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Polarisiertes elektromagnetisches -Relais Die Erfindung bezieht sich
auf ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit zwei mechanisch voneinander
unabhängigen Ankern, deren Arbeitsluftspalte über den Kern einer Erregerspule in
Reihe liegen, sowie mit einer Dauermagnetanordnung zur Erzeugung eines Dauermagnetflusses
für jeden der beiden Arbeitsluftspalte.
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Ein derartiges Relais ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift
2 1c4 258 beschrieben. Dieses bekannte, aus zwei einzelnen Schaltkontakten zusammengesetzte
Relais, besitzt einen einzigen Dauermagneten, in dessen Flußkreis die beiden Ärbeitsluftspalte
in Serie liegen. Beide Schaltkontakte sind also entweder gemeinsam geschlossen oder
gemeinsam offen; es handelt sich also wn zwei gleichzeitig betätigte Arbeitskontakte.
Bei der Verwendung als Koppel-Kipprelais für Fernsprechanlagen ist dies durchaus
eramnscht, doch ist es für andere Anwendungszwecke ein Nachteil, denn mit der bekannten
Konstruktion kann - bei der dort vorgesehenen Verwendung von üblichen Ankerkontakten
- weder ein Ruhekontakt noch ein Umschaltekontakt erzeugt werden. Außerdem sind
durch die Verwendung eines einzigen Dauermagneten die magnetischen Verhältnisse
für beide Arbeitsluftspalte von vornherein auf die gleichen Werte festgelegt, so
daß das Schaltverhalten der beiden Anker nicht unabhängig voneinander eingestellt
werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Relaiskonstruktion mit zwei Ankern
zu schaffen, deren Schaltverhalten in einem weiten Rahmen nach Bedarf und Belieben
verändert und unabhängig eingestellt werden kann. Dieses Relais soll möglichst in
einfacher Weise aus handelsüblichen Schaltkontakten zusammengesetzt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß parallel zu jedem Arbeitsluftspalt
ein Dauermagnet vorgesehen ist, wobei jeweils gleichnamige Pole dieser Dauermagnetanordnung
einerseits mit dem Spulenkern, andererseits mit einem außerhalb der Spule liegenden
Flußführungselement verbunden 8i8,d.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß der Erregerfluß
und der Dauermagnetfluß jeweils in einem Arbeitsluftspalt gleichsinnig und im anderen
Arbeitsluftspalt gegensinnig überlagert werden. So wird je nach Richtung des Erregerflusses
jeweils der eine Anker angezogen, der andere abgeworfen. Verwendet man Anker, die
gleichzeitig Kontakte bilden, beispielsweise herkömmliche Schutzrohrkontakte, so
arbeiten diese beiden Ankerkontakte abwechselnd als Arbeits- und Ruhekontakte oder
zusammengenommen als Umschaltkontakt.
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Die Dauermagnetanordnung kann aus zwei getrennten Dauermagneten bestehen,
von denen jeweils einer parallel zu jedem Arbeitsluftspalt angeordnet ist. Es kann
aber auch ein dreipoliger Dauermagnet vorgesehen sein, von dem jeweils ein zwischen
ungleichnamigen Polen liegender Abschnitt parallel zu jedem der beiden Arbeitsluftspalte
liegt.
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Das außerhalb der Spule liegende Flußführungselement kann in einer
zweckmäßigen Ausführungsform durch eine ferromagnetische Gehäusekappe gebildet werden.
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Die Einstellung der Schaltcharakteristik erfolgt für das erfindungsgemäße
Relais zweckmäßigerweise durch mehr oder weniger starkes Entmagnetisieren der zunächst
voll aufmagnetisierten Dauermagnetanordnung. Durch symmetrisches Entmagnetisieren
dieser Dauermagnetanordnung läßt sich ein bistabiler Umschaltekontakt, durch unsymmetrisches
Entmagnetisieren ein monostabiler Umschaltekontakt erzielen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Relais mit zwei
Ankerkontakten, Fig. 2 ein Diagramm fdie prinzipielle Abgleichcharakteristik bei
symmetrischer Auslegung der Dauermagnetanordnung, Fig. 3 ein Diagramm für die Abgleichcharakteristik
bei unsymmetrischer Dauermagnetanordnung, Fig. 4 bis 6 weitere Ausführungsbeispiele
für den Aufbau eines Relais aus zwei Schutzrohrkontakten.
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Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Relais aus zwei handelsüblichen geschützten Kontakten K1 und K2. Diese besitzen
jeweils ein Gehäuse, welches aus einer Trägerplatte T1 bzw. T2 und einem Deckel
D1 bzw. D2, jeweils aus Metall, besteht. In dem hermetisch abgeschlossenen Schaltraum
SI bzw. S2 ist jeweils ein Anker Al bzw. A2 über eine Feder befestigt, der jeweils
einen Luftspalt L1 bzw. L2 mit einem Stiftkern STI bzw. ST2 bildet. Die Stiftkerne
sind über Glasisolierurrgen GI bzw. G2 in die Trägerplatte TI, T2 eingesetzt.
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Zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung sind parallel zu den
Luftspalten L1, L2 jeweils Dauermagnete DM1, DM2 vorgesehen, welche zwischen der
jeweiligen Trägerplatte T1 bzw. T2 und einer mit dem Stiftkern ST1 bzw. ST2 verbundenen
Flußplatte FP1 bzw. FP2 liegt. Zur elektrischen Isolation sind jeweils zwischen
Dauermagnet und Trägerplatte Isolierfolien II bzw. I2 angebracht.
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Der Dauermagnet DM1 erzeugt einen Dauermagnetfluß 7ci 1 über den Arbeitsluftspalt
LI, der Dauermagnet DM2 einen Dauermagnetfluß J 2 über den Arbeitsluftspalt L2.
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Diesen Dauermagnetflüssen kann mit Hilfe der Wicklungen WI und W2
ein Erregerfluß Q 3 überlagert werden, der über beide Luftspalte L1 und L2 fließt
und sich über ein Nebenschlußblech NB schließt. Gegenüber den Kontakten K1 bzw.
K2 ist das Nebenschlußblech NB mit Folien I) .bzw. I4 isoliert.
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Die beiden Dauermagnete DM1 und DM2 sind so angeordnet, daß jeweils
gleichnamige Pole einerseits mit dem Stiftkern STI bzw. ST2 und andererseits mit
der Trägerplatte T1 bzw. T2 verbunden sind. Auf diese Weise ist der Dauermagnetfluß
in dem einen Arbeitsluftspalt jeweils dem Erregerfluß gleichsinnig und im anderen
Arbeitsluftspalt dem Erregerfluß gegensinnig überlagert In der Fig.1 ist ein Schaltzustand
dargeste.t5 bei dem der Kontakt K1 geöffnet und der Kontakt K2 geschlossen ist.
Wird nun ein Erregerfluß in der durch Pfeile gekennzeichneten Richtung überlagert5
so wird der Anker Al angezogen, also der Kontakt K1 geschlossen und der Kontakt
K2 geöffnet. Ein Erregerfluß 0 3 in der Gegenrichtung würde dann den dargestellten
Zustand wieder herstellen.
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Das Nebenschlußblech NB kann als Blechkappe das gesamte System umschließen
und das Relais nach außen hin abschirmen.
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Je nach Größe der Luftspalte L3 und L4 erzeugen die Dauermagnete DM1
und DM2 einen mehr oder weniger großen Nebenfluß # 11 bzw. ! 12 über dieses Nebenschlußblech.
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Das Relais kann auf einer Grundplatte aus Kunststoff (in der Zeichenebene
liegend) aufgebaut sein, welche ihrerseits mit Durchführungen für die Spulenanschlüsse
und für die Kontaktanschlüsse sowie mit Erhebungen zum Fixieren der Einzelteile
versehen sein kann.
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In den Figuren 2 und 3 sind die prinzipiellen Abgleichcharakteristika
für das erfindungsgemäße Relais dargestellt.
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Gezeigt ist jeweils die zum Öffnen bzw. Schließen der Kontakte erforderliche
Ansprecherregung AE in Abhangigkeit von der Entmagnetisierung der Dauermagnete.
Jeder der beiden Kontakte K1 und K2 hat dabei jeweils zwei Kurven, nämlich die Kurven
1a und 2a für das Öffnen und die Kurven Is und 2s für das Schließen des jeweiligen
Kontakts. Die Pfeile an den Kurven geben an, ob der betreffende Kontakt öffnungs-
oder -schließvorgang beim Erhöhen oder Absenken der Erregung auftritt.
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Es ist dabei davon auszugehen, daß beide Dauermagnete zunächst auf
ihren Höchstwert aufmagnetisiert sind und durch ein entmagnetisierendes Feld ergF
auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Mit Zunahme des entmagnetisierenden
Feldes wird die für das Ansprechen benötigte Erregung kleiner.
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Für kleine Magnetschwächung eziIken die beiden Kontakte K1 und K2
als monostabile, magnetisch vorgespannte Ruhel.ontakte (Ötfner), wobei es vom Vorzeichen
der Erregung abhängt, welcher Kontakt anspricht. Jeder der beiden Kontakte arbeitet
dann bistabil, enn eine seiner beiden Kurven, also 1a und Is bzw. 2a und 2s, oberhalb
und A ie andere unterhalb der Nullinie der Erregung liegt.
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In Fig. 2 ist der Fall dargestelLti daß durch den Abgleich der beiden
Seiten auf gleiche Errç inZswevte ein bistabiles
Relais realisiert
wird. Zwischen den Punkten 1 und 3 auf der Nullinie ist ein symmetrischer bistabiler
Kontakt erreicht. Zwischen den Punkten 1 und 2 kann man eine Folgeumschaltung erzielen,
d.h. daß der eine Kontakt bereits schließt, bevor der andere geöffnet hat. Zwischen
den Punkten 2 und 3 wird dagegen ein normaler Umschaltekontakt erzielt. Entsprechend
den dargestellten Kurven kann also durch Wahl der Entmagnetisierung EMF die gewünschte
Charakteristik des erfindungsgemäßen Relais eingestellt werden.
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Fig. 3 zeigt in einer Abwandlung von Fig.2 den Fall einer unsymmetrischen
Magneteinstellung. Dabei ist zunächst angenommen, daß der Dauermagnet DM1 in gleicher
Weise entmagnetisiert wird, wie in Fig.2, so daß die Kurven Ia und Is mit den vorhergehenden
übereinstimmen. Der Dauermagnet DN2 dagegen wird nun stärker als vorher entmagnetisiert,
und es ergeben sich für den Kontakt K2 die Kurven 2a' und 2s'.
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Zwischen den Punkten 4 und 7 läßt sich nun ein monostabiler Umschaltekontakt
durch die Entmagnetisierung EMF einstellen.
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):n diesem Fall arbeitet das Relais zwischen den Punkten 4 und 5 als
Folgeumschalter (fu) und zwischen den Punkten 6 und 7 als Umschalter (u). Geht man
mit der Schwächung der Magnete über den bistabilen Bereich hinaus, so arbeiten die
Kontakte als monostabile Arbeitskontakte.
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Die steile Entmagnetisierungskurve im interessanten Erregungsbereich
kann durch Wahl eines Magnetwerkstoffes mit einer weniger sterben Charakteristik
gedehnt werden.
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Außerdem kann durch eine feine Stufung der Entmagnetisierungsspannung
im interessierenden Bereich die Ansprecherregung des Einzelkontaktes genau eingestellt
werden.
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Die Fig.4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße
Relais. So sind in der Fig.4 zwei Schutzrohrkontakte K21 und K22 verwendet, denen
jeweils ein Dauermagnet DM21 und DM22 parallel liegt. Jeweils gleichnamige
Dauermagnetpole
sind einerseits über Flußfuhrungsbleche FB21 und FB22 mit dem Kern einer Erregerspule
los21 und andererseits über ein Nebenschlußblech NB21 direkt miteinander verbunden.
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Die Fig.5 zeigt eine etwas andere Anordnung von zwei Schutzrohrkontakten
K31 und K32, denen jeweils wider ein Dauermagnet DM31 und DM32 parallel liegt. Auch
hier sind gleichnamige Dauermagnetpole wieder miteinander verbunden, in einem Fall
über die Bleche FB32 und im Inn-eren der Spule W31, andererseits über einen Nebenschlußbügel
NB31 außerhalb der Spule.
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Fig. 6 zeigt dieselbe Anordnung wie Fig.5 mit dem Unterschied, daß
anstelle zweier getrennter Dauermagnete nunmehr ein einziger dreipoliger Dauermagnet
verwendet ist. Der-Dauermagnet D1441 liegt den beiden Schutzrohrkontakten K41 und
K42 derart parallel, daß er den äußeren Enden jeweils gleichnamige Pole zuwendet.
Der in der Mitte liegende Gegenpol ist über ein Flußführungsblech FB 41 mit den
inneren Kontaktzungen der beiden Schutzrohrkontakte verbunden.
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Hierüber ist eine Wicklung W41 angebracht, welche außen von einem
Nebenschlußbügel NB41 umgeben ist; er verbindet seinerseits die beiden äußeren Kontaktfedern
magnetisch miteinander und ermöglicht die Rückiuhrung des Erregerflusses.
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8 Patentansprüche 6 Figuren