DE2242567A1

DE2242567A1 - Elektromagnetisches relais

Info

Publication number: DE2242567A1
Application number: DE2242567A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Mori; Keiji Okahashi; Takeshi Yuda
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1971-09-01
Filing date: 1972-08-30
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4833341A; AT323830B; FR2150952B1; GB1402111A; IT962263B; DE2242567C3; CA966173A; US3800250A; DE2242567B2; JPS538901B2; CH555591A; FR2150952A1

Description

2₇/,2₉ - Dr.Hk/bgr

Matsushita Electric Works, Ltd., Osaka, Japan

Elektromagnetisches Relais

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einer zwischen dem Anker und einem festen Punkt des Elektromagneten angeordneten Ausgleichsfeder.

Es ist bekannt, eine derartige Ausgleichsfeder so auszubilden, daß ihre Federkonstante mit fortschreitender Anziehung des Ankers zunimmt. Dies hat zur lolge, daß die elektromagnetische Anziehung entsprechend verstärkt werden muß, d.h. der Elektromagnet muß vergrößert werden. Dies widerspricht der heutigen Tendenz zur Miniaturbauweise.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein elektromagnetisches Relais mit Ausgleichsfeder zu konstruieren, das einen wesentlich geringeren Platz- und Energiebedarf als die bekannten Relais dieser Art hat.

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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß die Ausgleichsfeder so gelagert und ausgebildet, daß ihre Federkonstante mit fortschreitender Anziehung des Ankers abnimmt.

Dank dieser Eigenschaft kann die gesamte Federbelastung des Ankers gering gehalten werden, so daß die zur Erregung des Relais erforderliche Energie herabgesetzt werden kann· Dadurch werden Kontaktprellungen verringert und die Ansprechempfindlichkeit erhöht sich·

Vorzugsweise ist die Ausgleichsfeder in Form eines geschlitzten Ringes ausgebildet. Dadurch kann die Federkonstante leicht auf den gewünschten Wert und Verlauf eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:

Fig. 1 ein Längsschnitt des neuen elektromagnetischen Relais Fig. 2 din Explosionsbild desselben

Fig. 3 Oine perspektivische Darstellung nach Entfernung des Gehäuses, des Kontaktsatzes und des Kontaktstücks

Fig. 4A- «ine erläuternde Darstellung der Wirkungsweise der Ausgleichsfeder

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Fig. 5 fein Diagramm des Krafteverlaufs der Federanordnung Pig. 6 eine Ansicht der Ausgleichsfeder und

Fig. TA- erläuternde Darstellungen der Kräfteverhältnisse in 7F

Abhängigkeit von der Veränderung des Angriffspunktes der Ausgleichsfeder.

Fig. 1 zeigt eine" Schnittdarstellung des elektromagnetischen Eelais. Es besitzt ein Joch 1, an dem der Eisenkern 2 befestigt ist. Auf dem Eisenkern 2 sitzt der Spulenkörper 3? auf den die Spule 4 gewickelt ist. Der so gebildete Elektromagnet ist an einem Sockel 5 aus Isoliermaterial befestigt, der eine Anschlußklemme 6 für das Spulenende 7 aufweist. Ferner ist an Sockel 5 ein Winkel 8 mittels eine-r Schraube befestigt* Der winkelförmige Klappanker 9 ist mit seinen Fortsätzen 10 am unteren Ende des Joches 1 schwenkbar gelagert (<& Fig. 2). Eine Ausgleichsfeder ist zwischen am Anker 9 vorgesehenen Warzen 12 und einem Vorsprung 13 am oberen Teil des Winkels 8 eingespannt. Der Vorsprung 13 ist an einer Brücke ausgebildet, die zwecks Einstellung der Vorspannung der Ausgleichsfeder 11 plastisch verformt werden kann.

Die Festkontakte 14 sitzen an Kontaktfedern 15· Die unteren Enden derselben sind in einen Kontaktblock 16 eingebettet.

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Ebenso sind die Kontaktfedern 18 für die beweglichen Kontakte 17 in einen KontakthTock 20 aus Isoliermaterial eingebettet, der mit Anschlußklemmen 19 versehen ist. Dasselbe gilt für die beweglichen Kontakte 21 mit den Kontaktfedern 22 und Anschlußklemmen 23, die in den KontaktHock 24 eingebettet sind· Zum Anschluß des Festkontaktes 14 dient eine Anschlußklemme 25· Der ganze Kontaktsatz wird durch einen isolierenden Rahmen 26 zusammengehalten. Dieser wird seinerseits durch den Winkel 8 in eine entsprechende Ausnehmung des Sockels 5 gedrückt.

Am oberen Ende des Ankers 9 ist ein Kontaktstück 27 derart befestigt, daß die beweglichen Kontaktfedern 18 und 22 beiderseits eines an dem Kontaktstück 27 ausgebildeten Betätigungsstücks (Pimpel) 28 zu liegen kommen. Das Ganze wird von einem Gehäuse 29 abgedeckt.

In Fig. 2 sind die Lagebeziehungen der einzelnen getrennt dargestellten Teile mit Pfeilen angedeutet. Zur Lagerung des Ankers 9 wird dieser so auf das Joch 1 aufgeschoben, daß die Vorsprünge 30 am unteren Ende des Joches 1 in die Aussparungen der Fortsätze 10 des Ankers 9 eingreifen. Die Schultern der Vorsprünge 30 bilden also den Drehpunkt des Ankers, wenn dieser vom Eisenkern 2 angezogen wird. Ferner greifen Stifte 31 an der Wand des Joches 1 in Löcher 32 des Winkels 8 und Nasen 33 an den Seitenkanten des Joches 1 greifen in Löcher 34 an den Seiten-

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wangen des Winkels 8 und sind dort vernietet. Auf diese Weise wird der ganze Elektromagnet von dem Winkel 8 getragen, der seinerseits am Sockel 5 mit einer Schraube befestigt ist.

Die Ausgleichsfeder 11 hat die Form eines geschlitzten Ringes und legt sich mit ihrem offenen Ende gegen die beiden Warzen 12 am Anker 9» während das geschlossene Ende sich an dem Vorsprung 13 des Winkels 8 abstützt. Fig. 3 zeigt die Anordnung der Ausgleichsfeder nochmals im einzelnen. Das obere Ende 36 des Ankers 9 ist in einer entsprechenden Aussparung 35 des Joches 1 frei beweglich, so daß die Ausgleichsfeder 11 etwa parallel zur Seitenfläche des Joches 1 verläuft.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Relais erläutert.

Fig. 4A zeigt eine schematische Ansicht des Relais, bei der die elastische Kraft der Ausgleichsfeder 11 in eine Komponente ■ senkrecht zur Jochebene und eine parallel dazu verlaufende Komponente zerlegt ist.

Fig. 4-B zeigt die Kräfteverhältnisse im Anfangs stadium, in welchem der Elektromagnet nicht erregt ist. Der Drehpunkt des Ankers ist mit iji, der Drehpunkt der Ausgleichsfeder mrt Ib bezeichnet. Der Angriffspunkt c^ der Ausgleichsfeder am Anker beschreibt bei der Anziehung des Ankers einen Kreis um den Punkt a_ mit dem Radius Io · l/i ist der Abstand des Punktes ja

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von der Mitte des Eisenkerns, während L den Abstand des Ankers vom Eisenkern im abgefallenen Zustand bezeichnet. Der Winkel zwischen den Linien a_, c^ und b_, c* ist mit Θ. bezeichnet.

Die von der Feder auf den Punkt c^ des Ankers ausgeübte Kraft hat die Größe F₁' und die Richtung Fc. Die Tangentialkomponente dieser Kraft ist mit T₁ · und die Normalkomponente mit P₁' bezeichnet. Dann gilt

T₁· » F₁' sin S₁ und

P₁ ¹ -F₁ ¹ cos S₁ .

Die Kraft T₁' übt einen Drehmoment auf den Anker aus, das von dem Eisenkern abzuheben sucht, während die Kraft P₁ ¹ den Anker gegen die Scharnierzapfen des Joches drückt.

Venn die Kraft auf den dem Eisenkern gegenüberstehenden Teil des Ankers mit T₁ bezeichnet wird, gilt

T₁I₁ -T₁ ¹I₂ , das heißt

sin

Fig. 4C zeigt die Kräfteverhältnisse im Endstadium, wenn der Elektromagnet erregt ist und der Anker 9 an dem Eisenkern 2 anliegt. In diesem Falle gilt entsprechend

I₂

T₀ » τ F₀'sin θ_ο. d I₁ d d

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Je kleiner der Abstand des Ankers vom Eisenkern ist, desto kleiner ist offenbar der Winkel e · Wenn nun die verschiedenen Konstanten so gewählt werden, daß Fp¹ ""¹V ^<
s^-^{n Θ} λ ~~ sin 9 ρ, so ergibt sich eine negative Federcharakteristik, das heißt je kleiner der Luftspalt zwischen Eisenkern und Anker ist, desto kleiner wird die Kraft, die den Anker vom Eisenkern zu entfernen sucht.

In Fig. 5 ist in Abszissenrichtung der Luftspalt zwischen Eisenkern und Anker aufgetragen, während in Ordinatenrichtung die auf den Anker ausgeübten Kräfte aufgetragen sind. Der Wert L stellt den maximalen Ankerhub im abgefallenen Zustand des Ankers dar, während L » 0 bedeutet, daß der Anker am Eisenkern anliegt· Wenn der erregte Eisenkern den Anker anzieht, verringert sich L fortschreitend und der Pimpel 28 verschiebt sich in der Richtung des Pfeiles X in Fig· 4-A. Die Lastcharakteristik F₂ der zweiten Kontaktfeder 22 zeigt, daß bei L » a das rechte Ende des Pimpels 28 die zweite Kontaktfeder 22 berührt und daß bei L » b der feste Kontakt 14- und der zweite bewegliche Kontakt 21 sich voneinander abzuheben beginnen. Die Last charakteristik F,. der ersten Kontaktfeder 18 zeigt, daß bei L » c der Festkontakt 14- und der erste bewegliche Kontakt 17 einander berühren und daß bei L « d das linke Ende des Pimpels 28 diese Kontakte voneinander abzuheben beginnt.

In der Zeichnung ist also F₁ die La st kennlinie der ersten Kontaktfeder 18, F₂ die Lastkennlinie der zweiten Kontaktfeder 22 und F ist die Summe dieser beiden Federkräfte, d.h.

F - F₁ + F₂.

F^ ist die Kennlinie einer Ausgleichsfeder mit negativer Kennlinie (d.h., je kleiner der Luftspalt zwischen Eisenkernoberfläche und Anker, desto kleiner die Federkraft, wie im obigen Beispiel) und F~ ist die Gesamtfederkennlinie in diesem Falle, d.h. F^--F₁ +F₂₊FZ. Ft ist die Kennlinie einer Ausgleichsfeder mit positiver Charakteristik (d.h. je kleiner der Ankerluftspalt, desto größer die Federkraft, wie es bisher üblich war) und F⁺ ist die entsprechende Gesamtfedercharakteristik, d.h. F⁺-F₁₊F₂₊F+ .

Wie ohne weiteres ersichtlich, ist F~ < F⁺. Deshalb ist für die elektromagnetische Anziehung im Falle F⁺ eine Kraft f⁺ und im Falle F~ eine Kraft f~ erforderlich und es gilt f" < f⁺.

Infolge des günstigen Verlaufs der Federkennlinie bei der beschriebenen Konstruktion wird eine so geringe elektromagnetische Anziehungskraft benötigt, daß das Relais in kleiner Bauweise ausgeführt und sehr empfindlich gemacht werden kann.

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Figur 6 zeigt die Gestalt der Ausgleichsfeder in größerem Maßstab. Es ist übrigens nicht unbedingt erforderlich, einen geschlitzten Ring zu verwenden; auch ein geschlossener Ring ist vorteilhaft.

Durch Verbiegen der Brücke des Montagewinkels 8 kann die Vorbelastung der Ankerfeder eingestellt und Richtung und Größe der Federkraft leicht verändert werden· Dies wird anhand der Figur 7A - 7F erläutert. In Figur 7A - 7D haben die Zeichen a, b, Cy, und Cp die gleiche Bedeutung wie in Figur 4-B und 4G. Es sind verschiedene Lagen des Punktes b dargestellt. Figur 7E zeigt das Ergebnis dieser Veränderungen, wobei in Abszissenrichtung die Verschiebung des Punktes c bei der Ankeranziehung und in Ordinatenrichtung das auf den dem Eisenkern gegenüberstehenden Ankerteil ausgeübte Drehmoment T aufgetragen sind.

Figur 7A zeig% eine Anfangstellung vor der Justierung des Federstützpunktes b. In Figur 7B ist der Punkt b in Richtung des Punktes a zum Punkt b' verschoben. In Figur 7C

ist der Punkt b in die Linie aco verschoben und mit b" bezeichnet. In Figur 7^D ist der, Punkt b links von dieser Linie verschoben und mit b" ' bezeichnete

Figur 7F zeigt die kombinierte Federcharakteristik für den

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Fall der Figur 7D,

Je nach dem Ort des Federdrehpunktes b kann im Verlauf des Ankerhubes die Richtung der Federkraft wechseln. Dieser Fall ist in Figur ?F mit F^'" bezeichnet· Die Gesamtfederkennlinie ist in diesem Falle F^1-; diese Kraft ist im allgemeinen kleiner als die Kraft F~ in Figur 5» aber immer noch stets positiv.

Wenn jedoch die Stelle der Richtungsumkehr sich ändert, d.h. der Punkt L' näher zum Punkt L in Figur 7F rückt, werden die Kräfte an den Stellen a, b und c kleiner, bis im Extremfall die Punkte b und c in das negative Gebiet fallen. Das ist unzulässig. Man müßte dann die Kräfte in den Punkten 1 und d größer machen, was aber für die elektromagnetische Anziehung sehr nachteilig wäre, wie ein Blick auf Figur 5 zeigt.

Wenn ferner die Kraft im Punkt a zu klein ist, bleibt der Anker nach dem Aufhören der Erregung leicht hängen.

Aus diesen Erörterungen ergibt sich, daß der Punkt L' zwischen O und L liegen kann, d.h. daß die Kraftrichtung der Ankerfeder wechseln kann, daß der Punkt L¹ aber nahe bei O liegen soll.

Zusammenfassend ergeben sich bei der beschriebenen Anordnung folgende Vorteile:

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a) Durch die mit zunehmender Anziehung des Ankers abnehmende Kraft der Ausgleichsfeder kann die kombinierte Federkraft so verringert werden, daß die benötigte Anziehungskraft gering bleibt. Deshalb kann das elektromagnetische Relais klein gebaut werden und eine hohe Empfindlichkeit aufweisen· Zusätzlich verringert sich die in den Federn gespeicherte ^l Energie , wodurch die Kontaktprellungen abnehmen·

b) Durch die ringförmige Ausbildung der Ankerfeder kann die Richtung der Federverformung wirksam ausgenützt und das Relais klein gehalten werden.

c) Durch plastisches Verformen des Stützpunktes der Ausgleichsfeder kann die Federcharakteristik leicht auf den gewünschten Verlauf eingestellt werden.

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Claims

__ Lwu. den

PATENTANWALT ^M*

DR. HEINRICH HERMELINK

β Mwnchen AO, Apolluwen 9. Tel HII 45 70

Matsushita Electric Works, Ltd., Osaka, Japan

Pat entansprüche

(1.)Elektromagnetisches Relais mit einer zwischen dem Anker und einem festen Punkt des Elektromagneten angreifenden Ausgleichsfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsfeder (11) so gelagert und ausgebildet ist, daß ihre Federkraft mit fortschreitender Anziehung des Ankers (9) abnimmt.
2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 mit winkelförmigem Klappanker, der am Ende des Magnetjochs gelagert und mit seinem einen Schenkel in einer Aussparung desselben drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsfeder (11) zwischen dem in der Aussparung (35) des Joches (1) beweglichen Ankerschenkel (36) und einem Stützpunkt (13) an einom festen Ilontagewinkel (β) angeordnet ist·

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3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Federstützpunkt (13) plastisch leicht verformbar ausgebildet ist.
4-. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Montagewinkel (8) aus Metall besteht, mit dem Magnetjoch (1) fest verbunden ist und an seinem einen Ende eine Brücke aufweist, in deren Mitte sich ein als Federstützpunkt dienender Vorsprung (13) befindet.
5. Elektromagnetisches Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsfeder. (11) ringförmig ist.
6. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 5*dadurch gekennzeichnet, daß der Federring geschlitzt ist und daß die offenen Enden des Ringes sich gegen Warzen (12) am Anker (9) legen, während der dem Schlitz gegenüberliegende Teil der Ausgleichsfeder (11) sich an dem festen Stützpunkt (13) abstützt.

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