DE1926514B2 - Neutrales Klappankerrelais hoher Ansprechempfindlichkeit mit einseitiger Ruhelage des zweiflügeligen Ankers - Google Patents

Description

trägheitsmoment und damit hoher Schaltgeschwindigkeit des Relais nicht erfüllt werden.

In der USA.-Patentschrift 3 013 136 ist auch bereits ein elektromagnetisches Relais mit einseitiger Ruhelage eines zweiflügeligen Drehankers beschrieben, bei welchem die beiden Ankerflügel mit den Jochschenkeln zwei wirksame Luftspalte bilden. Diese bekannte Konstruktion stellt aber im übrigen ein ganz gewöhnliches neutrales Relais mit einem zweiflügeligen Anker dar, bei welchem lediglich die Rückstellfeder durch einen Dauermagneten ersetzt ist, ohne daß dieser Dauermagnet ansonsten eine Verbesserung des Schaltverhaltens mit sich brächte. Da dieser Dauermagnet zudem noch an der Außenseite des Jochs angeordnet ist, kann er bei der Montage des Relais in der Nähe irgendwelcher Eisenteile sehr stark von außen beeinflußt werden, so daß ein genau definiertes Schaltverhalten nur schwer zu erreichen ist. Außerdem wirken Erregerfluß und Dauerfluß an verschiedenen Stellen auf den Anker, so daß dieser Ankerflügel eine ßiegcbcanspruchung erfährt, was sich wiederum zumindest als eine gewisse Verzögerung beim Schalten auswirkt. Auch der Ankerquerschnitt muß im Hinblick auf diese Biegebeanspruchung relativ groß gewählt werden, und diese resultierende große Ankermasse bewirkt nochmals eine Verringerung der Schaltschnelligkeit. Ein weiterer Nachteil dieses erwähnten bekannten Relais ergibt sich aus der gekreuzten Führung von Anker und Joch, wobei das Joch durch eine Ausnehmung des Ankers geführt ist. Der Erregerfluß schließt sich dabei nicht nur, wie angestrebt, über den Arbeitsluftspalt, sondern zum Teil auch bereits über diesen zusätzlichen Luftspalt am Kreuzungspunkt zwischen Anker und Joch. Dieser Nebenschluß bewirkt also Erregerverluste, die sich ebenfalls nachteilig für die Empfindlichkeit des Relais auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klappankerrelais zu schaffen, bei dem unter Beibehaltung eines neutralen Betriebsverhaltens eine erhebliche Empfindlichkeitssteigerung des Relais ohne die obenerwähnten Nachteile eintritt. Dabei wird neben der erhöhten Ansprechempfindlichkeit die Forderung gestellt, daß die Relaisanordnung noch für eine relativ hohe Schaltfrequenz geeignet ist, was nur durch eine extreme Verkleinerung des Massenträgheitsmoments der beweglichen Teile ermöglicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Relais der eingangs erwähnten Art dadurch erre'cht, daß der Dauermagnet einen der Ankerflügel mit seinen Polschuhen zangenförmig umfaßt und daß der diesen Ankerflügel im wesentlichen in Querrichtung durchsetzende Dauermagnetfluß sich im zugehörigen Arbeitsluftspalt mit dem Erregerfluß überlagert. Durch diese erfindungsgemäße Konstruktion wird ein quasigepoltes Relais geschaffen, welches zwar auf Stromstöße wechselnder Richtung jeweils gleich reagiert, durch die Vormagnetisierung des Ankers jedoch eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit aufweist. Durch die Überlagerung von Erregerfluß und Dauerfluß im Arbeitsluftspalt wirkt auf den betreffenden Ankcrflügel nur ein einziges Drehmoment aus dem resultierenden Magnetfluß; der Anker ist also nicht auf Biegung beansprucht und kann deshalb mit geringem Querschnitt ausgeführt werden. Entsprechend wird auch die Masse des Ankers und damitt die Empfindlichkeit des Relais wesentlich günstiger als bei den obenerwähnten bekannten Konstruktionen.

Eine bevorzugte Ausführungäform der Erfindung sieht vor, den durch den Dauermagneten wirksamen Fluß, der sowohl die Rückstellkraft des federlosen Drehankers ais auch die Vormagnetisierung erzeugt, einstellbar zu machen. Zweckmäßigerweise wählt man dazu eine dem frei liegenden Polschuh des Dauermagneten zugeordnete ferromagnetische Einstellschraube, die den wirksamen Abstand eines den Dauerfluß führenden Nebenluftspalts bestimmt.

ίο 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 Aus-

>5 führung eines Klappankerrelais mit Dauermagneten handelt es sich um ein quasigenoltes Elektromagnetsystem, welches auf Impulse wechselnder Richtung in gleicher Weise anspricht, wie ein neutrales Relais. Der Drehanker 1 wird dabei vom Erregerfluß Φ,- und dem Ausgleichsfluß Φ_Α des Dauermagneten 6 in Längsrichtung durchflossen, während der wesentliche Teil des Dauerflusses den Ankerflügel la in Querrichtung durchsetzt. Aus diesem Grund kann man in der Praxis den Querschnitt des Drehankers relativ

as klein halten, wodurch 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 vergrößen. Der Drehanker ist im übrigen mit einer Achse 2 im Schwerpunkt gelagert, wodurch eine hohe Stoß- und Schüttelfestigkeit erzielt wird. An der Achse 2 befindet sich der elektrische Anschluß c für die Umschaltkontakteinrichtung mit den weiteren An-Schlüssen α und b.

Die Rückstellung des Ankers von der labilen Arbeitslage in die stabile Ruhelage erzeugt der bereits erwähnte Dauermagnet 6, der den Dauerfluß Φ_η erzeugt. Um diese Rückstellung zu erreichen, ist der dem Dauermagneten 6 am nächsten liegende Ankerflügel 1 α unsymmetrisch zwischen dem Polschuh 4 und dem Jochschenkel 5 a derart angeordnet, daß stets die Anzugskraft des Dauermagneten 6 im Hilfsluftspalt 7 höher ist, als im Arbeitsluftspalt 8 a. Beim Auftreten des Erregerflusses durch Anlegen der Betriebsspannung an die Punkte χ und y der Erregerwicklung 11 überlagert sich dieser mit dem Dauerfluß, wobei je nach Richtung des Erregerflusses eine Schwächung oder Verstärkung des Dauerflusses in dem dem Ankerflügel la nächstgelegenen Arbeitsluftspalt 8a erfolgt. Durch den Fortfall der sonst notwendigen Ankerrückstellfeder ist der konstruktive Aufbau des Elektromagnetsystems relativ einfach. Mit Hilfe einer Einstellschraube 9 kann der über den Nebenluftspalt 12 fließende Dauerfluß innerhalb eines bestimmten Bereichs optimal abgeglichen werden.

Der dem Ankerflügel la des Drehankers 1 gegenüberliegende Ankerflügel 1 b arbeitet wie bei einem üblichen neutralen Klappankerrelais. Das auf diesen Ankerflügel Ib wirksame Drehmoment ist zwar wegen der hier fehlenden Vormagnetisierung geringer, es ist aber mit dem Drehmoment des anderen Ankerflügels la gleichsinnig, so daß sich in jedem Fall beide Drehmomente addieren. Das gilt sowohl für den Fall, daß die auf die Erregerspule 11 wirksamen Steuerimpulse positiv oder auch negativ sind. Infolge der Überlagerung des Erregerflusses mit dem Dauer-

fluß in nur einem der beiden Arbeitsluftspalte wird je nach Richtung der wirksamen Steuerimpulse die Ansprecherregung des Elektromagnetsystems allerdings verschieden sein. Dieser scheinbare Nachteil läßt sich jedoch bei Auswerteschaltungen in vorteil-

hafter Weise verwenden, wenn beispielswe wert des positiven Steuerimpulses kleiner Ansprechempfindlichkeit, der Istwert des Steuenmpulses aber die Ansprechempfind reicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

i 926 514 verhalten verlassen wird, wodurch eine Auslese hin- Patentansprüche: sichtlich der Stromrichtung der auf das Relais wir kenden Steuerimpulse zwangläufig entsteht.

1. Neutrales Klappankerrelais mit Weicheisen- Andererseits ist es zwar bei elektromagnetischen kern und einseitiger Ruhelage des zweiflügeligen 5 Relais bereits bekannt, zur Erhöhung des Wirkungs-Drehankers, wobei der Anker mit dem einen grades und damit der Ansprechempfindlichkeit den Ankerflügel der Außenseite des einen Joch- Klappanker nicht nur mit einem Hügel zu versehen, schenkeis und mit dem anderen Ankerflügel der sondern zweiflügelig auszuführen, da sich bei entInnenseite des anderen Jochschenkels gegenüber- sprechender Rußführung dann zwei Arbeitsluftspalte steht und somit zwei Arbeitsluftspalte bildet, in io ausbilden, die sich hinsichtlich der auf den Anker denen sich die bei Erregung wirksamen Dreh- betriebsmäßig wirkenden Drehmomente dann untermomente gegenseitig unterstützen_s wobei außer- stützen. Bei gleichem wirksamem Hub des Ankers dem die Rückstellkraft für den Anker durch entsteht dann bei einer bestimmten Erregung aneinen Dauermagneten erzeugt wird, dadurch nähernd eine Verdopplung des Drehmoments, bzw. gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (6) 15 die Ansprecherregung des Systems erhöht sich dabei einen der Ankerflügel (la) mit seinen Polschuhen in entsprechender Weise.

(4, 5 a) zangenförmig umfaßt und daß der diesen Es ist auch bereits bekannt, die Rückstellkraft

Ankerflügel (1 a) im wesentlichen in Querrich- eines federlosen Ankers durch einen Dauermagneten tung durchsetzende Dauermagnetfluß (Φ_ο) sich zu erzeugen, wodurch sich die Verwendung einer im zugehörigen Arbeitsluftspalt (8 a) mit dem ao besonderen Rückstellfeder für den Anker erübrigt. Erregerfluß (Φ_Ε) überlagert. Bei gepolten elektromagnetischen Relais ist es ferner

2. Neutrales Klappankerrelais nach An- bekannt, daß mindestens ein Dauermagnet eine Vorspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirk- magnetisierung des Ankers bzw. bestimmter Teile same Fluß des Dauermagneten (6) über einen des Erregerflußkreises übernimmt, wodurch sich eine Nebenluftspalt (12) innerhalb eines bestimmten 25 Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit gegenüber Bereichs einstellbar ist. gleichartigen Systemen ohne Vormagnetisierung er-

3. Neutrales Klappankerrelais nach An- gibt. Der Nachteil dieser letztgenannten Anordnung spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- liegt aber, bezogen auf die Aufgabenstellung Vorstellung des Nebenluftspalts (12) durch eine im liegender Erfindung darin, daß das Relaissystem Jochschenkel (5 a) des Weicheisenkerns (5) be- 30 durch den Dauermagneten ein gepoltes Vehalten erfindliche ferromagnetische Schraube (9) erziel- hält, so daß Impulse wechselnder Richtung nicht bar ist. mehr in gleicher Weise, wie beim neutralen System,

ausgewertet werden können.

Es sind ferner bereits elektromagnetische Relais 35 mit einem Drehanker bekanntgeworden, bei denen sich zwei den beiden Ankerflügeln zugeordnete Luftspalte ergeben. Beipielsweise zeigt die USA.-Patentschrift 3 317 871 ein derartiges System, wobei jedoch nur ein wirksamer Arbeitsluftspalt für den Dreh-

Die Erfindung bezieht sich auf ein neutrales 40 anker vorhanden ist. Der andere Luftspalt ist da-Klappankerrelais mit Weicheisenkern und einseitiger gegen als inaktiver Arbeitsluftspalt zu werten, da Ruhelage des zweiflügeligen Drehankers, wobei der das dort auftretende Drehmoment sich mit dem Anker mit dem einen Ankerflügel der Außenseite Drehmoment des anderen Ankerflügels nicht addiert, des einen Jochschenkels und mit dem anderen sondern sogar subtrahiert. Dadurch kann — obwohl Ankerflügel der Innenseite des anderen Jochschen- 45 zwei Luftspalte an den Ankerflügeln zu den Jochkels gegenübersteht und somit zwei Arbeitsluftspalte schenkein vorhanden sind — nicht von einer Empbildet, in denen sich die bei Erregung wirksamen findlichkeitssteigerung gesprochen werden, die durch Drehmomente gegenseitig unterstützen, wobei außer- den zweiflügeligen Drehanker erreicht wird. Bei der dem die Rückstellkraft für den Anker durch einen erwähnten Ausführungsform ist auch ein Dauer-Dauermagneten erzeugt wird. 50 magnet vorhanden, der die Rückstellkraft für den Bekanntlich versteht man unter einem neutralen federlosen Drehanker erzeugt. Dieser Dauermagnet Relais eine durch Impulse steuerbare Schaltanord- befindet sich aber, zumindest bei einer bestimmten nung, bei der unabhängig von der Stromrichtung der Polung des Erregerstroms, innerhalb des Erreger-Steuerimpulse ein gleichartiges Ansprechen der flußkreises.

Schaltanordnung erfolgt. Neutrale Relais, insbeson- 55 Man kann bei dieser bekannten Anordnung auch dere Klappankerrelais mit Weicheisenkem und ein- davon ausgehen, daß der Dauermagnet zur Empseitiger Ruhelage des Ankers, stellen in der Relais- findlichkeitssteigerung auch eine Vormagnetisierung technik die am häufigsten verwendete Ausführungs- des Erregerkreises erzeugt, doch ist hierbei der Anform dar. Ihr Einsatz ist jedoch dann in Frage ge- kerflügel im wesentlichen in Längsrichtung vom stellt oder überhaupt nicht mehr möglich, wenn der- 60 Dauerfluß durchsetzt. Dies hat den schwerwiegenden artige Relais für Aufgaben benutzt werden sollen, Nachteil, daß zur Vermeidung von Sättigungserscheibei denen eine relativ hohe Ansprechempfindlichkeit nungen der Querschnitt des Drehankers entsprechend verlangt wird. Für derartige Verwendungszwecke be- groß dimensioniert werden muß, so daß ein relativ nutzt man daher häufig gepolte Relais, bei denen großes Trägheitsmoment für den Anker entsteht, durch eine Vormagnetisierung bestimmter Fluß- 65 Da aber die Größe des Trägheitsmoments bestimkreise eine Empfindlichkeitssteigerung erreicht wird. mend für die betriebsmäßig erzielbare Schaltfrequenz Nachteilig ist dabei jedoch, daß bei diesen bekannten eines derartigen Relais ist, kann auch die in der Anordnungen zwangläufig das neutrale Arbeite- Regel gestellte Forderung nach kleinem Massen-