DE1935955A1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

WpWnfl. Dipt, etc Ρ««· I^YRAR DIETRICHtEWINSKY ι« V. 2 PATENTANWAUr LfD. Juli l9B3

8 Miithen 21 - GottbaAfc H

Ultfon MT7Ä .-.-: 5694-rV/Heo.

Eugäne Ügonj St. Germain-en-Laye, Rue Claude Debussy 2;i ■ ".-"."■_ (Frankreich) ■ -"_:

"Blektrqmagnetisöhes Relais¹¹

Zusatz zu Patent

."" Französische Priorität vom 23. Juli 19^8 aus dBr französischen Patentanmeldung Hr₀ 160 183 (Seine)

.Das Hauptpatent ........... _r- (P 16 14 94^.2) betrifft .

Ivlagnetkreisan Ordnungen, deren gemeinsames Merkmal" ein bewe glicher Anker ist, der keinerlei mechanische .Befestigungen be- · sitzt« ' ■ ■"".>■-_

Der Anker wird gemäß Hauptpatent in seinen Bewegungen lediglich durch aktive oder neutrale Anschläge begrenzt, wobei seine jeweiligen Lagen durch Magnetfelder bestimmt werden, die. entweder von Magneten oder von stromdurchflossenen Wicklungen oder auch von diesen beiden gleichzeitig erzeugt werden.

Dieser aus weichem oder hartem Magnetmaterial bestehende Anker ist so gestaltet, daß er_v zwei elektrisch isolierte Pole bei Anlage an diese Pole kurzschließen kann.- Dies wird erreicht durch Verwendung eines gutleitenden Magnetmaterials (z.B» Nickeleisen mit Goldauf dampfung) oder auch mit Hilfe eines is.Q-

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lierenden Magnetmaterials mit einer■■■ Leiter schicht. (z.B. Versilberung) oder schließlich durch beide Materialien.. ."-..-..'.-.

Als aktive Anschläge werden die elektrischen Pole bezeichnet, die der Anker umschaltet, , V. V," . -

Als passive Anschläge ^örden solche bezeichnet,die isoliert sind oder insolierend wirken und das Bewegungsspiel döB Ankers festlegen., \ *:"_ ^; , Γ'.'," ■ ; i.-. "■■■../'■- .,-'" Vi -'■'] y'\ "\V ■', \ Vv-

Pie verschiedenen Anschläge und der Magnetkreis können,eine Kammer bilden, die den Anker umgibt und aus der er nichtKäüs-· treten und in der er sich nicht verklemmen darf. -

Der Magnetkreis kann so gestaltet werden, daß er gleichzeitig als elektrischer Kreis dient.

Trotz aller vorgenannten arteigenen Vorteile eines derartigen elektromagnetischen Relais gemäß Hauptpatent ist dieses insofern noch nachteilig, als der ^-nker. bei der Kontaktgabe entweder eine rein transversale oder eine transversaler©tieren— de Bewegung ausführen muß. Dabei wird unter dem letztgenannten Begriff eine Bewegung verstanden, die der Anker um einen mit einem s_;einer Enden zusammenfallenden Drehpunkt herum ausführt» Die hierzu nötigen Kräfte müssen entweder von einer stromdurchflpssenen Wicklung oder von einem Permanentmagneten o'der von beiden zusammen aufgebracht werden, > -

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Ver- ( meldung vorstehenden Mangels ein elektromagnetisches Relais gemäß Hauptpatent so auszubilden, daß die aufzubringenden Kräfte zur Bewegung eines Ankers gegebener Sröße möglichst gering / sind und daß demzHfolge der Raumbedarf und der Stromverbrauch des Relais sic)a verringern, , . ;

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Diese Aufgabe ist bei dem elektromagnetischen Relais gemäß Hauptpatent dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung derart angeordnet ist, daß die Bewegungen des Ankers um seinen Schwerpunkt herum erfolgt.

In Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken des Hauptpaterites erfolgt diese Drehbewegung des Ankers um seinen Schwer-, punkt herum ohne daß der Schwerpunkt durch mechanische Teile, sowie Achsen, Lagerzapfen, Bänder etc_e festgehalten ist« Die Bewegung selbst geschieht schnell und ruckartig aufgrund des Steuerstromstoßes. ■■.*-...

Es ist bekannt, daß. eine solche Drehbewegung die geringstmögliche Energie für einen Anker gegebener Hasse erfordert. Es ergeben sich daraus als Vorteile die geringe aufzuwendende magnetische Energie,' geringes Kontaktprellen und eine hohe Schaltgeschwindigkeit β Darüberhinaus erlaubt diese Art der Bewegung in einfacher Weise die Anbringung von Anschlägen, die verhindern, daß der Anker'bestimmte Lagen einnimmt.

Solche Anschläge können entweder am festen Teil des Relais oder am beweglichen Teilj d.h_e am Anker, angebracht werden. Das Material für diese Anschläge kann entweder unelastisch sein, um die erlaubten Bewegungen zu begrenzen oder es kann elastisch sein, um die Mittellage des Ankers festzulegen, ohne seine Bewegung in irgendeiner Weise zu behindern_β

Der letztgenannte Pail stellt ein Mittelding dar zwischen einem Anker ohne jegliche mechanische Befestigungen und einem Anker der bisher bekannten Art, dessen Bewegungen durch mechanische Befestigungen, wie Lagerzapfen.etc_e festgelegt sind} dies rechtfertigt die Bezeichnung solcher Anker als "schwimmend gelagerte Anker", um sie so sowohl von den nichtgelagerten oder flöten Ankern als auch von denen bisheriger Ausführungsform

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zu unterscheiden.

In der Zeichnung ist ein elektromagnetisches'Relais der erfindungsgemäßen Art in beispielsweise gewählten Ausführungsformen cchematisch veranschaulicht. Bei den nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung beschriebenen'Ausführungsformön wird auf einen freien oder schwimmenden Anker die .gewünschte Drehbewegung ausgeübt. Sie erlauben, anders als die bisher bekannten Relais^ eine-weitere Bedingung zu erfüllen_f MmIich,durch "Magneteinrichtungen, die außerhalb der Schaltkammer angebracht sindj den freien oder schwimmenden Anker in seiner "Kontäktlage

entweder zu halten oder in eine Ausgangslage zurückzuführen oder bei ein und derselben Ausführungsform von diesen beiden Möglichkeiten abwechselnd Gebrauch zu machen«

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern 1, 2* 3,4» dl«'Magnetpole oder Magneten* und die Bezugsziffern 5»6, 7» 8 ein Kontaktmetall (Silber-öder Rhodium od. dgl*)» das zugleich für den verbleibenden (Luft-) Spalt sorgt, wenn der Anker angezo-

), gen ist. - , ' · ■ ·

J Der freie Anker let mit 9 bezeichnet und besteht aus weichmagnetischem oder hartmagnetischem Materialβ Er kann nur zwei stabile Lagen einnehmen, und zwar die, bei denen seine Enden von Magnetpolen entgegengesetzten Vorzeieheis angezogen werden. Die Steuerspule 10 kann aus einer oder mehreren getrennten Wicklungen nit oder ohne Zwischenabgriffe bestehen und hat die Aufgabe, den Anker 9 in der einen oder der anderen 'Richtung zu magnetisieren«

Die pasciven Anschläge 11 und 12 sind einander gegenüberstehend so angeordnet, daß sie verhindern, daß der Anker sich zufällig an auf der gleichen Seite gelegene Kontakte anlegt (5 und 8 oder 6 und 7). Aus dieser Anordnung geht hervor, daß ein Stromstoß in der richtigen Richtung den Anker ruckartig '

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um seinen Schwerpunkt drehen und die entgegengesetzte Lage einnehmen läßt.

Der Anker ist mit einem Kontaktmaterial in der Weise überzogen, daß die elektrische Verbindung, zwischen den festen Kontakten, an denen seine Seitenflächen anliegen, sichergestellt ist ο

Zunächst erscheint es wünschenswert, die'Feldlinien der Magneten über ein äußeres magnetisches Gehäuse zu schließen«. Im Laufe der Erprobung hat sich jedoch herausgestellt, daß die V/irksamkeit eines solchen Gehäuses, in der 'Heise vom Verhältnis der Abmessungen der einzelnen Bauteile abhängt, daß in' be- stimmten Fällen auf das Gehäuse verzichtet werden kann, insbesondere, wenn Liiniatürisierung angestrebt ia-t„

' In Figo 2 ist eine interessante Ausführungsform des Relais dargestellt, die sich nur dadurch von der in Figo 1 wiedergegebenen unterscheidet, daß die Kontakte und der freie Anker in einem abgeschlossenen Glasgehäuse untergebracht sind, das es gestattet, die elektrischen Kontakte unter Vakuum,unter einem Schutzgas oder in einer dielektrischen Flüssigkeit zu halten_e_

Diese Anordnung scheint derjenigen ähnlich, bei der die Kontakte in einem Glasröhrchen eingeschmolzen sind (Reed-Relais) , unterscheidet sich jedoch grundsätzlich dadurch, daß der bewegliche Anker keinerlei mechanische Befestigungen besitzt«

Auf diese Weise werden bestimmte Nachteile, die den ILS- oder Reed-Relais zu eigen sind (relativ lange dynamische ochaltzeit, Kontaktprellen _f schwankende Betriebswerte, geringe Erschütterungsfestigkeit), bei den Relais mit. freiem Anker vollständig vermiedene

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Das Prinzip des freien Ankers erlaubt weiterhin Anordnungen von in Glasröhrchen eingeschmolzenen Kontakten, bei denen eine bistabile oder eine in drei Stellungen stabile Betriebsart möglich ist, wie dies die Ausführungsform nach Figo 5 zeigt.

Es versteht sich von selbst, daß -die'Anordnung eines freien Ankers und das Einschmelzen der Kontakte in einen Glasbehälter oder ein Glasröhrchen nicht auf die Ausfuhrungsform nach Fig_a 1 j beschränkt ist, sondern auch für die anderen, im folgenden be- j schriebenen Ausführungsformen der Erfindung möglich ist» Ledig- ^: lieh aus Gründen der Vereinfachung ist diese !.löslichkeit- in den j anderen Figuren nicht dargestellt, "' j

Die-Llagneten der Figuren 1 und 2 sind so ausgerichtet,, daß j

die "Vektoren der zugehörigen magnetischen Felder in die glei- i

ehe Richtung zeigen;- ihre Aufgabe besteht darin, für den oder j die freien Anker ein Bezugsfeld zu erzeugen, das jedoch auch .. j mittels anderer bekannter Einrichtungen erzeugt v/erden kann, wie nachfolgend beschriebene

Figo 3 zeigt beispielsweise eine Anordnung, bei der der Relaiskörper aus weichmagnetischem Material besteht, das im vorliegenden Fall von zwei, allgemein aber von einem oder mehreren Dauermagneten magnetisiert wird« Die kurzen nichtjunterbrochenen Pfeile deuten die Magnetisierung der Permanentmagneten an, die die Anordnung umgeben« Die unterbrochenen Pfeile veranschaulichen die längs verlaufende Magnetisierung des weichmagnetischen Ferritmaterials „

Fig. 4 zeigt dagegen eine Anordnung mit einem weichmagnetischen Körper, der von einer oder mehreren stromdurchflossenen •Wicklungen magnetisiert wird. Die Steuerwicklung ist mit 13, die Bezugswicklung mit 14 bezeichnet und die JicklungSachsen stehen rechtwinklig aufeinander,, Es ist demzufolge möglich,

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die Wirkung des SteuerStromstoßes umzukehren oder ei iß dritte stabile Lage mit Hilfe von Magneten oder. ^usätsllchen V/icklungän zu schaffen, die nur v/irksam werden,wenn die Bezugs-* wicklung nicht erregt ist (Fig. 5).

Im übrigen weisen die Anker der Figuren 3_f 4 und 5 die bereits erwähnten unelastischen oder elastischen Lagerungen lh verschiedenen Ausbildungsformen in ihrer iditte auf«

Fig. 6 zeigt eine Ausf ührungsf orm -mit den vorerwähnten Wick— lungen_? jedoch ohne den weichmagnetischen Körper nach Fig. 4 und Fig. 5«

Die Auoführungsformen nacn den Fig. 4, 5 und 6 verdeutlichen die IJöglichkeit, die Funktionen der Steuerwicklung und der Bezugswicklung miteinander su vertaxisehen. \leim beispiels·^ Aveiae die Steuerwicklung von einem Strom in gegebener Eichtung durchflossen v/ird, so genügt es, die Stromrichtunß in der Beaugapule umzukehren und diesen Strom aufrechtzüerhalteny um den Anker in die andere Lage au bringen und dort au halten.

Für diesen Fall erlaubt nun wiederum die Steuerspüle, die : Vfirkung des die Bezugsspule durchfließenden. Stromes umzukehren. Diese JBigenDchaft kann besonders dort von Interesse sein, wo eine-Kehr6ahl von erfindunäsgemäßen Relais mit freien Ankern jedes eine Steuerspule» alle zusammen-jedoch nur eine gemeinsame 3ezugssp\ile haben. .

Versieht man andererseits ein oder mehrere Heiais der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit einem Anker oder Ankern aus magnetisch hartem, Eat ©rial, so ist es raö glich, entweder die Stcuerspule oder die St.euerspulen in den Ausführungs— formen nach Fig. 4* 5 und 6 wegzulassen, wie in Fig„ 7 gezeigt,-die alle Fi^* 6 abgeleitet ißt oder die beiden Wicklungen beizubehalten und den Impulsen oder Stromstößen der Steuerspul^e oder

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der Steuerspulen einen hinreichenden Wert zur Überwindung der Koerzitivkraft des Ankerma'terials zu geben, der nach Abschaltung des Steuerstromes nun magnetisiert bleibt.

■ Bei den Ausführungsformen nach Fig« 4 und Fig. 5 ergeben
sich folgende besondere Vorteile:

der Anker bleibt in der vorher innegehabten Lage, wenn

sich die Ströme in den beiden Spulen gegenseitig aufhe-' ben.

2. Die Lage des Ankers ist eine Funktion zweier Parameter; Yfenn man die beiden möglichen Stellungen des Ankers mit + und - bezeichnet und dementsprechend diejenige Strom— richtung jeder Spule, die den Anker in die Lage + bringt, ebenfalls das Zeichen + erhält, so wird deutlich, daß vier Fälle möglich sind, die "sich aus den bekannten Vorzeichenregeln der Algebra ergeben»

Folgende Weiterbildungen des elektromagnetischen Relais gemäß Hauptpatent lassen sich unter Zuhilfenahme der hier besprochenen Erfindung in besonders vorteilhafter Weise verwirklichens

a) Mehrere Anker werden durch eine gemeinsame Steuerspule betätigt, wobei jeder Anker in einer gesonderten Kammer, die/Kontakte enthält, die er überbrücken soll, untergebracht sein kann· Ebensogut können die Anker aberauch in einer geineinsamen Kammer untergebracht' sein, wobei sie entweder voneinander unabhängig oder elastisch miteinander verbunden sind,

b) Mehrere Ausführungsformen des elektromagnetischen Kelais kennen in verschiedener Art und Tfeise miteinander

■ "verbunden v/erden, wobei sie gemeinsame Magneten besitzen. Dies kann in folgender Weise geschehen:

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1 o' Man stelle sich Figo 1 als Schnitt durch vier sehr . lange Magneten .vor, zwischen denen mehrere Spulen nebeneinander angeordnet sind, deren jeue einen oder mehrere Anker enthält, wie dies schematisch in Fig. 8 angedeutet ist„

2ο Man stelle sich hierzu in der Ebene der Fig. 1 meh— ■ rere Einrichtungen der gleichen Art horizontal nebeneinander angeordnet vor_o Figo 9 veranschaulicht dies beispielhaft für zwei der Fig» 1 entsprechende Anordnungen.

3.« Statt in horizontaler Richtung sind nun in der Ebene der Fig. 1. in vertikaler Richtung mehrere Anordnungen der gleichen Art aneinandergesetzt. Ein entsprechendes Beispiel zeigt-Fig·. 10.

Die Fig. 11 und 12 zeigen asrei weitere Ausführungsformen, bei denen der freie Anker sich erfindungsgemäß um seinen Schwerpunkt dreht«

In Fig« 11 können die Teile 21, 22, 23, 24 aus weichmagne— tischem Material und die Teile 25 und 26 aus hartmagnetischem Material bestehen« Selbstverständlich kann jedoch ebenso in der umgekehrten Weise verfahren werden, d_eh,, daß die Teile 21, 22, 23, 24 aus hartmagnetischem Material bestehen und die Teile 25 und 26 aus weichmagnetischem Material.

In Fig. 12 bezeichnen die Bezugsziffern 31 bis 38 Magneten, während die Bezugsziffern 39 bis 42 aus weichmagnetischem Material gefertigte Teile betreffen. Ebenso wie im Zusammenhang mit Fig. 11 erläutert, ist die Vertauschung der Magnete mit den aus weichmagnetischem Material bestehenden Teilen in diesem Beispiel mögliche

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Bei.allen vorstehend beschriebenen Beispielen ist stets angenommen, daß die Hagnete etv/a gleich stark sind· Für bestimmte Aufgaben lassen si"ch jedoch auch in vorteilhafter 7/eise Magneten verschiedener Stärke verwenden oder sie können zum Teil sogar weggelassen werden. In Weiterbildung dieses Erfindung sgedankens ist es möglich, elektromagnetische Relais so auszubilden, daß sie asymmetrisch-bistabiles Verhalten aufweisen, d.h., daß solche Relais in der einen Richtung empfindlicher sind als in der anderen„ Ebenso ist eajnöglich, sie monostabil auszuführen, d_eh„ so, daß sie eine Arbeitsstellung und eine Ruhestellung haben.

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Claims (1)

1. Patentanspruch %

   Elektromagnetisches Relais mit einer ein LIagnetf eld erzeugenden Einrichtung und einem kontaktgebenden, magnetischen Anker aus einem magnetischen, leitenden Material_f der sich innerhalb einer Kammer befestigungs- und lagerfrei bewegt, nach Patent (P 16 14 943.2), dadurch gekennzeichnet« daß .die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung (1..4; 10j 1J; 14|) derart angeordnet ist, daß die Bewegungen des Ankers um seinen Schv/erpunkt herum erfolgen.

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