DE2417166A1 - Elektromagnetisches gleichstromrelais - Google Patents

Description

Hartmann & Braun 8.4.1974

Aktiengesellschaft

Elektromagnetisches Gleichstromrelais

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Gleichstromrelais mit einem aus Spule, Joch und Anker bestehenden Erregerkreis und einem über den Anker betätigten Kontaktsystem.

Außer den vielfältigsten Ausführungsformen von monostabilen Relais wurden auch bistabile Typen entwickelt, die man als gepolte Relais, polarisierte Relais oder Haftrelais bezeichnet. Diese Relais weisen grundsätzlich außer der Erregerspule und dem weichmagnetischen Eisenkreis einen oder mehrere Dauermagnete auf, die in einem zweiten Eisenkreis angeordnet sind und den Anker in der Arbeitsstellung magnetisch festhalten. Die Dauermagnete müssen also kräftig genug sein, um die Rückstellkräfte des unter Federwirkung

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stehenden Ankers zu überwinden. Gibt man auf ein solches Relais im Anzugszustand einen Abwurfimpuls geeigneter Polung, so wird durch das elektromagnetische Feld das Dauermagnetfeld so weit geschwächt, daß der Anker abfallen kann.

Bei Relais mit größeren Schaltleistungen benötigt man starke Rückstellfedern und damit auch kräftige Dauermagneten mit zusätzlichem Eisenkreis, die das Relais verteuern und den Raumbedarf vergrößern.

Gepolte Relais sind aber auch schon deswegen wesentlich teurer als ungepolte, weil der gesamte Magnetkreis aus speziell konstruierten Teilen besteht, die für die ungepolte Ausführung nicht geeignet sind. Nur in einem Ausnahmefall (DBP 2 Io6 764) ist es gelungen, zu einem ungepolten Relais eine gepolte Variante zu entwickeln, die bei gleichem Grundaufbau und Raumbedarf nur einen zusätzlichen Dauermagneten und ein weiteres Joch benötigt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein bistabiles Relais zu schaffen, das von einem monostabilen Relais ausgehend mit geringstem Aufwand an zusätzlichen Teilen auskommt. Dabei sollen Gewicht und Platzbedarf dieser Teile so gering sein, daß auch bei Relais großer Schaltleistung das bisherige Bauvolumen beibehalten wird.

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Die Erfindung zeichnet sich bei einem Relais der eingangs genannten Art dadurch aus, daß die magnetische Flußrichtung elektrisch umsteuerbar ist und daß im Bewegungsbereich des Ankers ein dauermagnetischer Sperrhebel gelagert ist, der das Relais beim Anzugsimpuls infolge magnetischer Anziehung in der Arbeitsstellung verriegelt und beim umgekehrt gepolten Abwurfimpuls infolge magnetischer Abstoßung entriegelt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Fig. 1-7 der Zeichnung erläutert.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigt

Fig. 1 ein bistabiles Klappankerrelais von der Seite

Fig. 2 im Ausschnitt den unverriegelten Ruhezustand

Fig. 3 im Ausschnitt den verriegelten Arbeitszustand

Fig. 4 ein bistabiles Relais mit Wippenanker

Fig. 5 eine erste Ansteuerschaltung für die Relaisspule

Fig. 6 eine zweite Ansteuerschaltung

Fig. 7 eine dritte Ansteuerschaltung

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In Fig. 1 ist mit 1 die Spule, mit 2 das Kernjoch, mit 3 das Rückschlußjoch, mit 4 der Klappanker und mit 5 der Kontaktfedersatz eines bekannten Klappankerrelais bezeichnet. Die genannten Teile sind von einer aus Kunststoff bestehenden Schutzkappe 6 umgeben. Der Gewindebolzen 7 dient der Befestigung des Relais. Parallel zur Spule 1 ist ein L-förmiger Sperrhebel 8 vorgesehen, der sich an seinem unteren Ende gabelt und unter Bildung einer Kipplagerung in einer Aussparung der Kappe 6 ruht. An seinem oberen Ende trägt dieser Sperrhebel einen sehr kleinen Dauermagneten 9, der im Streufeld des zwischen Kernjoch 2 und Klappanker 4 gebildeten Luftspaltes liegt. Der langgestreckte Sperrhebel 8 besteht aus Kunststoff oder einem nichtmagnetischen Metall, so daß nur der Dauermagnet 8 die magnetische Feldlinienverteilung beeinflußt.

Fig. 2 stellt im vergrößerten Ausschnitt den Ruhezustand nach Fig. 1 dar, in welchem die Spule stromlos ist und der Ruhekontakt geschlossen ist.

Fig. 3 zeigt die Arbeitsstellung des Relais.

Wenn jetzt die Relaisspule einen Anzugsimpuls solcher Richtung" erhält, daß sich am oberen Ende des KernJoches 2 ein Südpol S ausbildet, wird sowohl der Klappanker 4 als auch der Nordpol N des Dauermagneten 9 angezogen. Auf Grund der Bewegungsgeometrie geht zunächst der Klappanker

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in die Anzugsposition, bevor der Hebel 8 mit dem Magneten 9 über den Klappanker 4 greift und diesen mechanisch verriegelt. Das Relais verbleibt also auch nach dem Abklingen des Anzugsimpulses in der Arbeitsstellung, in der der Arbeitskontakt geschlossen ist. Dabei bewegt sich der Klappanker infolge der Federrückstellkraft so weit nach oben, bis er auf den Dauermagneten 9 stößt. Die Teile 4, 8, 9 sind dann durch Haftreibung stabil gehalten.

Die dauermagnetische Hilfskraft wird also nur während des Schaltvorganges benötigt.

Wenn das Relais in die Ausgangsstellung gebracht werden soll, muß der Spule 1 ein Abwurfimpuls solcher Richtung zugeführt werden, daß sich am oberen Ende des Kernjoches ein Nordpol ausbildet. Dieser Abwurfimpuls führt zunächst dazu, daß der Klappanker 4 angezogen wird, so daß die Haftreibung zwischen dem Klappanker 4 und dem Dauermagneten entfällt. Zugleich stoßen sich die beiden Nordpole ab und der Sperrhebel 8, 9 geht in die Ausgangslage (Fig. 2) zurück. Nach dem Abklingen des Abwurfimpulses fällt auch der Klappanker 4 infolge der Federrückstellkräfte ab. Der Sperrhebel 9 wird also sowohl beim Verklinken als auch bei der Entklinkung praktisch reibungsfrei betätigt, so daß ein sehr kleiner und leichter Dauermagnet 9 zur Erzeugung der Verstellkräfte genügt,

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Der Dauermagnet 9 kann in den vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Hebel 8 eingeklebt, eingespritzt oder eingerastet sein. Wenn man Hebel und Magnet als Einheit betrachtet, genügt ein preiswertes zusätzliches Bauteil, um aus einem ungepolten Relais ein gepoltes herzustellen. Ein zusätzlicher Raumbedarf entsteht nicht, weil der Sperrhebel in dem Hohlraum zwischen Spule und Kappe leicht unterzubringen ist. Die Spule 1 dieses Relais wird jetzt nur noch kurzzeitig mit Stromimpulsen entgegengesetzter Polarität beaufschlagt. Dies bedeutet, daß sie thermisch weit weniger belastet wird als eine Spule mit Dauererregung. Infolgedessen kann man entweder bei vorgegebener Spule mit höheren Erregerleistungen, stärkeren Kontaktfedern und damit größeren Schaltleistungen arbeiten oder bei unverändertem Kontaktsatz und gleicher Schaltleistung mit einer kleineren und leichteren Spule auskommen.

Ein anderes Beispiel der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Hier ist innerhalb einer Spule 11 ein Kernjoch 12 angeordnet, das mit einem Rückschlußjoch 13, einem Wippenanker 14 und einer Jochplatte 15 einen magnetischen Kreis bildet. Mit ist ein Kontaktschieber bezeichnet, der vom Anker 14 nach oben geschoben wird und dabei die nicht dargestellten Kontaktfedern betätigt. Sämtliche Kontaktfedern und die Spulenenden sind über Messerkontakte 17 angeschlossen. Die bisher beschriebenen Teile gehören zu einem ungepolten Starkstromrelais.

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Um dieses Relais in eine gepolte Ausführung umzuwandeln, wird lediglich eine mit dem Kontaktschieber 16 fest verbundene Lagerplatte 18 benötigt, die einen kippbar gelagerten dauermagnetischen Sperrhebel 19 trägt. Zusätzlich trägt das Kernjoch 12 eine Nase 12a. Beim Anlegen eines Anzugsimpulses geeigneter Polung wird der Anker 14 in die mit unterbrochenen Linien dargestellte Lage gebracht. Der Anker bewegt den Kontaktschieber 16 mit den Teilen 18, 19 nach oben. Zugleich wird der dauermagnetische Sperrhebel 19 vom Streufeld am Joch 12 und der Jochplatte angezogen, so daß er hinter der Nase 12a einrastet. Die Kippbewegung des Hebels 19 wird durch Anschläge 18a, 18b begrenzt. Auch hier wird - wie anhand von Fig. 1-3 beschrieben - reibungsfrei umgeschaltet, so daß der Hebel sehr klein und leicht gehalten werden kann.

Abweichend von der Darstellung kann der Sperrhebel in seiner Längsrichtung magnetisiert und in seiner Mitte derart drehbar vor dem Anker gelagert werden, daß er den Anker in der Anzugsstellung blockiert und in der Abwurfstellung freigibt.

Die neuartige Sperrvorrichtung kann im Prinzip auch bei Tauchanker- oder Drehankerrelais verwirklicht werden.

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Die Ansteuerschaltungen bipolarer Relais weichen von denen ungepolter Relais insofern ab, als anstelle einer Dauererregung (mit beliebiger Stromrichtung) entgegengesetzte Impulse benötigt werden.

Fig. 5 zeigt eine Relaisspule 20 mit nur einer Wicklung, die über einen Umpolschalter 21 so an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden kann, daß Anzugs- oder Abwurfimpulse erzeugt werden.

In Fig. 6 ist eine Spule 22 mit einer in der Mitte angezapften Wicklung dargestellt, deren Hälften über einen einfachen Umschalter 23 so angesteuert werden, daß sich die magnetische Flußrichtung umkehrt.

In Fig. 7 ist eine Relaisspule 24 mit zwei getrennten Wicklungen vorgesehen, die über Kontakte 25, 26 an entgegengesetzte Spannungen angeschlossen werden können. Im praktischen Einsatz der Relais können die Ansteuerimpulse über Drucktaster, Wischkontakte, Programmschaltwerke oder elektronische Impulsgeneratoren gewonnen werden.

8 Seiten Beschreibung

5 Ansprüche

2 Blatt Zeichnungen mit 7 Figuren

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Claims (5)

1. Elektromagnetisches Gleichstromrelais mit einem aus Spule, Joch und Anker bestehenden Erregerkreis und einem über den Anker betätigten Kontaktsystem, dadurch gekennzeichnet/ daß die magnetische Flußrichtung elektrisch umsteuerbar ist (Fig. 5-7) und daß im Bewegungsbereich des Ankers (4) ein dauermagnetischer Sperrhebel (8, 9) gelagert ist, der das Relais beim Anzugsimpuls infolge magnetischer Anziehung in der Arbeitsstellung verriegelt und beim umgekehrt gepolten Abwurfimpuls infolge magnetischer Abstoßung entriegelt«

2. Elektromagnetisches Gleichstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einseitig gelagerte Sperrhebel (8, 9) L-förmig ausgebildet ist und mit seinem vorspringenden freien Ende über den angezogenen Anker (4) greift.

3. Elektromagnetisches Gleichstromrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Teil des Sperrhebels aus einem Kunststoffstab (8) besteht, der an seinem freien Ende einen sehr kleinen Stabmagneten (9) trägt.

4. Elektromagnetisches Gleichstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Anker (14) betätigte Kontaktschieber (16) eine Lagerplatte (18) für den dauermagnetischen Sperrhebel (19) aufweist, der beim Anzugsimpuls gegen eine Nase (12a) des Kernjoches (12) stößt.

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5. Elektromagnetisches Gleichstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrhebel in seiner Längsrichtung magnetisiert und in seiner Mitte derart drehbar vor dem Anker gelagert ist/ daß er den Anker in der Anzugsstellung blockiert und in der Abwurfstellung freigibt.

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