DE2242567C3 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Klappankerrelais mit einer zwischen dem Anker und einem festen Stützpunkt am Magnetjoch angreifenden, aus Federdraht bestehenden Ausgleichsfeder, deren Federkraft mit fortschreitender Anziehung des Ankers abnimmt

Es sind elektromagnetische Relais bekannt, deren Ausgleichsfeder so ausgebildet ist, daß ihre Federkonstante mit fortschreitender Anziehung des Ankers zunimmt. Dies hat zur Folge, daß die elektromagnetische Anziehung entsprechend verstärkt werden muß, d. h. der Elektromagnet muß vergrößert werden. Dies widerspricht der heutigen Tendenz zur Miniaturbauweise.

Ein Relais der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 7 36 124 bekannt. Bei diesem bekannten Relais stützt sich die Ausgleichsfeder an einer am Ende des Magnetjochs angeordneten Stellschraube ab. Die Feder selbst ist als einfache Blatt- oder Drahtfede* ausgebildet. Im Rahmen der bei derartigen Relais üblichen und erforderlichen Massenherstellungstechniken ist es nicht oder nur mit hohem Kostenaufwand möglich, die jeweils erforderliche Federkraft, die u. a. von der vorgesehenen Kontaktbestückung abhängt, abzustimmen. Auch die Bemessung der Federkonstante ist bei einer einfachen Blatt- oder Drahtfeder nur in engen Grenzen möglich.

Elektromagnetisch betätigte Schalter mit Ausgleichsfedern, deren Rückstellkraft mit fortschreitender Ankerauslenkung abnimmt, sind ferner bereits aus der CH-PS 2 34 436 und aus »Klöckner-Moeller-Post«, Heft 2, 1966, S. 14, sowie »Klöckner-Moeller-Katalog, Motor-Control-Equipment« 1968/69, S. 4 und 5, bekannt.

Eine allgemein ringförmige Klemmfeder mit Kniehebelwirkung ist bei einem Relais bereits aus der FR-PS 11 63 270 bekannt. Bei diesem bekannten Relais ist eine Einstellmöglichkeit der Federkraft nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Klappankerrelais der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Federkraft der Ausgleichsfeder auch bei Anwendung von Massenfertigungstechniken leicht auf die je nach Anwendungsfall erforderlichen

Werte eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Klappankerrelais der eingangs genannten Art erfir.dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichsfeder aus einem an einer Stelle geschnittenen Federring besteht, dessen Enden sich gegen am Anker ausgebildete Warzen legen, und daß das den Stützpunkt für den der Schnittstelle gegenüberliegenden Teil des Federringes bildende Teil des Magnetjochs zur Einstellung der Vorspannung des ι ο Federringes verformbar ist

Durch die Ausbildung der Ausgleichsfeder als geschlitzter Ring kann die Federkonstante leicht auf den gewünschten Wert und Verlauf eingestellt werden. Die Federkraft läßt sich ferner in weitem Umfang durch plastische Verformung des verformbaren Magnetjochteils einstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

F i g. 1 ein Längsschnitt des neuen elektromagnetisehen Relais,

F i g. 2 ein Explosionsbild desselben,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung nach Entfernung des Gehäuses, des Kontaktsatzes und des Kontaktstücks,

Fig. 4A—4C eine erläuternde Darstellung der Wirkungsweise der Ausgleichsfeder,

F i g. 5 ein Diagramm des Kräfteverlaufs der Federanordnung,

F i g. 6 eine Ansicht der Ausgleichsfeder und
ic Fig. 7A —7F erläuternde Darstellungen der Kräfteverhältnisse in Abhängigkeit von der Veränderung des Angriffspunktes der Ausgleichsfeder.

Der in Schnittdarstellung nach F i g. 1 dargestellte elektromagnetische Relais besitzt ein Joch 1, an dem der i"> 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 4i) Winkel 8 mittels einer Schraube befestigt. Der winkelförmige Klappanker 9 ist mit seinen Fortsätzen 10 am unteren Ende des Joches 1 schwenkbar gelagert (s. F i g. 2). Eine Ausgleichsfeder 11 ist zwischen am Anker 9 vorgesehenen Warzen 12 und einem Vorsprung 4> 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 i4 sitzen an Kontaktfedern 15. Die ^r>(> unteren Enden derselben sind in einen Kontaktblock 16 eingebettet. Ebenso sind die Kontaktfedern 18 für die beweglichen Kontakte 17 in einen Kontaktblock 20 aus Isoliermaterial eingebettet, der mit Anschlußklemmen 19 versehen ist. Dasselbe gilt für die beweglichen >^ri Kontakte 21 mit den Kontaktfedern 22 und Anschlußklemmen 23, die in den Kon'.aktblock 24 eingebettet sind. Zum Anschluß des Festkontaktes 14 dient eine Anschlußklemme 25. Der ganze Kontaktsatz wird durch einen isolierenden Rahmen 26 zusammengehalten. ho Dieser wird seinerseits durch den Winkel 8 in eine entsprechende Ausnehmung des Sockels 5 gedrückt.

Am oberen Ende des Ankers 9 ist ein Zwischenglied

27 derart befestigt, daß die beweglichen Kontaktfedern 18 und 22 beiderseits eines an dem Zwischenglied 27

iv> nusgebildeten Betätigungsstücks 28 zu liegen kommen.

Das Ganze wird von einem Gehäuse 29 abgedeckt.

In Fig. 2 sind die Lagebeziehungen der einzelnen gelrennt 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 Anken:, 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 Seitenwangen des Winkels 8 und sind dort veiiiiatet Auf diese Weise wird der ganze Elektromagnet von dem Winkel 8 getragen, der seinerseits am Sockel 5 mit einer Schraube befestigt ist.

Die Ausgieichsfeder 11 hat die Form eines offenen 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

F i g. 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.

F i g. 4B zeigt die Kräfteverhältnisse im Anfangsstadium, in welchem der Elektromagnet nicht erregt ist Der Drehpunkt des Ankers ist mit a, der Drehpunkt der Ausgleichsfeder mit b bezeichnet. Der Angriffspunkt c\ der Ausgleichsfeder am Anker beschreibt bei der Anziehung des Ankers einen Kreis um den Punkt a mit dem Radius h · h ist der Abstand des Punktes a' on 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 θι bezeichnet. .

Die von der Feder auf den Punkt C\ des Ankers ausgeübte Kraft hat die Größe Fi' und die Richtung bc. Die Tangentialkomponente dieser Kraft ist mit T₁' und die Hormalkomponente mit P\' bezeichnet. Dann gilt

T₁' = Fi'sin θι und

P\' = F|'COS0|.

Die Kraft Tl übt einen Drehmoment auf den Anker aus, das ihn von dem Eisenkern abzuheben sucht, während die Kraft P\ den Anker gegen die Scharnierzapfen des Joches drückt.

Wenn die Kraft auf den dem Eisenkern gegenüberstehenden Teil des Ankers mit 71 bezeichnet wii d, gilt

das heißt

T₁I₁ = T₁ ¹I₁

T_x = f 7V = -²- F₁'sin W₁.

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

Je kleiner der Abstand des Ankers vom Eisenkern ist, desto kleber ist offenbar der Winkel Θ. Wenn nun die verschiedenen Konstanten so gewählt werden, daß

. F₂'-Fi'<sinH,-sin θ₂,

so ergibt sich eine negative Federcharakteristik, das heißt je kleiner der Luftspalt zwischen Eisenkern und Anker ist, desto kleiner wird die Krafi, die den Anker vom Eisenkern zu entfernen sucht

ίο 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,

is während L=O bedeutet, daß der Anker am Eisenkern anliegt. Wenn der erregte Eisenkern den Anker anzieht, verringert sich L fortschreitend und das Betätigungsstück 28 verschiebt sich in der Richtung des Pfeiles A"in F i g. 4A. Die Lastcharakteristik F₂ der zweiten Kontakt-

-'<» feder 22 zeigt, daß bei L=a das rechte Ende des Betätigungsstückes 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 Lastcharakteristik F\ der

r> 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 Betätigungsstückes 28 diese Kontakte voneinander abzuheben beginnt.

in In der Zeichnung is* also F_x die Lastkennlinie der ersten Kontaktfeder 18, F₂ die Lastkennlinie der zweiten Kontaktfeder 22 und F ist die Summe dieser beiden Federkräfte, d. h.

F = F_{1 +} F₂.

F₃- 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

to Gesamtfederkennlinie in diesem Falle, d. h. F-= F| + F₂ + F3-. Fi* 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

Γι Gesamtfede;charakteristik,d.h. F⁺ = F_x + F₂-I-Fs⁺ .

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

in Infolge des günstigen einstellbaren 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.

)"> F i g. 6 zeigt die Gestalt der Ausgleichsfeder in größerem Maßstab.

Durch Verbiegen der Brücke des Montagewinkels 8 kann die Vorbelastung der Ankerfeder eingestellt und Richtung und Größe der Federkraft leicht verändert

■ο werden. Dies wird anhand der F i g. 7A — 7F erläutert. In Fig. 7A —7D haben die Zeichen a, b, c_x und C₂ die gleiche Bedeutung wie in Fig.4B und 4C. Es sind verschiedene Lagen des Punktes b dargestellt. Fig. 7E zeigt das Ergebnis dieser Veränderungen, wobei in

ι·Ί Abszissenrichtung die Verschiebung des Punktes c bei der Ankeranziehung und in Ordinatenrichtung das auf den dem Eisenkern gegenüberstehenden Ankerteil ausgeübte Drehmoment /"aufgetragen sind.

F i g. 7A zeigt eine Anfangsstellung vor der Justierung des Federstützpunktes b. In Fig. 7B ist der Punkt b in Richtung des Punktes a zum Punkt b' verschoben. In F i g. 7C ist der Punkt b in die Linie ~ä~Ci verschoben und mit b" bezeichnet. In F i g. 7D ist der Punkt b links von dieser Linie ve choben und mit b '"bezeichnet.

F i g. 7F zeigt die kombinierte Federcharakteristik für den Fall der F ig. 7 D.

Je nach dem Ort des Federdrehpunktes b kann im Verlauf des Ankerhubes die Richtung der Federkraft wechseln. Dieser Fall ist in F i g. 7F mit F₃'- bezeichnet. Die Gesamtfederkennlinie ist in diesem Falle F'-; diese Kraft ist im allgemeinen kleiner als die Kraft F- in F i g. 5, aber immer noch stets positiv.

Wenn jedoch die Stelle der Richtungsumkehr sich ändert, d. h. der Punkt L'näher zum Punkt L in Fi g. 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 /und dgrößer machen was aber für die elektromagnetische Anziehung sehr nachteilig wäre, wie ein Blick auf F i g. 5 zeigt.

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

Aus diesen Erörterungen ergibt sich, daß der Punkt L zwischen.0 und L liegen kann, d. h. daß die Kraftrichtung der Ankerfeder wechseln kann, daß der Punkt L' aber nahe bei 0 liegen soll.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Klappankerrelais mit einer zwischen dem Anker und einem festen Stützpunkt am Magnetjoch angreifenden, aus Federdraht bestehenden Ausgleichsfeder, deren Federkraft mit fortschreitender Anziehung des Ankers abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsfeder aus einem an einer Stelle geschnittenen Federring (11) besteht, dessen Enden sich gegen am Anker (9) ausgebildete Warzen (12) legen, und daß das den Stützpunkt für den der Schnittstelle gegenüberliegenden Teil des Federringes (11) bildende Teil (13) des Magnetjochs (1) zur Einstellung der Vorspannung des Federringes (11) verformbai ist

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützpunkt für den Federring (11) in der Mitte einer Brücke ausgebildet ist, die sich am einen Ende eines mit dem Magnetjoch (1) fest verbundenen Montagewinkels (8) aus Metall befindet