DE2128557B1 - Polarisiertes Relais - Google Patents

Description

• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung entnommen werden. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen polarisierten Relais in einer stabilen Endlage und mit angedeuteten Kraftlinienfluß und Fig. 2 das gleiche Relais wie in Fig. 1, jedoch in der gegenüberliegenden stabilen Endlage.
• Das gewählte und in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines Halterelais weist einen Anker mit vier Armen 10, 12, 14 und 16 auf. Der Anker ist über den Arm 10 auf einem Joch 18, welcher den Anker mit dem Magnetfluß eines Polschuhs 20 eines Permanentmagneten 22 verbindet, drehbar gelagert. Ein zweiter Polschuh 24 des Permanentmagneten 22 ist mit einem Kern 26 einer Erregerspule 28 verbunden. Das freie Ende des Armes 12 befindet sich in der Nähe des freien Endes des Kernes 26 und bildet dort einen Luftspalt 30. Der Arm 14 liegt sowohl dem Polschuh 20 unter Bildung eines Luftspaltes 32 als auch dem Polschuh 24 unter Bildung eines Luftspaltes 34 gegenüber, während der Arm 16 auf der gegenüberliegenden Seite des Polschuhs 20 einen Luftspalt 36 bildet. In der in F i g. 1 dargestellten Endlage des Ankers sind die Luftspalte 30 und 36 am kleinsten, während die Luftspalte 32 und 34 ihren Größenwert aufweisen. In der in F i g. 2 dargestellten gegenüberliegenden Endlage des Ankers verhalten sich die Abmessungen der einzelnen Luftspalte genau umgekehrt. Mechanisch verbunden mit dem Anker ist ein Umschalt-Kontaktsatz 38, bestehend aus einem beweglichen Kontakt 38A und zwei gegenüberliegenden Festkontakten 38 B und 38C.
• Der Kontaktsatz 38 ist in Richtung auf die in F i g. 2 gezeigte Endlage federnd vorgespannt, wo der bewegliche Kontakt 38 A mit dem Festkontakt 38 B verbunden ist. Daher genügt als mechanische Verbindung zwischen dem Anker und dem Kontaktsatz 38 ein Betätigungsstift 39, welcher den beweglichen Kontakt 38A in der Endlage des Ankers gemäß F i g. 1 gegen den Festkontakt 38 C drückt, während er ihn in der entgegengesetzten Endlage des Ankers (s. F i g. 2) einfach freigibt, so daß er zum Festkontakt 38 B zurückkehren kann.
• In F i g. 1 und 2 ist der Magnetfluß des Permanentmagneten 22 in unterbrochenen Linien und der Magnetfluß der Erregerspule 28 in durchgehenden bzw. strichpunktierten Linien dargestellt.
• In der in F i g. 1 dargestellten Endlage des Ankers verläuft der Magnetfluß des Permanentmagneten 22 vom Polschuh 24 durch den Kern 26, überspringt den Luftspalt 30, welcher in dieser Ankerstellung sehr klein ist und damit eine niedrige Reluktanz aufweist, und gelangt schließlich in den Arm 12, wo sich der Magnetfluß teilt. Ein Teil fließt über den Arm 10 und den Ankerdrehpunkt in das Joch 18 in den Polschuh 20 zurück, während der andere Teil des Magnetflusses über den Arm 16 des Ankers und den in dieser Stellung ebenfalls kleinen Luftspalt 36 in den Polschuh 20 und damit in den Permanentmagneten 22 zurückfließt. Außerdem ist natürlich ein gewisser Streufluß vorhanden, der sich andere Wege sucht.
• deren Reluktanz aber wesentlich größer ist, so daß der Streufluß normalerweise vernachlässigt werden kann. Wird in der Ankerendlage gemäß Fig. 1 die Erregerspule 28 mit einem Strom entsprechender Polarität erregt, so erzeugt diese einen dem Magnetfluß des Permanentmagneten 22 entgegengerichteten Magnetfluß über die Luftspalte30 und 36, und der Anker des Relais schaltet um. Der diesem Erregerstrom entspringende Magnetfluß gelangt aus dem Kern 26 über den Polschuh 24 und den Permanentmagneten 22 in den Polschuh 20, wo er sich teilt, und eines Teils über das Joch 18 mit dem Drehpunkt in den Arm 10, von dort in den Arm 12 und über den Luftspalt 30 zurück in den Kern 26 gelangt, während der andere Teil des Magnetflusses über Luftspalt 36, Arm 16, Arm 12 und Luftspalt 30 ebenfalls zurück in den Kern 26 geleitet wird. Während der Permanentmagnet 22 eine hohe Reluktanz besitzt, nimmt der durch den Erregerstrom erzeugte Magnetfluß noch einen anderen Weg, der zwar eine noch höhere Reluktanz aufweist, aber nicht zu vernachlässigen ist: Dieser Weg führt vom Kern 26 durch den Polschuh 24 und von dort über den in dieser Ankerstellung großen Luftspalt 34 zum entfernten Arm 14 und von dort über den Arm 12 und den engen Luftspalt 30 zurück zum Kern 26. Naturgemäß hat der in der Ankerstellung gemäß F i g. 1 große Luftspalt 34 auch eine hohe Reluktanz, die jedoch kleiner wird, unter Anstieg des Metallflusses, während der Anker in die gegenüberliegende Endlage gemäß Fig. 2 gezogen wird. Wie die Zeichnung erkennen läßt, folgt der vom Erregerstrom erzeugte Magnetfluß im wesentlichen dem gleichen Weg wie der Magnetfluß des Permanentmagneten 22, jedoch überall mit entgegengesetzter Flußrichtung. Infolgedessen ist die daraus resultierende restliche magnetische Anziehungskraft zwischen gegenüberliegenden Flächen innerhalb der Luftspalte 30 und 36 klein, wenn der Erregerstrom fließt, während eine größere magnetische Anziehungskraft zwischen beiden Seiten des Luftspaltes 34 herrscht, so daß der Anker umgeschaltet wird, zumal die Umschaltbewegung noch durch die Federvorspannung des beweglichen Kontaktes 38A unterstützt wird.
• Fließt jedoch kein Erregerstrom, so wird der Anker durch den Magnetfluß des Permanentmagneten 22 über die Luftspalte 30 und 36 hinweg sicher in seiner Endlage gemäß Fig. 1 gehalten, und zwar auch entgegen der Vorspannung des Kontaktsatzes 38.
• Befindet sich der Anker in seiner Endlage gemäß F i g. 2, so fließt der Magnetfluß des Permanentmagneten vom Polschuh 24 über den Luftspalt 34 in den Arml4 und von dort im Kurzschluß über den Polschuh 20 zurück in den Permanentmagneten 22.
• Da die Reluktanz in den Luftspalten 32 und 34 niedrig ist, wird der größte Teil des Magnetflusses durch den Arm 14 kurzgeschlossen, aber ein kleinerer Teil fließt vom Luftspalt 34 ab über den Arm 14 und. den Arm 10 zum Ankerdrehpunkt und von dort über das Joch 18 in den Polschuh 20 zurück. Will man den Anker jetzt in seine entgegengesetzte Endlage gemäß F i g. 1 zurückschalten, so benötigt man einen Erregerstrom von entgegengesetzter Polarität.
• Der von diesem Erregerstrom erzeugte Magnetfluß gelangt aus dem Kern 26 über den Luftspalt 30, der jetzt eine hohe Reluktanz aufweist, in den Arm 12.
• Hier teilt sich der Magnetfluß, und ein Teil gelangt über den Arm 10, den Ankerdrehpunkt und das Joch 18 in den Polschuh 20, überquert den Luftspalt 32 und gelangt in den Arm 14, während der andere Teil auf dem direkten Weg in den Arm 14 gelangt, von wo der jetzt wieder vereinigte Magnetfluß den Luftspalt 34 überquert und über den Polschuh 24 in den Kern 26 zurückgelangt. Man sieht, daß dem Magnetfluß des Permanentmagneten 22 der Magnetfluß des Erregerstromes innerhalb des Armes 14 und der Luftspalte 32 und 34 entgegengerichtet ist, so daß bei fließendem Erregerstrom die magnetische Anziehung zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Luftspalte 32 und 34 klein ist, während eine größere Anziehung auf beiden Seiten des Luftspaltes 30 herrscht, welche den Anker umschaltet. Bei fehlendem Erregerstrom reicht der Magnetfluß des Permanentmagneten 22 völlig aus, um durch die innerhalb der Luftspalte 32 und 34 erzeugte Anziehungskraft denAnker fest in seiner Endlage gemäß Fig. 2 zu halten. Ganz allgemein ist zu sagen, daß der Magnetfluß aus dem Permanentmagneten 22 in Abwesenheit einesErregerstromes auch unter äußeren Einflüssen wie mechanischer Schockbelastung oder Vibration in jedem Fall ausreicht, den Anker in einer seiner beiden stabilen Endlagen sicher festzuhalten.
• Ferner ist zu sagen, daß die Darstellung des gewählten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen polarisierten Relais in der Zeichnung rein schematisch ist und die in der Praxis zu wählende Bauform völlig offenläßt Beispielsweise können die Arme 14 und 16 als separate Bauelemente ausgebildet sein; sie können aber auch (wie dargestellt) gemeinsame Elemente besitzen. Die Erregerspule 28 kann aus mehr als eine Wicklung, und der Kontaktsatz 38 aus mehreren Kontaktsätzen bestehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stoßen die gegenüberliegenden Flächen der Luftspalte 30, 32, 34 und 36 zusammen, wenn diese Luftspalte in der entsprechenden Ankerendlage ihren Kleinstwert aufweisen.
• Es besteht jedoch durchaus keine Notwendigkeit, daß die gegenüberliegenden Flächen der einzelnen Luftspalte hierbei zusammenstoßen, solange nur der Kleinstwert des Luftspaltes wesentlich ldeiner als der Größtwert ist. Der Punkt, an dem der Arm 16 an den Arm 14 angesetzt ist, kann in gewissem Ausmaß frei gewählt werden; in besonderen Fällen kann er nahe am freien Ende des Armes 14 angesetzt sein.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Relais mit mindestens einem Kontaktsatz und mit einem magnetischen Kreis, zu dem ein Permanentmagnet mit einem ersten und zweiten Polschuh, ein auf einer Seite des ersten Polschuhs angebrachter und mit einer Spule umwickelter Kern, ein den Kontaktsatz betätigender Anker mit zwei Armen, von denen der erste Arm mit dem Kern einen ersten Luftspalt und der zweite Arm mit mindestens einem der Polschuhe mindestens einen zweiten Luftspalt bildet, und ein mit dem zweiten Polschuh - verbundenes Joch gehört, welches einen Drehpunkt für den Anker bildet, um den der Anker in eine erste stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am kleinsten und der zweite Luftspalt am größten ist, und in eine zweite stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am größten und der zweite Luftspalt am kleinsten ist, schwenkbar ist, wobei der Magnetfluß des Permanentmagneten den Anker in jeweils einer der beiden stabilen Endlagen festhält und ein Erregerstrom entgegengesetzter Polarität in der Erregerspule den Anker mit dem Kontaktsatz in die jeweils entgegengesetzte Endlage kippen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (14) mit dem ersten Polschuh (24) in an sich bekannter Weise den zweiten Luftspalt (34) bildet; und daß der Anker einen dritten Arm (16) besitzt, der mit dem zweiten Polschuh (20) einen dritten Luftspalt (36) bildet, welcher in der ersten stabilen Ankerendlage am kleinsten und in der zweiten stabilen Endlage am größten ist.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (14) außerdem mit dem zweiten Polschuh (20) zusammenwirkt und dort einen vierten Luftspalt (32) bildet, welcher in der ersten stabilen Endlage am größten und in der zweiten stabilen Endlage am kleinsten ist, so daß in der zweiten stabilen Endlage der zweite Arm die beiden Polschuhe (20, 24) direkt überbrückt.

   Die Erfindung betrifft ein polarisiertes Relais mit mindestens einem Kontaktsatz und mit einem magnetischem Kreis, zu dem ein Permanentmagnet mit einem ersten und zweiten Polschuh, ein auf einer Seite des ersten Polschuhs angebrachter und mit einer Spule umwickelter Kern, ein den Kontaktsatz betätigender Anker mit zwei Armen, von denen der erste Arm mit dem Kern einen ersten Luftspalt und der zweite Arm mit mindestens einem der Polschuhe mindestens einen zweiten Luftspalt bildet, und ein mit dem zweiten Polschuh verbundenes Joch gehört, welches einen Drehpunkt für den Anker bildet, um den der Anker in eine erste stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am kleinsten und der zweite Luftspalt am größten ist, und in eine zweite stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am größten und der zweite Luftspalt am kleinsten ist, schwenkbar ist, wobei der Magnetfluß des Permanentmagneten den Anker in jeweils einer der beiden stabilen Endlagen festhält und ein Erregerstrom entgegengesetzter Polarität in der Erregerspule den Anker mit dem Kontaktsatz in die jeweils entgegengesetzte Endlage kippen läßt.

   Derartige polarisierte Relais sind bekannt und werden auch als Halte- oder Stromstoß-Relais bezeichnet. Der Permanentmagnet zieht den Relaisanker jeweils in eine von zwei stabilen Endlagen, und zur Umschaltung des Ankers wird die Spule durch einen gerichteten Erregerstrom so erregt, daß ein dem permanenten Magnetfluß entgegengesetzter Magnetfluß erzeugt wird, der den Anker abhebt und in seine entgegengesetzte stabile Endlage umschaltet.

   Das eingangs geschilderte bekannte Relais hat den Nachteil, daß der Magnetfluß seines Permanentmagneten, welcher den Anker in der Ruhelage festhält, keinen angemessenen geschlossenen Eisenweg vorfindet. Die Folge ist, daß die permanente Haltekraft bei auftretenden Vibrationen, Schockbeanspruchungen u. dgl. nicht ausreicht, den Anker in der Endlage sicher festzuhalten. Es kann somit zu unkontrollierten Kontaktbetätigungen kommen. Zumindest in einer Endlage dieses Relais wirkt die permanente Haltekraft dem Kontaktdruck der durch den Anker betätigten Kontaktfedersätze entgegen. Es leuchtet ein, daß eine ohnehin begrenzte permanente Haltekraft nur zur Überwindung von relativ schwachen Kontaktfedersätzen ausreicht; man kann also nicht beliebig kräftige Kontakte verwenden und demgemäß nicht beliebig hohe Ströme schalten.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der genannten Art so zu verbessern, daß es seine Ruhelagen auch bei Vibrations- und Schockbeanspruchungen sicher einhält und ferner eine für alle vorkommenden Kontaktfedersätze ausreichende permanente Haltekraft entwickelt.

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der zweite Arm mit dem ersten Polschuh in an sich bekannter Weise den zweiten Luftspalt bildet; und daß der Anker einen dritten Arm besitzt, der mit dem zweiten Polschuh einen dritten Luftspalt bildet, welcher in der ersten stabilen Ankerendlage am kleinsten und in der zweiten stabilen Endlage am größtenist.

   Auf diese Weise wird ermöglicht, daß in der ersten stabilen Endlage zwei parallele permanente Magnetflüsse ausgebildet sind, von denen der erste über den ersten Arm und Spalt zum Kern, und der zweite Magnetfluß über den dritten Arm und Spalt zum zweiten Polschuh verläuft; diese beiden parallelen Magnetflüsse halten den Anker in seiner ersten stabilen Endlage fest. Damit wird eine bisher nicht erreichte hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit erzielt, und außerdem können stärkere Kontaktfedersätze verwendet werden.

   Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der zweite Arm außerdem mit dem zweiten Polschuh zusammenwirkt und dort einen vierten Luftspalt bildet; welcher in der ersten stabilen Endlage am größten und in der zweiten stabilen Endlage am kleinsten ist, so daß in der zweiten stabilen Endlage der zweite Arm die beiden Polschuhe direkt überbrückt.

   Somit wird in der zweiten stabilen Endlage ebenfalls eine ähnliche große permanente Haltekraft erreicht, da der permanente Magnetfluß jetzt über den zweiten Arm direkt kurzgeschlossen ist.