DE19544520A1 - Polarisiertes elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einer Spule, einem in der Spule axial angeordneten Kern, der an beiden Spulenenden je einen Polschuh aufweist, ferner mit einer Dauermagnetanordnung, die in beiden Polschu­ hen jeweils Endpole von gleicher Polarität und im Bereich der Spulenmitte einen Mittelpol von entgegengesetzter Polarität erzeugt, mit einem langgestreckten Wippanker, der im Bereich des Mittelpols der Dauermagnetanordnung um eine Mittelachse schwenkbar gelagert ist und an jedem seiner Endabschnitte je­ weils einen Arbeitsluftspalt mit einem der Polschuhe bildet, und mit einer auf dem Anker befestigten unmagnetischen Trenn­ folie, die in mindestens einem Arbeitsluftspalt einen Min­ destabstand des Ankers von dem betreffenden Polschuh sicher­ stellt.

Derartige Relais mit einer dreipoligen Dauermagnetanordnung und einem Wippanker sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Die drei Magnetpole werden in diesen Systemen entweder durch einen dreipoligen Dauermagneten, der parallel zum Kern ange­ ordnet ist, oder durch einen zweipoligen, mittig zwischen Kern und Anker angeordneten Dauermagneten erzeugt. Grundsätz­ lich sind diese Systeme mit dem Wippanker symmetrisch aufge­ baut und daher bistabil. Wird jedoch ein monostabiles Schalt­ verhalten gewünscht, so kann dies bei einem dreipoligen Dau­ ermagneten durch gezielte Schwächung der einen Magnethälfte geschehen, wie dies etwa bei einem Relaisaufbau gemäß WO 94/22156 möglich ist. Darüber hinaus ist eine Unsymmetrie des Magnetkreises auch dadurch zu erreichen, daß in einem der Ar­ beitsluftspalte eine unmagnetische Trennfolie bzw. ein Trenn­ blech angeordnet wird, das auf dieser Seite ein vollständiges Anliegen des Ankers an dem Polstück verhindert, so daß immer ein vorgegebener unmagnetischer Restspalt verbleibt, wodurch der Anker nach Abschalten der Erregung wieder in die entge­ gengesetzte Lage kippt. Eine derartige Konstruktion der ein­ gangs genannten Art mit einem Trennblech ist beispielsweise in der EP-A2-0 423 834 gezeigt. Weiterhin ist es bekannt, die Monostabilität solcher Systeme durch entsprechende mechani­ sche Vorspannung der Kontaktfedern oder einer zusätzlichen Rückstellfeder zu erzeugen oder zu verstärken.

Wenn ein Trennblech bei einem Relais gemäß EP-A2-0 423 834 lediglich im Bereich des Luftspaltes auf dem Ankerende ange­ ordnet ist und somit nur die Größe der eigentlichen Polfläche besitzt, bereitet seine Befestigung auch gewisse Schwierig­ keiten. Wird dieses Trennblech geschweißt, kann eine Beein­ trächtigung der Oberfläche nicht ganz verhindert werden; dies hat auch Auswirkungen auf die Luftspaltverhältnisse. Da au­ ßerdem bei derartigen Relais der Anker mit einer V-förmigen Biegung oder mit einem Vorsprung unmittelbar auf dem Dauerma­ gneten gelagert ist, wird der Anker mit relativ großen und ungleichmäßigen Kräften in das Lager gezogen, wodurch sich auch eine unerwünscht große Reibung ergibt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Relais der eingangs genannten Art die an sich bekannte Trennfolie so zu gestalten, daß die Fertigung vereinfacht wird und in dem ge­ samten Dauermagnetkreis stabilere Magnetflußverhältnisse er­ zielt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Trennfo­ lie sich von dem Arbeitsluftspalt bis in den Bereich der Mit­ telachse erstreckt und einen definierten Lagerabstand zwi­ schen dem Anker und einem Auflager an der Dauermagnetanord­ nung erzeugt.

Da sich bei dem erfindungsgemäßen Relais die Trennfolie bzw. das Trennblech zumindest bis über den Lagerbereich des Ankers hinweg erstreckt, kann es an einer von den Polflächen ent­ fernten Stelle mit dem Anker verbunden sein, so daß die ei­ gentlichen Polflächen nicht beeinträchtigt werden. So könnte es beispielsweise neben dem Lagerpunkt des Ankers, vorzugs­ weise beidseitig, durch Schweißen am Anker befestigt sein. Besonders einfach ist die Fertigung dann, wenn ohnehin ein Kontaktträger aus Isolierstoff über Zapfen in Löchern des An­ kers befestigt wird. In diesem Fall kann über die warm bzw. mit Ultraschall verformten Zapfen zugleich auch die Trennfo­ lie ohne zusätzlichen Arbeitsgang befestigt werden. Die Trennfolie kann im Arbeitsluftspalt und im Bereich der Anker­ lagerung unterschiedliche Dicken aufweisen. Möglich ist auch eine Trennfolie, die sich über die gesamte Ankerlänge in bei­ de Arbeitsluftspalte hinein erstreckt. Zur Erzielung einer monostabilen Arbeitsweise des Relais wird sie aber dann in beiden Arbeitsluftspalten unterschiedliche Dicken aufweisen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Trennfolie aus Federmaterial besteht und im Bereich eines Ar­ beitsluftspaltes zum Polschuh hin abgespreizt ist. Auf diese Weise bezweckt sie zusätzlich eine mechanische Vorspannung des Ankers in eine Position und unterstützt damit die Mono­ stabilität des Systems. Eine derartige Trennfolie könnte so­ mit auch allein das System monostabil machen, selbst wenn der Dauermagnetkreis in beiden Zweigen symmetrisch ist. Die Vor­ spannung des federnden Trennbleches kann in einer vorteilhaf­ ten Ausgestaltung mittels eines Justierstiftes eingestellt werden, der durch eine Öffnung im Anker und im Sockel des Re­ lais eingeführt wird.

Als Material für das Trennblech dient vorzugsweise ein nicht magnetisches Metall, beispielsweise eine Chrom-Nickel- oder eine Kupfer-Legierung, die gegebenenfalls die gewünschte Fe­ dereigenschaft aufweist. Grundsätzlich käme auch die Verwen­ dung einer Kunststoffolie in Betracht. Wichtig für die Aus­ wahl der Trennfolie ist auch, daß sie günstige Reibungseigen­ schaft aufweist, so daß sie im Lagerbereich des Ankers mög­ lichst keinen Abrieb verursacht. In diesem Zusammenhang sei auch noch darauf hingewiesen, daß ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Trennfolie darin liegt, daß sie im La­ gerbereich des Ankers einen definierten Abstand schafft und damit die Reibung vermindert. Sie erzeugt einen gleichblei­ benden magnetischen Widerstand zwischen dem Mittelpol des Dauermagneten und dem Anker, wodurch die Anziehungskräfte an dieser Stelle verringert werden und dementsprechend auch we­ niger Reibung auftritt.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Relaiskon­ struktion ist der Anker zumindest im Lagerbereich, vorzugs­ weise aber über seine ganze Länge, als ebenes Blech ausge­ staltet, und es rollt auf einem Mittelpolstück ab, das auf dem Mittelpol des Dauermagneten sitzt und einen Abrollsteg mit einer Lagerschneide oder einem Lagerradius bildet. Ein solcher ebener Anker ist besonders einfach zu fertigen; im übrigen ist auf ihm auch die Trennfolie am einfachsten zu be­ festigen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Relais mit einem monostabilen polarisierten Magnetsystem,

Fig. 2 in einer Detaildarstellung eine Ankerbaugruppe für ein Relais gemäß Figur l mit einer abgewandelten Trennfolie,

Fig. 3 ebenfalls eine Darstellung der Ankerbaugruppe mit ei­ nem federnden Trennblech und

Fig. 4 ebenfalls eine Darstellung der Ankerbaugruppe aus Fig. 3 mit einem durch den Relaissockel geführten Justier­ stift.

Das in Fig. 1 dargestellte Relaissystem besitzt grundsätz­ lich einen an sich bekannten Aufbau, wie er beispielsweise in der WO 94/22156 dargestellt und beschrieben ist. Das Relais besitzt einen Sockel 1 mit eingebetteten Anschlußstiften 2 und Festkontakten 3. Auf dem Sockel ist auf nicht dargestell­ te Weise ein Anker 4 schwenkbar befestigt. Der Anker 4 ist an seiner Unterseite mit einem Kontaktträger 5 aus Isolierstoff verbunden, in welchen Mittelkontaktfedern 6 (im Schnitt nur eine sichtbar) eingebettet sind. Die Mittelkontaktfedern tra­ gen jeweils an beiden Enden bewegliche Kontakte 7, die wahl­ weise entsprechend einer Wippbewegung des Ankers jeweils mit einem der darunter liegenden Festkontakte 3 zusammenwirken.

Auf dem Sockel ist ein Magnetsystem angeordnet, wobei ein Spulenkörper 8 als Träger für das Magnetsystem auf dem Sockel befestigt ist. Der Spulenkörper trägt eine Wicklung 9 sowie einen axial durchgehenden Kern 10, an dessen beiden Enden je­ weils ein Polschuh 11 bzw. 12 befestigt ist. Parallel zur Spulenachse und im wesentlichen auch zum Anker ist unterhalb der Spule ein flacher Dauermagnet 13 angeordnet und mit sei­ nen Enden jeweils an einen der Polschuhe 11 bzw. 12 gekop­ pelt. Die beiden Enden des Dauermagneten sind gleichnamig ge­ polt (in der Zeichnung N), während in seiner Mitte ein entge­ gengesetzter Mittelpol (im Beispiel S) ausgebildet ist. Un­ terhalb des Mittelpols S ist ein Mittelpolstück 14 befestigt, das als Abrollsteg senkrecht zur Zeichenebene liegt und an seiner Unterseite einen Abrollradius 15 für den Anker 4 bil­ det. Der Anker bildet mit den beiden Polschuhen 11 und 12 je­ weils einen Arbeitsluftspalt 16 bzw. 17. Es wäre aber auch denkbar, daß der Magnet in der Mitte eine dachförmige Prägung aufweist; dann kann das Lagerstück entfallen, der Anker aber trotzdem gerade ausgeführt sein.

Auf dem Anker liegt ein Trennblech 18 aus unmagnetischem Ma­ terial, beispielsweise einer Chrom-Nickel-Legierung oder eine Cu-Legierung. Es überdeckt den Anker im Bereich des Arbeits­ luftspaltes 16 und erstreckt sich über den Lagerbereich hin­ aus, so daß es auch den Abstand des Ankers gegenüber dem Polstück 14 festlegt. Das Trennblech 18 ist über zwei Kunst­ stoffzapfen 19 befestigt, die von dem Kontaktträger 5 durch Löcher des Ankers gesteckt und an der Oberseite warmverformt bzw. mit Ultraschall geprägt sind; sie dienen zur Befestigung des Kontaktträgers 5 selbst und des Trennbleches 18.

Die in Fig. 1 gezeigte Mittelstellung des Ankers wird je­ weils nur vorübergehend eingenommen. Im Ruhezustand wird der Anker mit dem rechten Ende über den Arbeitsluftspalt 17 an den Polschuh 12 angezogen; dies ist die stabile Stellung. Bei einer entsprechenden Gegenerregung der Spule 9 wird der Anker über den Arbeitsluftspalt 16 an den Polschuh 11 angezogen. Da durch das Trennblech 18 aber immer ein vorgegebener magneti­ scher Restspalt verbleibt, ist die magnetische Haltekraft des Ankers an diesem Polschuh vermindert; beim Abschalten der Er­ regung wird der Anker deswegen in die erwähnte stabile Lage am anderen Polschuh zurückbewegt. Wie erwähnt, verbessert das Trennblech 18 aber auch die Reibverhältnisse am Mittel­ polstück 14 und sorgt für einen konstanten Abstand zu diesem. Lediglich beispielsweise sei erwähnt, daß das Trennblech, das auch aus einer Kupferlegierung bestehen kann, eine Dicke von 0,05 bis 0,1 mm haben kann.

In Fig. 2 ist eine Abwandlung des Trennblechs dargestellt, während alle übrigen Teile den gleichen Aufbau wie in Fig. 1 haben sollen. In diesem Fall erstreckt sich das Trennblech 28 über die gesamte Oberseite des Ankers, also über beide Luftspalte 16 und 17 und über den Lagerbereich. Es ist je­ doch, um eine Monostabilität des Systems zu gewährleisten, in beiden Luftspalten unterschiedlich dick, beispielsweise im Luftspalt 16 etwa 0,08 mm und im Luftspalt 17 etwa 0,05 mm. Im Bereich der Lagerung an dem Mittelpolstück 14 kann das Trennblech beispielsweise eine Dicke von 0,04 mm aufweisen.

Eine weitere Variante zeigt Fig. 3. In diesem Fall ist ein Trennblech 38 gezeigt, das federelastisch ist und im Bereich des Luftspaltes 16 mit einem Endabschnitt 39 zum Polschuh 11 hin abgespreizt ist, so daß es den Anker auch mechanisch von diesem Polschuh 11 weg vorspannt. Somit wirkt das Trennblech als aktives Element zur mechanischen Erzeugung der Monostabi­ lität. Durch die eingebrachte Biegung an seinem Ende 39 hat es die Wirkung einer Rückstellfeder. Mit einem derartig fe­ dernden Trennblech wird die Monostabilität über den ganzen Ankerhub beeinflußt. Mit diesem Federtrennblech 38 wäre es auch möglich, die Monostabilität ohne zusätzliche Maßnahmen, wie unsymmetrischen Magnetabgleich, zu erzeugen. Das Trenn­ blech hat außerdem eine dämpfende Wirkung beim Ankeranschlag und verringert dadurch den Abrieb zwischen Polschuh und Ma­ gnet.

In Fig. 4 ist zusätzlich eine Möglichkeit gezeigt, das Trennblech 38 gemäß Fig. 3 zu justieren. Zu diesem Zweck wird mit einem Justierstift 41 die Federbiegung des Endab­ schnittes 39 eingestellt. Zu diesem Zweck sind entsprechende Löcher 42 und 43 im Sockel bzw. im Anker vorgesehen. Das Loch 42 im Sockel 1 braucht nicht zusätzlich eingeformt zu werden. Es kann hierzu ein Lüftungsloch verwendet werden, das beim Abdichten der Gehäuseöffnungen zwischen dem Sockel 1 und ei­ ner Kappe 44 (Fig. 1) mittels Vergußmasse ohnehin zum Druck­ ausgleich erforderlich ist.

Claims (7)

1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einer Spule (9), einem in der Spule axial angeordneten Kern (10), der an beiden Spulenenden je einen Polschuh (11, 12) aufweist, fer­ ner mit einer Dauermagnetanordnung (13), die in beiden Pol­ schuhen jeweils Endpole (N) von gleicher Polarität und im Be­ reich der Spulenmitte einen Mittelpol (S) von entgegengesetz­ ter Polarität erzeugt, mit einem langgestreckten Wippanker (4), der im Bereich des Mittelpols der Dauermagnetanordnung um eine Mittelachse schwenkbar gelagert ist und an jedem sei­ ner Endabschnitte jeweils einen Arbeitsluftspalt (16, 17) mit einem der Polschuhe (11, 12) bildet, und mit einer auf dem Anker (4) befestigten unmagnetischen Trennfolie (18; 28; 38), die in mindestens einem Arbeitsluftspalt (16) einen Min­ destabstand des Ankers (4) von dem betreffenden Polschuh (11) sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfolie (18; 28; 38) sich von dem Arbeitsluftspalt (16) bis in den Bereich der Mittelachse (14) erstreckt und einen definierten Lagerabstand zwischen dem Anker (4) und einem Auflager (14) an der Dauermagnetanordnung (13) erzeugt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfolie (28) sich im wesentlichen über die gesamte Ankerlänge erstreckt und im Bereich der beiden Arbeits­ luftspalte (16, 17) unterschiedliche Dicken besitzt.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennfolie (38) aus Federmaterial be­ steht und im Bereich eines Arbeitsluftspaltes (16) zum Pol­ schuh (11) hin abgespreizt ist.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) unterhalb des zungenförmig abgespreizten Abschnitte (39) der Trennfolie (38) ein Justierloch (43) auf­ weist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennfolie auf den Anker ge­ schweißt ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennfolie mittels Kunststoffnie­ ten (19), die durch Löcher des Ankers geführt sind, befestigt ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anker (4) zumindest im Lagerbe­ reich als ebenes Blech ausgebildet ist und über die Trennfo­ lie (18; 28; 38) an einem einen Abrollsteg bildenden Mittel­ polstück (14) gelagert ist.