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Relaiskontaktpatrone mit Betätigungszusatz
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Die Erfindung betrifft elektromagnetische Relais mit zwei beweglich
gelagerten, magnetisierbaren Ankern, die mit ortsfest zwischen ihnen angeordneten
Gegenpolen Arbeitsluftspalte bilden und von außerhalb ihres Schutzraumes angeordnetens
über Flußführungsteile an die Anker magnetisch angekoppelten Erregerspulen und Dauermagneten
beeinflußt werden.
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Bekannte Relais mit in einer Schutzraum unter Schutzgasatmosphäre
arbeitenden Kontakten werden wegen ihres zweikontaktigen Aufbaues vorzugsweise für
Schaltaufgaben d.er Fernmeldetechnik verwendet.
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Dabei wird beim Aufbau der beweglichen Teile des Relais davon ausgegangen,
daß eine besonders rationelle Auswahl beispielsweise der Ankermassen und der Ankerdrehprmkte
und der Anordnung von Dauermagneten, Erregerspulen und Flußleitblechen hinsichtlich
der Ansprechempfindlichkeit und der Schaltge schwindigke i t die Bedingungen eines
quasi-elektronischen Miniaturrelais erfüllen. Für zweikontaktige Relais bieten sich
aann neben den im allgemeinen zweikontaktig durchschaltenden Aufgaben der Fernmeldetechnik
auch andere Möglichkeiten, beispielsweise der Einsatz mit Einzelkontakterregung
azlF Daneben werden beim Einsatz in verschiedenen Systemen unterschiedliche Bedingungen
auftreten, die den Betrieb eines solchen Relais nach verschiedenen, unterschiedlichen
physikalischen Grundsätzen erwünscht erscheinen lassen.
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So ist beispielsweise aus dem DBP 2 038 181 ein derartiges Relais
bekannt, das nach dem Carpenter-Prinzip betrieben wird. Dem Dauermagnetfluß und
dem Erregerfluß sind dabei in jeder Betriebslage
des Relais zwei
voneinander unabhängige magnetische RUckschlußpfade zugeordnet. Dabei werden die
Anker von Dauermagnetflüssen in ihrer Längsrichtung,vom Steuerfluß hingegen im Bereich
der Arbeitsluftspalte quer zu ihrer Längsrichtung durch-- flutet. Der Betrieb eines
derartigen Relais könnte jedoch auch nach dem sogenannten Ferreed-Prinzip, bei dem
mit umpolbaren Dauermagneten~gearbeitet wird, wobei der Erregerstromimpuls nur während
einer im Vergleich zur Anzugszeit der Kontakte kurzen Umpolzeit der Magnete zu fließen
braucht, durchgeführt werden.
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Dabei könnten vorteilhafterweise die Erregerspulen mit kleinem Wickelraum
ausgelegt werden, was der Miniaturisierung weiter entgegenkommt. Die Relais können
aberauch nach dem sogenannten Flußumsteuerungsprinzip betrieben werden, wobei durch
geeignete Dimensionierung der Querschnitte mit Sperrmagnetismus gearbeitet werden
kann.
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Es wäre jedoch nachteilig, wollte man, ohne die Häufigkeit der auftretenden
Bedingungen vorher zu kennen fertige Relaisanord nungen nach den verschiedenen Systemen
in großen Stückza1en herstellen und auf Lager legen. Andererseits können Aufgaben,
bei denen die Relais mit den bekannten und vorhandenen Aufbauten nicht mehr verwendbar
sind, jederzeit kurzfristig auftreten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für die als Universalbaustein
ausgebildete Relaiskapsel Aufbauten zu konzipieren, die eine Verwendung des Relais
unter beliebigen Bedingungen und nach allen bekannten Betätigungsprinzipien ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest eine Erregerspule
mit zumindest einem Dauermagneten und den diese verbindende und an den magnetisierbaren
Kontakte magnetisch ankoppelnde Flußführungsteile zu einer Baueinheit zusammengefaßt
sind, dXe auf das Schutzgehäuse aufschiebbar ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, die eigentliche Festl.egung
des Relais in einem möglichst späten Zeitpunkt der
Fertigung vorzunehmen.
Während die Kontaktpatrone allen notwendigen Fertigungs- und Prüfvorgängen unterworfen
werden kann, ist sie noch nicht auf endgültige Aufgaben hinsichtlich des Betriebssystems
und der Betriebsart festgelegt. Damit ist das eigentlich wertvolle Teil des Relais,
die Kontaktpatrone als Universalbaustein, für alle Einsätze verwendbar und eine
evtl. Vorratslagerhaltung für bestimmte Typen ist nur für die im Vergleich zur Kontaktpatrone
weniger wertvollen Zusatzaggregate erforderlich. Dabei werden entsprechend der gewünschten
Verwendbarkeit verschiedene Baueinheiten unterschiedliche Anordnungen einer unterschiedlichen
Zahl von Bauteilen enthalten. Die für die Betätigung der Kontakte in der Kontaktpatrone
erforderlichen Bauteile werden zweckmäßig Je nach den zu erfUllenden Aufgaben und
unter Beachtung der im System oder der konstruktiven Anordnung vorhandenen Bedingungen
angeordnet.
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Eine zweckmäßige Ausführung einer Baueinheit enthält zwei sicn parallel
zum Anker erstrecken Dauermagnete, von denen zumindest einer umpolbar ist, und die
vom kontaktfernen Ende des Ankers bis über die obere Begrenzung der Kontaktpatrone
h.inautragt, in welchem Bereich sie über ein Flußführungsteil an die magnetischen
Gegenpole im Inneren der Kontaktpatrone angekoppelt sind, und bei der die Kontaktpatrone
und die Magnete in Höhe der Arbeitsluftspalte von einem ringförmigen Flußführungsteil
umfaßt sind, das die Trennung zwischen je einer oberhalb und unterhalb davon angeordneten,
die Magnete und das Schutzgehäuse umfassenden Erregerspule bildet. Die erfindungsgomäße
Anordnung erlaubt vorteilhaft geringe Spulenquerschnitte, da diesem Umpolen erforderliche
Erregung wegen der großflächigen Ankoppelung klein gehalten werden kanne Dabei wird
der Erregerstromimpuls kürzer als die Anzugszeit der Kontakte sein. Bei dieser nach
dem Ferreed-Prinzip arbeitenden Anordnung sprechen die Kontakte bei Serienschaltung
der Magnete an und fallen ab, wenn ein Teil der Magnete umgepolt wird.
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Eine andere aufschiebbare Baueinheit kann eine das Gehäuse im Bereich
der Anker umfassende Erregerspule und im Bereich der
Ankoppelung
an den magnetischen Gegenpol einen Dauermagneten tragen, wobei ein etwa U-förmiges
Flußführungsteil die genannten Teile in der Ebene der Ankerbewegung umfaßt und mit
Jeweils einem abgebogenen Steg eine Antcoppelung an jedes der Ankerenden bildet.
Bei diesem Aufbau wirken die Anker als umpolbare Dauermagnete und addieren oder
subtrahieren ihren Dauermagnetfluß Jeweils mit dem außerhalb der Kontaktpatrone
angeordneten Dauermagneten, so daß die eine oder die andere Schaltstellung eingenommen
und aufrechterhalten wird.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung enthält die Baueinheit
zwei von Je eine Erregerspule umfaßt, parallel zu den Ankern angeordnete Dauermagnete,
von denen zumindest einer umpolbar ist, deren beiden Enden durch Flußführungsteile
miteinander verbunden sind, wobei das eine Flußführungsteil durch abgebogene Stege
an die Anker und das andere Flußfthrungsteil an den magnetischen Gegenpol angekoppelt
ist. In dieser nach dem Parallelferreed-Prinzip arbeitenden Anordnung bleiben die
Kontakte in Ruhe, wfenn die beiden Dauermagnete in entgegengesetzter Richtung gepolt
sind. Durch Umpolen eines der beiden Dauermagnete, wenn also beide gleichsinnig
gepolt sind, wird der Fluß über de Kontakteinrichtungen gezungen, so daß die Kontakte
ansprechen.
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Grundsätzlich ist es selbstverständlich möglich, nur einen umpolbaren
Dauermagneten zu verwenden. Die Anordnung wird dadurch preisgünstiger, schaltungstechnisch
ist es jedoch vorteilhafter zwei umpolbare Dauermagnete zu verwenden. Es ist ebenfalls
möglich, wenn nur ein umpolbaren Dauermagnet Verwendung findet, mit nur einer Erregerspule
auszukommen. Für die Sicherheit der Funktion scheint es jedoch zweckmäßig, auch
den zweiten Dauermagneten beim Umpolen des einen durch einen geeigneten Spulenfluß
in seiner Polarisierungsrichtung zu unterstützen.
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Es ist aber auch möglich, eine Baueinheit zu konzipieren, die zwei
von Je einer Erregerspule umfaßte parallel zur Ankerbewegung angeordnete Dauermagnete
enthält, von denen zumindest einer umpolbar ist, deren beiden Enden durch Flußführungsteile
miteinander verbunden sind, die durch Abbiegungen an die Ankerenden im
Bereich
der Arbeitsluftspalte angekoppelt sind. Mit dieser Anordnung werden die beiden Kontakte
magnetisch in Serie erregt.
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Dazu ist zwar ein höherer Erregungsbedarf notwendig, von Form und
Aufbau her Jedoch kann die Anordnung für bestimmte räumliche Einsatzbedingungen
von besonderem Vorteil sein.
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Schließlich kann'die Baueinheit silber die Ankoppelung an die magnetischen
Gegenpole mit dieser magnetisch in Reihe eine Erregerspüle mit. Kern und einen Dauermagneten
tragen, dessen der Erregerspule abgewandter Pol über durch Addition von Dauer- und
Erregerfluß sättigbare Flußpfade an die Anker ängekoppelt ist, wobei an dem der
Spule zugewandten Pol des Dauermagneten ein mit dem Spulenkern verbundenes FlußfUhrungsteil
angeordnet ist, das mit dem erstgenannten für den Dauermagneten einen magnetischen
Flußkreis mit definiertem magnetischen Widerstand bildet. Bei dieser nach dem Flußumsteuerungsprinzip
arbeitenden Anordnung kann vorteilhaft durch geeignete Dimensionierung der Querschnitte
der flußführenden Teile ein Sperrmagnetprinzip realisiert werden. Der in den flußführenden
Teilen verlaufende Dauermagnetfluß hat in der Arbeitslage der Kontaktanker einen
günstigeren Weg über dieselben und hält deren Arbeitslage aufrecht. Diese wurde
durch eine Addition des gleichgerichteten Erregerflusses der Spule erzeugt. Bei
Gegenerregung addieren sich Dauermagnet und Erregerfluß. Die magnetische Sättigung
der Flußpfade verhfr dert ein Überschreiten der Wiederansprechgrenze in Gegenrichtung.
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Vorteil dieser Anordnung ist der Schutz der Spule und des Dav.ermagneten
gegen äußere Felder durch die Konstruktion, wobei die Spule außerdem in der Nähe
der Arbeitsluftspalte einen vorteilhaft geringen Streufluß aufweist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung können in folgenden, beschreibenden
Ausführungsbeispielen entnommen werden.
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Es zeigen die Fig. 1 bis 4 Ausführungsbeispiele nach Ferreed-Prinzip,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, das nach dem Flußumsteuerprinzip arbeitet.
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Das universell verwendbare Bauteil in allen gezeigten Anordnungen
ist eine Kontaktpatrone, die einen Schutzraum aus einer Platine 1 und einem Gehäuse
2 für zwei Kontakteinrichtungen bildet, die aus Ankern 3, Über-Federn 4, elektrischen
Gegenkontakten 5 und magnetischen Gegenpolen 6 bestehen. Elektrische Anschlußteile
7 sind gasdicht durch die Platine 1 nach außen geführt. Zwischen den magnetischen
Gegenpolen 6 ist ein Flußfühnrngsteil 8 angeordnet, das durch das magnetisch nicht
leitfähige Gehäuse 2 gasdicht nach. außen geführt ist. Die Teile sind in allen Figuren
nur schematisch ohne Befestigungs- und Isoliermittel gezeichnet.
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In Fig. 1 umfaßt ein ringförmiges Flußführungsteil 9 zwei Dauermagnete
10, die parallel zu den Ankern 3 angeordnet sind, und die im Inneren angeordnete
Kontaktpatrone. Ein weiteres U-fö.rmiges abgebogenes Flußführungsteil 12 koppelt
den Dauermagnetfluß an das aus dem Inneren des Schutzraumes herausgeführten Flußführungsteil
8 an. In der dargestellten Lage sind die beiden Dauermagnete durch kurzzeitige Erregung
zweier Spulen 11 oberhalb und unterhalb des Flußführungsteiles 9 in Teilzonen gegenerregt,
so daß kein Fluß über die Kontakteinrichtungen verlaufen kann.
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Durch einen kurzzeitigen Impuls beider Spulen 11 in gleicher Richtung
bildet Jeder Dauermagnet ein gemeinsames Feld, das sich einerseits über die ihm
zugeordnete Kontakteinrichtung und andererseits über den freien Luftraum im Bereich
der Spuren schließt.
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Die großflächlge Ankoppelung der Dauermagnete an die Spulen ermöglicht
es, die Spulenwicklung klein zu dimensionieren, die großflächige Ankoppelung der
Dauermagnete an die Anker 3 und das Flußleitblech 12 sichern einen guten Übergang
des Dauermagnetflusses auf die Kontakteinrichtung und damit eine sichere Kontaktbetätigung.
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In der Anordnung nach Fig. 2 ist auf dem aus dem Innenraum herausgeführten
Flußführungsteil 8 ein Dauermagnet 13, der nicht umpolbar ist, angeordnet. Ein annähernd
U-förmiges Flußführungsteil 14 berührt ihn mit seiner Basis und umgreift mit seinen
beiden Schenkeln eine Spule 15, die die Kontaktpatrone im Bereich der Anker 3 umfaßt.
Aus dem Flußführungsteil 14 herausgebogene
Lappen 16 koppeln auftretende
Magnetflüsse- so nahe wie möglich an den Arbeitsluftspalt zwischen den Ankern 3
und den magnetischen Gegenpol 6 an. Am Ende der Schenkel des Flußführungsteiles
14 abgebogene Lappen 17 ermöglichen eine ebensolche Ankoppelung von Magnetflüssen
an das kontaktferne Ende der Anker 3. Die Anker 3 sind im vorliegenden Fall aus
unpolbarem Magnetmaterial gebildet. Durch kurzzeitige Impulse der Spule 15 wird
die Polungsrichtung der Anker festgeleg' und, Je nachdem, ob ihr Fluß sich mit dem
Fluß des Dauermagneten 13 addiert oder von diesem subtrahiert, befinden sich die
Kontakteinrlchtungen in der Betätigungs- oder Ruhelage.
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In der Anordnung nach Fig. 3 sind zwei Dauermagnete 18, von denen
zumindest eier umpolbar ist, von je einer Spule 19 umfaßt.
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Zwei Flußführungsteile 2C und 21 verbinden die åeweil:gen Pole der
Dauermagneten miteinander. Dabei liegt das Flußführungsteil 20 in seinem mittleren
Bereich au-> dem aus dem Innenraum der Kontaktpatrone herausgeführten Flußführungsteil
8 auf und bietet einen guten Übergang für auftretende Magnetflüsse. Das Flußführungsteil
21 ist in seinem Mittelbereich durchbrochen und umfaßt die Platine 1. Zwei aus deren
Plußführungste.il 21 herausgebogene Lappen 22 sind so ausgebildet, daß sie sich
parallel zu den Ankern an der Außenwand der Kontaktpatrone anlegen. In der gezeichneten
Lage sind die beiden Dauermagnete in gleicher Richtung polarisiert. Da auf diese
Weise jeder seinen Teil des Fluß kreises für den anderen Dauermagnetfluß sperrt,
verlaufen die Flüsse über die Kontakteinrichtungen und betätigen diese. Durch Umpolen
eines der Dauermagneten verlaufen ihre Flüsse in gleicher Richtung, so daß sich
für jeden der beiden außerhalb der Kontaktpatrone ein für seinen Fluß ausreichender
Kurzschluß anbietet. Die Kontakteinrichtungen werden dann in die Ruhelage zurückkehren.
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Während in Fig. 3 die beiden Kontakteinrichtungen magnetisch parallel
geschaltet sind, zeigt Fig. 4 eine Anordnung, bei der die Kontakteinrichtungen in
Serie erregt werden. Auch hier besteht die aufschiebbare Baueinheit aus zwei Dauermagneten
23, zwei
Spulen 24, die die Dauermagneten umgreifen und zwei Flußführungsteilen
25, die die beiden Enden der Dauermagneten miteinander verbinden und in ihrem Mittelbereich
26 im Bere:ich der Luftspalte der Kontakteinrichtungen am Außenrand des Gehäuses
2 anliegen.
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Ebenso wie in Fig. 3 werden die Dauermagnetflüsse bei gleichsinniger
Erregung der Dauermagnete über die Kontakteinrichtungen gezwungen, da sie sich gegenseitig
ihre Flußrichtung sperren, während bei gegensinniger Erregung jeder dem anderen
einen ausreichenden Kurzschluß für seinen Magnetfluß anbietet, so daß keine Kontaktbetätigung
stattfindet.
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In Fig. 5 ist auf das aus dem Innenraum herausgeführte Flußführungsteil
8 ein doppel-T-förmiges Flußführungsteil 27 aufgesetzt.
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Es bildet mit seinem Steg 28 einen Kern für eine Spule 29 und mit
seinen beiden Schenkeln 30 eine Ankoppelung für den Fluß des Dauermagneten 31 und
für den Fluß der Spule 29 an ein reich teres Flußführungsteil 32, das an dem gegenüberliegenden
Pol des Dauermagneten 31 anliegt und mit Stegen 33, die in Abbiegungen 34 auslaufen,
ar, die Anker angekoppelt ist. Der Fluß des Dauer;nagneten 31 ist bei abgeschalteter
Spule derart an die Kontakteinrichtungen angekoppelt d.aß cr zu ihrer Betätigung
aus reicht. Bei Gegenerregung der Spule 29 entsteht in den Stegen 28 und 33 sowie
in den Schenkel 30 eine definierte magnetische Sättigung gegen Übererregung. die
zu erneutem Ansprechen führen könnte.
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7 Patentansprüche 5 Figuren