DE2034660C - Polarisiertes Magnetsystem für elektrische Relais - Google Patents

Description

Glühbehandlung erzielt werden, deren Erfolg durch

eine nachträgliche mechanische Bearbeitung ver-

Die Erfindung betrifft ein polarisiertes Magnet- lorengeht. Diese aber ist beim Zusammensetzen der system für elektrische Relais mit hoher Ansprech- 45 Teile unumgänglich notwendig,
empfindlichkeit, bestehend aus einem drehbaren Per- Nach der französischen Patentschrift 1 246 839 ist

manentmagneten, je einem Eisenkreis für den magne- die Kontaktfläche zwischen Magnet und Nebenschluß tischen Haupt- und Nebenfluß, aus rippenförmigen ebenfalls reduziert. Hier geschieht dies aber durch Anschlußpolen und Polschenkeln mit Wicklungen eine ungünstige Formgebung des Permanentmagne- und einem Lasthebel aufweisenden Anker, bei dem 50 ten. Derartige Magnete sind üblicherweise Sinterkördas dem Permanentmagneten parallelgeschaltete per und sollen daher durch eine möglichst einfache Nebenschlußteil, die Anschlußpole des Permanent- Formgebung erzeugt werden,
magneten sowie die Polschenkel aus einem einzigen Ferner ist durch die deutsche Auslegeschrift

Formteil aus hochpermeablem, magnetisch weichem 1235 428 und schweizerische Patentschrift 478451 Material mit geringer Koerzitivkraft gefertigt sind, 55 bereits bekannt, die Anschlußpole für den Dauer- und wobei sich zwischen dem magnetischen Haupt- magneten in Form von Rippen aus dem magneti- und Nebenfluß nichtmagnetische Einlagen befinden sehen Nebenschluß herauszudrücken. Doch ist hier und die Ausbildung der Berührungsflächen zwischen nichts über die Dimensionierung der Auflageflächen Anker und Polstücken ein Kleben durch den äußeren des Ankers ausgesagt, wodurch die hier gelehrten Luftdruck verhindert. 60 Anordnungen ausgesprochen unempfindlich sind.

Bei derartigen polarisierten Magnetsystemen ist Außerdem ist durch die deutsche Auslegeschrift

eine hohe Ansprechempfindlichkeit erforderlich. 1286 216 bekannt, bei Relaisanordnungen den Diese wird dadurch erreicht, daß durch den von dem magnetischen Nebenschluß nicht direkt mit dem Permanentmagneten bewirkten magnetischen Fluß Dauermagneten in Berührung zu bringen, sondern eine Haltekraft auf den Anker erzeugt wird, der 65 beide Teile durch nichtmagnetische Einlagen, zu eine Gegenkraft entgegenwirkt, die durch den von denen auch Kunststoffolien gehören, zu trennen, fjcrn die Spulenwicklungen durchfließenden elektri- Hier ist der magnetische Widerstand jedoch so in sehen Strom erzeugten magnetischen Fluß bewirkt das System eingebaut, daß er beide magnetische

Pfade, nämlich Hauptschluß und Nebenschluß, durch den Anker beeinflußt. Das ist nachteilig für die Veränderlichkeit des Systems. Denn es muß erwünscht sein, den Magnetkreis veränderbar zu gestalten, wobei sich der Ankerkreis möglichst wenig ändern soll.

Schließlich ist es durch die deutsche Auslegeschrift 1234 317 noch bekannt, die Berührungsfläche zwischen Anker und Polstückcn derart auszubilden, daß ein Klebenbleiben des Ankers durch den äußeren Luftdruck vermieden wird. Hier ist der Anker zwar beweglich, doch weist er einen unmagnetischen Kragen auf.

Ein weiterer beträchtlicher Nachteil der bekannten Anordnungen Ucgt darin, daß der den magnetischen Nebenschluß bildende Weicheisenkörper direkt am Permanentmagneten aufliegt. Arbeitet nämlich ein derartiges Magnetsystem in nicht ganz trockener Luft, so bildet sich zwischen den einander berührenden Eisenflächen rinn Fcuchtigkeitsschicht schwan- ao kcnder Stärke. Dadurch wird der Grad der magnetischen Kopplung zwischen diesen Flächen ebenfalls schwankend. Darüber hinaus kann infolge Rostbildung eine völlige Veränderung des Magnetflusses eintreten. Wird der im Nebenschluß fließende Magnetlluß durch Drehen der Magnetachse eingestellt, so ändert die Feuchtigkeitsschicht bzw. Korrejionsschicht die Reibungseigenschaften, so daß eine Feineinstellung erschwert oder sogar unmöglich gemacht

30

Bei den bekannten Magnetsystemen liegt der Anker auf der Polflächc voll auf. Hier tritt der sogenannte »Endmaßeffekt« auf. Die Flächen der in der Technik zur Längsmessung benutzten Endmaße sind mit hoher Güte glatt poliert. Drückt man zwei soleher Flächen fest aneinander, so gelingt es, praktisch alle Luftmoleküle zwischen ihnen zu entfernen. Dann haften die Flächen aber aneinander mit einer Haftkraft, die etwa dem Produkt aus dem herrschenden atmosphärischen Luftdruck und der Beruhrungsfläche entspricht. Der gleiche Effekt tritt zwischen den glatten Flächen des Ankers einerseits, der Polflächen andererseits auf. Die auf den Anker ausgeübte Haltekraft wird daher sehr groß und das System entsprechend unempfindlich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein polarisiertes Magnetsystem für elektrische Relais der vorgenannten Art zu schaffen, das die erwähnten Nachteile der bekannten Anordnungen nicht besitzt und das vor allem eine besonders hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitiger Erschütterungsunempfindlichkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einem polarisierten Magnetsystem der vorgenannten Art dadurch gelöst, daß sich zwischen den rippenförmigen Anschlußpolen und dem Permanentmagneten eine dünne Kunststoffolie aus Thercphthalsäureester oder einem Copolymercn desselben befindet, die Auflagefläche des Ankers so bemessen wird, daß die durch den atmosphärischen Luftdruck auf diesen ausgeübte Kraft kleiner ist als die Rückstellkraft der Rückholfeder, und eine gefiederte Druckfeder, die in der gleichzeitig als Federkölbchen für die Rückholfeder dienenden Führungsbuchse der Betätigungsstange des Ankers verhakt wird, unter dem Permanentmagneten angeordnet wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das erfindune;sgemäße polarisierte Magnetsystem von einem durchsichtigen Kunststoffgehäuse umschlossen ist, das mit federnden Nasen unter die Grundplatte des Weicheisensystems greift.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der als magnetischer Nebenschluß wirkende Weicheisenkörpi-r nur mit verhältnismäßig kleinen Polflächen auf dem Permanentmagneten aufliegt. Diese Polflächen sind aber ohne nachträgliche Verbindungsvorgänge direkt aus dem Weicheisengrundkörper herausgearbeitet. Sie werden gemeinsam mit diesem geglüht, so daß sich ihre magnetischen Eigenschaften nicht nachträglich ändern. Sie sind mit dem Permanentmagneten nicht direkt in Kontakt. Vielmehr Hegt zwischen ihren Flächen und den Flächen des Permanentmagneten die erfindungsgemäße Kunststoffolie. Die magnetische Kopplung zwischen beiden Kreisen ist dadurch praktisch frei von Umwelteinflüssen, insbesondere von dem Einfluß von Feuchtigkeit. Auch die Reibungskräfte beim Einstellen des Magneten durch Verdrehen seiner Polarisationsachse sind von Umwelteinflüssen unabhängig und haben eine solche Größe, daß stets eine Feineinstellung möglich ist.

Bei direkter Auflage des Weicheisensystems auf dem Permanentmagneten kann sich unter dem Einfluß der Luftfeuchtigkeit Rost bilden. Dieser feuchte Rost kann infolge Kapillarwirkung zwischen Weicheiscnpolschuhen und Spulenwicklungen hochkriechen bis zur Auflagefläche des Ankers, wo er die Ansprecheigenschaften des Magnetsystems erheblich verändern würde. Die erfindungsgemäß zwischengelegte Kunststoffolie bietet den weiteren Vorteil, daß eine solche Korrosionserscheinung nicht auftreten kann. Der Wanderweg der Feuchtigkeit ist verlängert, da die Kunststoffolie einen größeren Durchmesser hat als der Permanentmagnet.

Bei direkter Auflage des Weicheisensystems auf dem Permanentmagneten können sich beim Einstellen des Magneten Eisenspäne loslösen, die zur Unstabilität der Auslösewerte führen können.

Durch die Einhaltung der erfindungsgemäßen Bemessungsvorschrift für die Auflagefläche des Ankers auf den Polflächen ist dafür gesorgt, daß der Anker tatsächlich durch den Magnetfluß gehalten wird, der einstellbar vom Permanentmagazin erzeugt wird. Dadurch ist der von dem die Spulenwicklung durchfließenden Strom erzeugte Gegenfluß genau definiert, der den Anker zum Abfallen und damit das Relais oder den Auslöser zum Ansprechen bringt. Es braucht kein Sicherheitszuschlag gegeben zu werden, der dem umweltabhängigen und daher veränderlichen Kleben des Ankers infolge des Endmaßeffektes Rechnung trägt, da dicer Teil der Haftkraft auf jeden Fall durch die Kraft der Auslösefeder überwunden wird. Die Einstellung auf größte Empfindlichkeit bei ausreichend erschütterungsunempfindlicher Haftkraft wird hierdurch besonders feinfühlig möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.

F i g. 1 Weicheisensystem, Vorderansicht, Fi g. 2 Seitenansicht,
F i g. 3 Draufsicht,

Fig. 4 polarisiertes Magnetsystem, Vorderansicht im Schnitt,

F i g. 5 Draufsicht im Teilschnitt,

Fig. 6 Seitenansicht,

F i g. 7 Ansicht von unten.

Das Wcicliciscnsystcm, das einen magnetischen Nebenschluß darstellt, ist aus einem einzigen Stück ausgestanzt und gebogen. Dabei ist der Grundkörper 1 gebildet, aus dem die beiden Pole 2 nach oben hervorstehen. Schlitze 3 im Grundkörper 1 dienen zur Befestigung des Magnetsystems im Gerät. An den beiden Stellen 4 ist der Grundkörper durchgedrückt, so daß seine Unterseite hier Rippen bildet.

Durch den Magnetanker 6 wird der Weicheisenkrcis des magnetischen Nebenschlußkreises geschlossen. In eine Bohrung 5 des Grundkörpers 1 ist hierzu eine Buchse 8 eingesetzt. Diese hat einen Qucrschlilz 9, in dem die Betätigungsstange 14 geführt ist. Oberhalb des Ankers sind in diese Betätigungsstange J4 zwei QuctschstcHcn 10 eingedrückt, durch die der Anker festgelegt wird. Er liegt im angezogenen Zustand auf den Polschuhcn 11 auf. Ein elastisches Stück Kunstkautschuk bildet die Ankerbefestigung 12. Den magnetischen Hauptfluß erzeugt der drehbare Permanentmagnet 13.

Die beiden Spulenwicklungen 16 und 17 sind auf die Pole des Weicheisenkörpers aufgesetzt. Der sie durchfließende Strom erzeugt einen magnetischen Fluß, der dem durch den Permanentmagneten 13 erzeugten Fluß entgegengesetzt gerichtet ist. Die Führungsbuchse 8 ist gleichzeitig als Federkölbchen für die Rückholfeder 18 ausgebildet. Der vom Permanentmagneten in dem durch den Weicheisenkreis gebildeten Nebenschluß erzeugte magnetische Fluß bewirkt die Haltekrafi auf den Anker 6 in den Polschuhcn 11. Wird dieser Fluß durch den Gegenfluß aufgehoben, den der in den Spulenwicklungen 16 und 17 fließende Strom erzeugt, so drückt die Rückholfeder 18 den Anker 6 und damit die Betätigungsstangc 14 mit großer Kraft ab, so daß die Betätigungsstange 14 auf eine Kontaktanordnung oder auf ein Schaltschloß entsprechend große Kräfte ausüben kann. Der Permanentmagnet 13 ist so magnetisiert, daß seine Nord-Südachse in der gezeichneten Stellung parallel zu den Polen 2 gerichtet ist. Er kann aber um die Längsachse gedreht werden. Schließt nach dieser Drehung die Nufu-Südachse des Magneten einen Winkel λ zur Polachse ein, so wirkt in den Polen eine Durchflutung, die um den Faktor cos \ kleiner ist, so daß sie je nach Größe des Winkels \ eingestellt werden kann.

Die besonderen Eigenschaften, vor allein die hohe Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Magnetsystems, werden durch die Gestaltung des magnetischen Nebenschlusses erzielt. Der diesen Nebenschluß bildende Weicheisenkörper liegt nicht in seiner ganzen Länge auf dem Permanentmagneten auf, sondern nur in den Rippen 4. Dadurch ist der von der Durchflutung des Permanentmagneten im waagerechten Teil des Grundkörpers 1 erzeugte magnetische Fluß verhältnismäßig klein. Die Polflächen an den Rippen 4 sind feingeschliffen. Doch können auch die beim Feinschleifen verbleibenden Unregelmäßigkeiten dazu führen, daß sich der Magnetfluß beim Drehen des Permanentmagneten nicht stetig ändert. Noch mehr ist dies der Fall, wenn bei feuchter Außenluft Feuchtigkeit zwischen die Flächen kriecht und hier zu Korrosionserscheinungen führt. Auch ändert dies die Reibungsverhältnisse zwischen Permanentmagnet und Polflächen, so daß eine genaue Einstellung erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht wird. Aus diesem Grund ist zwischen Permanentmagnet 13 und Rippen 4 eine dünne

b Kunststoffschicht 21 angeordnet, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Permanentmagneten 13.

Die Dicke dieser Scheibe liegt in der Größenordnung von einigen Vno mm. Die DickcntoWanz

ίο aber ist sehr gering. Zwischen Permanentmagnet und Weicheisensystem ist daher ein magnetischer Luftspalt sehr genauer Stärke eingefügt, gegenüber dem sich Abstandsschwankungen, die durch verbleibende Unebenheiten der Oberflächen hervorgerufen wcr-

!5 den könnten, nicht mehr nennenswert auswirken. Der nachteilige Einfluß von Feuchligkeitsfilmen ist praktisch ausgeschlossen. Die Reibung zwischen Magnet und Weicheisenkörper ist praktisch in jedem Punkt konstant und unabhängig von Umwclteinflüssen. Als Kunststoffmaterial für diese Zwischenplatte eignen sich z. B. Terephthalsäureester oder deren Copolymere.

Der Magnetfluß, der durch die magnetische Durchflutung des Permanentmagneten in dem Neben-

«5 Schluß zustande kommt, wird weiterhin durch den magnetischen Widerstand in dem Eisenquerschnitt bestimmt, den diese vorfindet. Dieser Querschnitt wird fein abgestimmt durch die Größe der Bohrung 5, da diese den Querschnitt verkleinert. Zu dem so eingestellten magnetischen Widerstand liegen die Pole 2 und der Anker 6 als weiterer magnetischer Nebenschluß parallel. Der hier erzeugte Magnetfluß bewirkt in den Polstegen 11 die Haltekraft für den Anker 6. Polstege und Anker haben wiederum feingeschliffene Oberflächen. Die Haltekraft soll so klein wie möglich sein, damit das Magnetsystem möglichst empfindlich ist, sie soll aber ausreichend stark sein, damit der Anker nicht ungewollt bei Erschütterungen abfällt. Zwischen den aufeinanderlicgenden,

glattgeschliffenen Flächen kann aber der sogenannte Endmaßcflckt eintreten. Endmaße sind bekanntlich sehr giaii poliert. Drückt man zwei von ihnen kräftig aufeinander, so gelingt es, die Luft zwischen ihnen zu entfernen. Der Druck der Atmosphäre, der aul

die Haltefläche wirkt, erzeugt sodann eine intensive Haftung zwischen den Endmaßstücken.

Dieser Endmaßeffekt tritt zwischen der Oberfläche der Polstege und des Ankers auf. Er kann daher die Empfindlichkeit des Magnetsystems stark herabsetzen. Daher wird nach der Erfindung die Fläche F der Polschuhe so klein angeschliffen, daß bei einem Druck ρ der Außenatmosphäre und einer pro Pol im angezogenen Zustand des Ankers wirksamen Rückstellkraft P der Rückholfeder 18 die Bedingung er-

füllt ist:

pF<P.

Das ganze erfindungsgemäße Magnetsystem ist in ein durchsichtiges Kunststoffgehäuse 22 eingeschlossen, das mit federnden Nasen unter die Grundkörperplatte 1 greift. In die Ausnehmungen 3 des Grundkörpers 1 sind Befestigungseinsätze 23 eingesetzt, welche die Befestigungsschrauben des Magnetsystems aufnehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 wird. Die Haltekräft soll daher einerseits so groß Patentansprüche: sein, daß sie ausreicht, den Anker auch bei mecha nischen Erschütterungen des Systems mit Sicherheit

1. Polarisiertes Magnetsystem für elektrische zu halten, andererseits soll sie klein genug sein, da-Relais mit hoher Ansprechempfindlichkeit, be- 5 mit schon ein sehr geringer Strom durch die Spulenstehend aus einem drehbaren Permanentmagne- wicklungen genügt, um das Relais zum Ansprechen ten, je einem Eisenkreis für den magnetischen zu bringen.

Haupt- und Nebenfluß, aus rippenförmigen An- Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse

schlußpolen und Polschenkeln mit Wicklungen das Magnetsystem so aufzubauen, daß die Polschuhe, und einem einen Lasthebel aufweisenden Anker, io welche die Spulenwicklungen tragen, im Nebenbei dem das dem Permanentmagneten paralbl- Schluß zu einem magnetischen Hauptweg liegen, der geschaltete Nebenschlußteil, die Anschlußpole von dem durch die vom Permanentmagneten erdes Permanentmagneten sowie die Polschcnkel zeugte Durchflutung bewirkten Magnetfluß durchaus einem einzigen Formteil aus hochpermeablem, setzt wird. Eine solche Anordnung zeigen beispielsmagnetisch weichem Material mit geringer Koer- 15 weise die deutschen Patente 663 091 und 761 837. In zitivkraft gefertigt sind, und wobei sich zwischen dem deutschen Patent 890 992 ist auch schon der dem magnetischen Haupt- und Nebenfluß nicht- Gedanke geäußert, durch Bilden eines Winkels zwimagnctischc Einlagen befinden und die Ausbil- sehen der Nord-Süd-Achse des Permanentmagneten dung der Berührungsflächen zwischen Anker und und der Achst des magnetischen Nebenschlusses die Polstücken ein Kleben durch den äußeren Luft- ao Größe des im Nebenschluß fließenden Magnetflusses druck verhindert, dadurch gekennzeich- und damit die Empfindlichkeit des Magnetsystems zu net, daß sich zwischen den rippenförmigen An- regeln.

schlußpolen (4) und dem Permanentmagneten Diese bekannten Anordnungen, von denen es zahl-

(13) eine dünne Kunststoffolie (21) aus There- reiche verschiedene Ausführungen gibt (s. beispielsphthalsäureester oder einem Copolymcren des- »5 weise die französische Patentschrift 1265 883 mit selben befindet, die Auflagefläche des Ankers so Zusatzpatent 78 880), zeigen eine Reihe von Nachbemessen wird, daß die durch den atmosphäri- teilen.

■ sehen Luftdruck auf diesen ausgeübte Kraft So ist es ungünstig, wenn der magnetische Nebenkleiner ist als die Rückstellkraft der Rückhol- Schluß in voller Fläche auf dem Körper des Perfeder, und eine gefiederte Druckfeder (20), die in 30 manentmagneten aufliegt. Auch bei sorgfältiger Beder gleichzeitig als Federkölbchen für die Rück- arbütung haben die beiden einander berührenden holfeder (18) dienenden Führungsbuchse (8) der Flächen eine gewisse Unebenheit, so daß es schwer Betätigungsstange (14) des Ankers (6") verhakt ist, in einer wirtschaftlichen Fertigung größere Streuwird, unter dem Permanentmagneten (13) anga- ungen in den magnetischen Eigenschaften zu verordnet wird. 35 meiden. Zwar sieht die französische Patentschrift

2. Polarisiertes Magnetsystem nach Anspruchl, 1 242 875 eine Berührung zwischen Permanentdadurch gekennzeichnet, daß es von einem durch- magneten und Weicheisennebenschluß in begrenzten sichtigen Kunststoffgehäuse umschlossen ist, das Flächen vor. Doch ist dies damit erreicht, daß mit federnden Nasen (24) unter die Grundplatte mehrere Teile zusammengenietet werden. Das aber (1) des Weicheisensystems greift. 40 ist ungünstig, weil die erforderlichen magnetischen

Eigenschaften des Nebenschlußkreises durch eine