-
Gepoltes Miniaturrelais Die Erfindung bezieht sich auf ein gepolt
es Miniaturrelais mit einer Erregerspule und einem parallel zur Spulenachse angeordneten
stabförmigen Dauermagneten, welcher an beiden Enden gleichnaraige Pole und in der
Mitte einen gemeinsamen Gegenpol aufweist und mit einem vor dem Gegenl gelager-ten
zweiflügeligen Wippanker.
-
Bin derartiger Aufbau mit einem zweiflügeligen Anker wird bereits
für Kleinrelais in verschiedenen Formen benutzt.
-
In der deutschen Patentschrift 1 o19 383 wird unter anderem eine Ausführungsform
beschrieben, bei welcher zwei entgegengesetzt gepolte Dauermagnete parallel zur
Spule angeordnet sind ud an ihren gleichnamigen äußeren Pol enden jeweils von den
Jochsehenkeln winkelförmig umfaßt werden. Der Anker ist hierbei auf einer Polplatte
gelagert, welche zwischen den beiden einander zugewandten, ebenfalls gleichnamigen
Polen der Dauermagnete angeordnet ist. allerdings werden dort keine niiseren Angaben
darüber gemacht, wie der magnetische Übergang zwischen dem Spulenkern und den Jochen,
außerdem zwischen den Jochen und den einzelnen Dauermagneten n möglichst günstig
gestaltet werden kann. Fertigungstechnisch ist t es ziemlich aufwendig, die Dauermagneten
mit ihrem Zwischenstück unct (Irn Spulenkern, dLe alle mit Toleranzen behaftet sind,
in ihrer Länge derart aufeinander abzustimmen, daß an allen
Berührungsstellen
nur ein geringer magnetischer Widerstand vorhanden ist. Dieses Problem gewinnt aber
umso mehr Bedeutung, je kleiner das Relais gebaut werden soll, da es dann vor allem
darauf ankommt, den zur Verfügung stehenden Raum genau auszunützen und keinerlei
Verluste in Lfagnetkreis zuzulassen.
-
Die deutsche Offenlegungsschrift 2 c14 247 beschreibt weiterhin ein
Relais, welches anstelle der zwei Dauernagneten mit Zwischenstück einen einziZeii
dreipoligen Dauermagneten besitzt. Der magnetische Übergang vo Spulenkern auf die
Polschuhe dürfte aber hierbei keineswegs optimal sein, da die Spulenflansche aus
Isolierstoff bestehen und der Spulenkern mit den Pol schuhen jeweils nur eine relativ
kleine Berührungsfläche aufweist. Außerdem ist es bei dieser Konstruktion sehr schwierig,
die beiden Seitenflächen der Polschuhe, die mit dem Anker die beenden Arbeitsluftspalte
bilden, in eine Ebene zu bringen, un genau definierte und symmetrische Luftspalte
zu erreichen. Wenn auch für die Polschuhe ein unmagnetischer Träger verwendet wird,
so muß doch bei der Fertigung eine Justierorrichtung vorhanden sein, um die Polschuhe
bei der Befestigung auf dem Träger zunächst in einer Ebene auszurichten.
-
In der deutschen Auslegeschrift 1 614 709 ist weiterhin ein Relaisaufbau
angedeutet, bei welchen die Polschuhe einen dreipoligen Dauermagneten winkelfõrm-ig
umfassen. Allerdings handelt es sich hierbei nicht um eine praktische Ausführt1nf,E;-form,
sondern eher um eine grundsätzliche Andeutung über den Aufbau eines solchen Magnetsystems.
So wird einerseits ein ganz speziell geformter Dauermagnet dargestellt, andererseits
ist über die fertigungstechnische Verbindung zwischen SpuLerlF kern, Polschuhen
und Dauermagnet nichts ausgesagt. Eine Abstimmung aller Einzelteile ohne Teleranzen
derart, daß
sämtliche Berührungsflächen wie in der dargestellten
Weise aufeinander liegen, dürfte jedoch nur mit einem unwi rtsci aftl ichen Arbeitsaufwand
möglich sein.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der eingaz1£s
erwihnten Art konstruktiv so zu gestalten, daß online allzu hohe Anforderungen an
die Fertigungsgenauigieit der Einzelteile der magnetische Widerstand im Erregerkreis
möglichst klein gel1alten wird, und daß gleichzeitig mit geringem Aufwand die Arbeitsluftspalte
sehr genau und zueinander symmetrisch hergestellt werden können. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß an den magnetisch leitenden Spulenflanschen formschlüssig
befestigte, die Enden des Dauermagneten winkelförmig umfassende Polbleche an der
dem Anker zugewandten Seitenfläche des Dauermagneten flacli aufliegen und mit den
Stirnseiten des Dauermagneten jeweils einen Luftspalt bilden.
-
Durch die magnetisch leitenden Spulenflansche wird zunächst ein optim-ajer
magnetischer Übergang zwischen dem Spulenkern und den Polblechen erreicht. Längenunterschiede
zwischen der Spule und dem Dauermagneten spielen keine Rolle, da an den Stirnseiten
des Dauermagneten von vornherein je ein Suftspalt vorgesehen ist. Trotzdem ist ein
guter magnetischer Übergang zwischen dem Dauermagneten und den Polblechen geuahrleistet,
da die Polbleche an der Seitenfläche des Dauermagneten formschlüssig und flach aufliegen.
Außerdem besitzen diese Polbleche eine sehr konstante Dicke, und durch das Aufliegen
beider Bleche auf einer gemeinsanen Seitenfläche des Dauermagneten bilden sie ohne
Justi eraufwand gleichzeitig sehr genaue Arbeitsluftspalte mit dem Wippanker. Zweckmäßigerweise
wird diese zum Anker gewandte Seitenfläche des Dauermagneten vor der Montage plangeschliffen.
-
Eine weitere Verbesserung des Magnetkreises läßt sich dadurch erreichen,
daIS man einen Dauermagneten verwendet, dessen magnetische Vorzugsrichtung stets
der tatsächlichen PluEriclltung entspricht. Bekanntlich kann man iJagne twerkstoffen
eine magnetische Vorzugsrichtung einprägen, wenn man sie bereits bei der Herstellung
in ein ITagnet-feld bringt und den Magnetrer1kstoff innerhalb dieses Magnetfeldes
erkalten läßt. Derartig hergestellte hragnetvferkstoffe lassen sich in der Vorzugsrichtung
erheblicher besser aufmagnetisieren als in den dazu senkrechten Richtungen. Bei
bekannten Relais ähnlicher Bauart wie das erfindungsgemäße Relais war es bisher
höchstens ublicl1, einen Dauermagneten zu verwenden, dessen magnetische Vorzugsrichtung
in Richtung der Längsausdehnung des Magneten verlief. Für das erfindungsgemäße Relais
ist es aber besonders vorteilhaft, dem Dauermagneten eine Vorzugsrichtung einzuprägen,
die zwar in den Bereichen zwischen den Polen entlang der Längsausdehnung des stabförmigen
Magneten, an den drei Polen selbst jedoch zum Anker hin gekrümmt verläuft.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, zwischen
dem Mittelpol des Dauermagneten und dem vor ihm gelagerten Anker ein magnetisches
Plußblech anzuordnen. Bei einer symmetrischen Anordnung des Plußbleches genau in
der Mitte zwischen den Polenden des Dauermagneten befindet sich der Anker in Mittelstellung
in einem Kräftegleichgewicht.
-
Durch eine Verschiebung des Flußbleches aus der Mittellage zum einen
oder zum anderen Ende des Dauermagneten hin kann dieses Kräftegleichgewicht je nach
Versciliebungsrichtung zugunsten der links- oder der rechtsdrehenden Kraft verändert
werden. Mü diese Weise lönnen bereits bei der Fertigung Unsymmetrien des Magneten
ausgeglichen werden.
-
Vor allem aber ist durch eine solche unsymmetrische Anordnung des
FluBbleches eine gewollte unsymmetric des Magnetkreises, beispielsweise zum Erreichen
einer einseitigen Ruhelage, einstellbar.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besitzt
weiterhin einen Spulenkörper, der aus einem Stück gefertigt sowohl Kern- als auch
Spulenflansche bildet.
-
Dieser Spulenkarper aus magnetisch leitendem Material, der Beispielsweise
als Drehteil gefertigt wird, bewirkt einen kleinstmdglichen magnetischen Widerstand
im Erregerkreis.
-
Die Verbindung zwischen dem Spulenflansch und den Polbiechen wird
zweckmäßigerweise durch Zapfen hergestellt, die am Spulenkörper ausgebildet sind
und in Bohrungen der Polbleche eingepreßt werden. Die Polbleche liegen dann jeweils
formschlüssig an der gesamten Stirnfläche der Spulenflansche an und sind durch'
die Zapfen mit diesen fest verbunden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
Es zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Relais mit Magnetsystem und
Kontaktfedersatz, Fig. 2 und Fig. 3 das Magnetsystem eines erfindungsgemäßen Relais
mit dem magnetischen Flußverlauf in schematischer Darstellung, Fig. 4 eine Anordnung
zum Aufmagnetisieren eines erfindungsgemäßen Relais-Magnetsystems Die Fig. 1 zeigt
eine Spule 1 mit zwei Wicklungen, die auf einen Spulenkörper aufgebracht sind. Dieser
Spulenkörper ist als Drehteil in einem Stück aus Weicheisen gefertigt und weist
neben dem hier nicht sichtbaren Kern zwei'Spulenflansche 2a und an jeder Stirnseite
außerdem einen Zapfen 2b zur Befestigung der Polbleche 3 auf. Parallel zur Spule
erstreckt sich ein stabförmiger Dauermagnet 4, der an seinen beiden Enden jeweils
einen Nordpol und in seiner Mitte einen Südpol besitzt. Die Enden dieses Dauermagneten
werden von den Polblechen 3 winkelförmig umfaßt, wobei jeweils ein Schenkel 3a
eines
Polbleches 3 auf der plangeschliffenen Beitenfläche 4a des Dauermagneten flach aufliegt
und mit diesem verschweißt ist. Der zweite Schenl.el 3b des jeweiligen Polbleches
3 liegt dagegen flach und formschlüssig suf der Stirnseits des zugehörigen Spulenflansches
2a auf und ermöglicht somit einen guten magnetischen Übergang vom Spulenkern zum
Polblech.
-
Vor dem Südpol in der Mitte des Dauermagneten ist ein Flußblech 5
angeordnet und vor diesem ist ein zweitflügeliger Wippanker 6 so gelagert, daß er
mit den Schenkeln 3a der beiden Polbleche 3 jeweils einen Arbeitsluftspalt bildet.
-
Da die dem Anker zugewandte Seitenfläche 4a des Dauermagneten plangeschliffen
is t itnd die Polbieche 3 jeweils eine sehr konstante Dicke besitzen, sind die d2m
Anker zugewandet Oberflächen der Polbleche genau in einer Ebene ausgerichtet, so
daß die Arbeitsluftspalte ohne nachträgliche Justierung bereits symmetrisch und
gleich ausgeblidet sind. Der Anker -ist zwischen an federnden Halteplatten 8 fixierten
Kugelft 7 gelagert, welche in die Kalotten seiner Sehmalseiten drückün und somit
eine Art Spitzenlagerung bilden.
-
Das gesamte Magnetsystem sitzt auf einem Sockel 9, welcher gleichzeitig
das Kontaktsystem mit zwei Umschaltekontakten trägt. In diesem Sockel 9 sind
tifte lo mittels Glasperlen 11 druckdich-t eingeschmolsen. Im Inneren des Relais
sind dann diese Stifte mit den jeweils zugehörigen starren Gegenkontakten 12, den
beweglichen Kontaktfedern 13 und den Spulenanschlüssen 14 verbunden. Diese Spulenanschlüsse
14 befinden sich hierbei as einer Folie 15; nach dem Verlöten zwischen den Anschlüssen
14 und den Wicklungsenden der Spule wird diese Folie gebogen und an die Spule angelegt.
Die Betätigung der beweglichen Kontaktfedern 13 erfolgt durch den Anker 6 über die
Betätigungstifte 16.
-
Das gesamte Relais wird durch eine Schutzkappe 17 hermetisch abgeschlossen,
welche über das Magnetsystem und die Kontaktanordnung
geschoben
und mit dem Sockel 9 druckdicht verschweißt wird.
-
In der Fig. 2 ist das Magnetsystem des erfindungsgemäßen Relais nocli
einmal schematisch dargestellt, um den Verlauf des Magnetflusses in den einzelnen
Teilen deutlich zu machen.
-
Wiederum nicht man den Spulenkörper 2 mit den zwei Wicklungen 1 parallel
dazu den Dauermagneten 4 und als magnetische Vorbindung dieser Teile die beiden
winkeiförmigen Polbleche 3.
-
Diese Polbleche liegen mit ihren Schenkeln 3a und 3b jeweils auf eiller
Seitenfläche des Dauermagneten und auf den Spulenflanschen plan auf, bilden aber
mit den Stirnflächen des Dauermagneten jeweils einen Luftspalt 18. Durch diese Konstruktion
wird einerseits zwar ein sehr guter magnetischer Übergang zwischen Spulenkern, Polblech
und Dauermagnet erreicllt, andererseits müssen aber Spulenkörper und Dauermagnet
in ihrer Länge nicht aufeinander abgestimmt sein, so daß sich eine teuere, toleranzarme
Fertigung erübrigt. Der Anker 6 wird bei der Montage vor dem Flußblech 5 nontiert;
dabei wird durch die Einstellung des Funktionsluftsplates 19 zwischen Anker uiid
Flußblech sowie durch die Ausrichtung der Polblechschenkel 3a und des Flußbleches
5 nach dem Dauermagnet 4 gewährleistet, daß der Anker 6 immer definiert mit einem
Ende auf der Polflache eines Schenkels 3a aufliegt. die Arbeitsluftspalte 20a und
20b zwischen den Ankerflügeln und den Polblechen sind also ohne nachträgliche Justierung
festgelegt.
-
In seiner Wirkungsweise gleicht das Magnetsystem grundrätzlich dem
bereits be0'annter gepolter Systeme. Der Dauerfluß 21 teilt sich derart übe1 die
beiden nrbcitsluftspaite 20a und 20b auf, daß er in einem in gleicher Richtung zum
Steuerfluß 22, im anderen Luftspalt jedoch gegensinnig zu diesem überlagert. wird.
-
Durch die dreipolige Aufmagnetisierung kann der Dauermagnet als nur;
einem linken und einem rechten Teilmagnet 4a und 4b
bestehend betrachtet
erden, deren Flüsse sich im Plußblech 5 zum Gesamtnutzfluß vereinigen. Dabei nimmt
der eine Teilfluß seinen meg direkt über das zugehörige Polblech und den anliegenden
Ankerflügel zum Flußblech, während der andere Teilfluß über den weiteren eg durch
den Kern und das entfernte Polblech ebenfalls über den gleichen Ankerflügel in das
Flußblech eintritt. Die Plußrichtung innerhalb der Teilmagnete verläuft nicht parallel
zur Längsachse des jeweiligen Magneten, sondern längs der eingezeichneten gekrummten
Linie 21, deren Winkel zur längsachse an den die Polschuhe bildenden Weicheisenteilen
3a maximal 900 betragen kann. Bei Verwendung von Dauermagnetmaterial mit erforderlicher
Vorzugsrichtung ist eine optimale Ausnutzung dann gegeben, wenn die Vorgugsrichtung
23 dieses Magneten der durch den Flußverlauf 21 sich ergebenden Richtung angepaßt
ist.
-
Zur Erklärung der hrbeitsweise des Magnetsystems geht man davon aus,
daß sich der Anker 6 in einer der beiden möglichen Endstellungen befindet. Der weitaus
größte Teil des DauermarnetS1usses 21 durchsetzt den geschlossenen Arbeitsluftspalt
20b. Ein Umschalten des Ankers 6 in die andere Endlage erfolgt, wenn durch den Steuerfluß
22 die auf den Anker wirkende resultierende Kraft umgekehrt wird. Dies erreicht
man mit einem in der Erregerspule 1 erzeugten Steueriluß 22 geeigneter Größe, der
so gerichtet sein muß, daß er im geschlossenen luftspalt 20b dem Dauerfluß 21 entgegengerichtet,
also kraftvernindernd wirkt, im offenen luftspalt 20a den hier vorhandenen k7eineren
DauerfluZanteil doch verstärkt. In der anderen lage des Ankers 6 stellt sich bei
einem symmetrischen Aufbau des Magnetsystems sinngemäß die gleich. Dauerflußverteilung
eine. Zu beachten ist dabei, daß sich die Richtung des Dauerflusses im Kern 2 während
der Ankerbewegung umkehrt. Die maximale induktion im Kern wird jeweils in den Endlagen
erreicht. Da nur ein kleiner
Anteil des Gesamtnutzflusses über
den Kern geführt wird, kann dessen Querschnitt zugunsten des Bickelvolumens relativ
klein gehalten werden.
-
Bei den bisherigen Betrachtungen wurde vernachlässigt, daß die beiden
Teilmagnete 4a und 4b mit unterschiedlichen Anteilen zum Dauerfluß 21 in den beiden
Arbeitsluftspalten beitragen. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 3 das Magnetsystem
mit nur einem Teilmagneten 4a und Mittelstellung des Ankers 6. Beide Arbeitsluftspalte
liegen parallel zum Teilmagneten 4a. Zusätzlich zum. magnetischen Widerstand des
weiter entfernt liegenden Luftspaltes müssen aber noch der Eisenwiderstand des Kernes
2 und des Polbleches 3 sowie die beiden Übergangswiderstände gerechnet werden, wodurch
sich der Gesamtwiderstand in diesem Parallelzweig erhöht.
-
Da sich die Flüsse im umgekehrten Verhältnis der Widerstände aufteilen,
erhalt jeder~Arbeitsluftspalt 20a und 20b den größeren Dauerflußanteil seines ihm
direkt benachbarten Teilmagneten. Eine Schwächung der Induktion nur eines Teilmagneten
4a oder 4b verändert darum vorzugsweise den Fluß des ihm direkt benachbarten Luftspaltes
20a bzw. 2b. Da für den anderen Teilmagneten sinngemäß das gleiche gil-t, lassen
sich die Dauerflüsse in den Arbeitsluftspalteu xultgehend unabhängig voneinander
verändern, wodurch in einfacher Weise die Ansprechwerte der Relais nach der Montage
symrnelriBch eingestellt werden können.
-
Eine weitere Möglichkeit zum Ausgleich von Unsymmetrien oder zu ihrer
festen Einstellung, beispielsweise für ein einseitig arbeitendes gepoltes Magnetsystem,
besteht darin, das FluBblech in einem gewissen Bereich auf dem Magneten zu einem
der Polbleche hin zu verschieben.
-
Bei einer symmetrischen Anordnung des Flußbleches 5 wirkt infolge
des im Funktionsluftspalt 19 befindlichen Feldes auf den Anker 6 eine Kraft, deren
Wirkungslinie bei Mittelstellung
des Ankers durch den Drehpunkt
führt. Mit einer tageänderung des Flußbleehes 5 verschiebt sich auch diese Wirkungslinle,
so daß auf den Anker ein zusätzliches Drehmoment ausgeübt wird.
-
Durch den dargestellten Aufbau des Magnetsystems ist es weiterhin
möglich, den Magneten 1 erst nach dem vollständigen Zusammenbau des Magnetsystems
optimal aufzumagnetisierung, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dies ist deswegen
vorteilhaft, weil durch manche Verbindungstechniken, beispielsweise die elektrische
Wiederstandsschweißung, ein vorher aufma£-netis er :er Magnet geschwächt würde.
Das Aufmagnetisieren läßt sich vorteilhaft durchführen, wenn man alle drei Pole
des Magneten 4 direkt mit Weicheisenteilen 24 und 25 verbindet. linie durch wird
gewährleistet, daß beim Ankoppeln des zum Aufmagnetisieren notwendigen Außenmagnetfeldes
26 im Magneten die-jenigs Flußriehtung erzwungen wird, bei der im fertigen Magnetsystem
eine optimale Abgabe des Dauerflusses an die Arbeitsluftspalt erzielt wird.
-
8 Patentansprüche 4 Figuren