann bei eincr bestimmten Erregung annähernd eine Verdopplung
des Drehmoments bzw. die Ansprecherregung des Systems erhöht sich dabei in entsprechender
Weise.
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Es ist auch bereits bckannt, die Rückstellkraft eines federlesen Ankers
durch einen Dauermagneten zu erzeugen, wodurch sich die Verwendung einer besonderen
Rückstellfeder für den Anker erübrigt. Bei gepolten slcktromagnet schen Relais ist
es forner bekannt, daß mindestens ein Dauermagnet eine Vormagnetisierung des Ankers
bzw. bestimmter Teile des Erregerflußkreises übernimmt, wodurch sich eine Erhöhung
der Ansprechempfindlichkeit gegenüber gleichartigen Systemen ohne Vormagnetisierung
ergibt. Der Nachtel dieser letztgenannten Anerdnung liegt aber besogen auf die Aufgabenstellung
vorliegender Erfindung darin, daß das Relaissystem durch den Dauermagneten ein gepoltes
Verhalten erhält, so daß Impulse wechselnder Richtung nicht mehr in gleicher Weise,
wie beimneutralen System, ausgewertet werden können.
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Es sind ferner bereits elektremagnetische Relais mit einem Drehanker
bekannt geworden, bei denen sich zwei den beiden Ankerflügeln zugeordnete Luftspalte
ergeben. Beispielsweise zeigt die amerikanische Patentschrift 3 317 871 ein derartiges
System, webei jedoch nur ein wirksamer Arbeitsluftspalt für den Drehanker vorhanden
ist. Der andere Luftspalt ist dagegen als inaktiver Arbeitsluftsyalt zu werten,
da das dort auftretende Drehmement sich mit dem Drchmoment des anderen Ankerflügels
nicht addiert, sondern sogar subtrahiert. Dadurch kann - obwohl zwei Luftspalte
an den Ankerflügeln zu den Jochschenkeln vorhanden sind - nicht von einer Epfindlichkeitssteigerung
gesprochen werden, die durch dne zweiflügeligen Drehanker erreicht wird. Bei der
erwähnten Ausführungsform ist auch ein Dauermagnet vorhanden, der die Rückstellkraft
für den federlosen Drchanker erzougt. Dieser Dauermagnet befindet sich aber, zumindest
bei ener bestimmten Folung des Erregerstroms, innerhalb des Erregerflußkreises.
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Man kann bei dieser bekannten Anordnung auch davon ausgehen, daß der
Dauermagnet zur Empfindlichkeitssteigerung auch eine
Vormagnetsierung
des Erregerkreises erzeugt, doch ist hierbei der Ankerflügel im wesentlichen in
Längsrichtung vom Dauerfluß durcllsetzt-, Dies hat den schwerwiegenden Nachteil,
daß zur Vermeidung von Sättigungserscheinangen der Querschnitt des Drehankers entsprechend
groß dinensioniert werden muß, so daß ein rclativ großes Trägheitsmoment für den
Anker entsteht Da aber die Größe des Trägheitsmomentsbestimmend für die betriebsmäßig
erzielbare Schaltfrequenz eines derartigen Relais ist, kann auch die in der Regel
gestellte Forderung nach kleinem Fassenträgheitsmoment und damit hoher Schaltgeschwindigkeit
des Relais nicht erfüllt werden.
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Wenn auch einzelne der folgenden Merkmale bei Relais belcannt sind,
so zeigt die erfindungsgemäße lösung eine Anordnung, wie diese zum Teil bckannten
Merkmale kombiniert werden können, um ein neutrales Relais hoher Ansprechempfindlichkeit
sowie großer Schaltgeschwindigkeit zu schaffen, ohne daß die bei bckannten Anerdnungen
sich ergebenden Nachteile auftreten Nach der Erfindung lassen sich die gestellten
Forderungen dadurch erfüllen, daß bei einem Relais der eingangs näher bezeichneten
Art eine Kombination folgender drei Merkmale vorgenomn.en wird: a) Der -orzugsr/cisc
im Schwerpunkt gelagerte Drehanker bildet mit seinen Ankerflügeln zu den Jochsehenkeln
zwei Arbeitsluftspalte, wobei die betriebsmäßige auf den Anker wirkenden Drehmomente
sich üterstützen.
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b) Die Rückstellkraft des federlosen Drehankers ist durch einen in
wesentlichen außerhalb des Erregerflußkreises liegenden Dauermagneten erzeugt, dessen
Polschuhc einen Ankerflügel zangenförmig umfassen, wodurch ein größerer Arbeitsluftspalt
und einn im Vergleich dazu kleinerer Hilfsluftspalt entsteht.
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c) Der Dauermagnet erzeugt eine Vormagnetisierung des diesem räumlich
benachbarten ankerflügels, wobei der Dauerfluß diesen Ankerflügel im wesentlichen
in Querrichtung durchsetzt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den durch
den Dauermagneten wirksamen Fluß, der sowohl die Rückstellkraft des federlosen Drchankers
als auch die Vormagnetisierung erzeugt, einstellbar zu machen. Zweckmäßigerweise
wählt man dazu eine dem freiliegenden Polschuh des Dauermagneten zugeordnete ferromagnetische
Einstellschraube, die den wirksamen Abstand cincs d-en Daucrfluß führenden Nebenluftspalts
bestimmt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei die Figur in schematischer Darstellung
das Elektromagnetsystem nach der Erfindung zeigt. Bei der in der Zeichnung dargestellten
Ausfährung eines Klappankerrelais mit Dauermagneten handelt es sich un ein quasigepoltes
Elektromagnetsystem, welches auf Impulse wechselnder Richtung in gleicher Weise
anspricht, wie ein neutrales Relais. Der Drehanker 1 wird dabei vom Erregerfluß
# E und dem Ausgleichsfluß # A des Dauermagneten 6 in Längsrichtung durchflossen,
während der wesentliche Teil des Dauerflusses den Ankerfluügel 1a in Querrichtung
durchsetzt. Aus diesen Grund kann man in der Praxis den Querschnitt des Drehankers
relativ klein halten, wadurch auch sein Massenträgheitsmoment gering bleibt. Auf
diese Weise ist es möglich, entsprechend kurze Ansprech- und Hubzeiten für den Drehanker
1 zu erreichen, wodurch sich die erreichbare Schaltfrequenz des Systems wesentlich
vergrößert. Der Drehanker ist im übrigen mit eine Achse 2 im Schwerpunkt gelagert,
wodurch eine hohe Stoß- und Schüttelfestigkeit erzeielt wird. An der Achsc 2 befindet
sich der elektrische Anschluß c für die Umschaltkontakteinrichtung mit den weiteren
Anschlüssen a und b.
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Die Rückstellung des Ankers von der labileii Arbeitslage in die stabile
Ruhelage erzeugt der bereits erwähnte Dauerinagnet 6, der den Dauerfluß # D erzeugt.
Um diese Rückstellung zu erreichen, ist der den Dauermagneten 6 am niichstcn liegende
Ankerflügel 1a unsymmetrisch zwischen dem Polschuh 4 und dem Jochschenkel 5a derart
angeordnet, daß stets die Anzugskraft des Dauermagneten 6 im Hilfsluftspalt 7 höher
ist, als im Arbeitsluftspalt 8a. Beim Auftreten des Erregerflusses durch Anlegen
der Betriebsspannung an die Punkte x und y der rregerwicklung 11 überlagert sich
dieser mit dem Dauerfluß, wobei je nach iiichtung des Erregerflusses eine Schwächung
oder Verstärkung des Dauerflusses in den dem Ankerflügel la nächstgelegenen Arbeitsluftspalt
8a erfolgt. Durch den Fortfall der sonst notwendigen Ankerrückstellfeder ist der
konstruktive Aufbau des Elektromagnetsystems relativ enfach.
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Mit Hilfe einer Einstellschraube 9 kann der über den Neben luftspalt
12 flicßcndc Dauerfluß innerhalb eines bestimmten Bereichs optimal abgeglichen werden.
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Der dem Ankerflügel 1a des Drehankers 1 gegenüberliegende Ankerflügel
1b arbeitet wic bei einem üblichen neutralen Klappankerrelais. Das auf diesen Ankerflügel
1b wirksame Drehmoment ist zwar wegen der hier feiilenden Vormagnetisierung geringer,
es ist aber mit den Drehmoment des anderen Ankerflügeis 1a gleichsinnig, so daß
sich in jedem Fall beide Drchmomente addieren. Das gilt sowohl für den Fall, daß
die auf die Erregerwicklung 11 wirksamen Steuerimpulse positiv oder auch negativ
sind. Infolgc der Uberlagerung des Erregerflusses mit den Daucrfluß in nur einer.
der beiden Arbeitsluftspalte wird je nach Richtung der wirksamen Stcucrimpulse die
Ansprecherregung des Elektromagnetsystem allerdings verschieden sein.
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Dieser scheinbare Nachteil läßt sich jedoch bei Auswerteschaltungen
in vorteilhafter Weise verwenden, wenn beispielsweise
der Istwert
des positiven Steuerimpuls kleiner ist als die Ansprechempfindlichkeit, der Istwert
des negativon Steuerimpulses aber die Ansprochempfindlichkeit erreicht.
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3 P a t e n t a n s p r ü c h e 1 Figur