DE2629357A1

DE2629357A1 - Monostabiles, elektromagnetisches haftrelais

Info

Publication number: DE2629357A1
Application number: DE19762629357
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Dipl Ing Reuting
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1978-01-05
Also published as: FR2357051A1; DD130744A5; GB1559947A; NL7706356A; SE7706565L; JPS5366556A; US4160222A

Description

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EIMEG- Elektro-Mechanik GmbH

Monostabiles« elektromagnetisches Haftrelais

Die Erfindung "betrifft ein elektromagnetisches Haftrelais mit einem gegen Polschuhe verschwenkbaren Anker und durch diesen betätigbaren Kontaktfedern und einem Permanentmagneten, der auch ohne Erregung einer Erregerspule den Anker an einem seiner Anschläge magnetisch festhält.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches
Haftrelais so auszubilden, daß es ohne Verwendung zusätzlicher Rückholfedern als monostabiles Haftrelais arbeitet.

Monostabile Relais sind ewar bereits in vielfältigsten Formen bekannt, sie benötigen jedoch alle Rückholfedern, durch die der Anker bei Abschaltung der Erregung immer wieder gegen einen bestimmten Polschuh bewegt wird. Falls somit beispielsweise ein bistabiles H_aftrelais in ein monostabiles
umgewandelt werden soll) so muß eine solche, genügend starke Rückholfeder angebracht werden. Hierdurch werden ttftnn
aber zugleich die Kontaktdrücke erheblich beeinflußt, so daß

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zusätzlich auch ein neues Kontaktfedersystem eingesetzt werden müßte. Es war somit "bisher nicht möglich, auf einfache Weise bistabile Haftrelais in monostabile umzuwandeln.

Die Erfindung besteht ausgehend von dem eingangs beschriebenen Haftrelais darin, daß der magnetische Widerstand für den Permanentmagnetfluß, der beim Anliegen des Ankers an dem anderen seiner Anschläge durch den zugehörigen Polschuh und den Anker verläuft, so groß ist, daß der Betrag der auf den Anker wirkenden Permanentmagnetkraft kleiner ist als der Betrag der durch die Kontaktfedern an diesem Anschlag auf den Anker ausgeübten Federkraft.

Mit einer solchen Ausbildung ist es nicht nur möglich, monostabile Relais ohne Rückholfedern herzustellen, sondern es können auch bestehende bistabile Haftrelaistypen mit einfachsten Mitteln in monostabile umgewandelt werden, ohne daß dabei das Kontaktfedersystem oder der sonstige Aufbau verändert zu werden braucht. Es ist lediglich notwendig, den genannten magnetischen Widerstand zu verändern. Hierfür gibt es grundsätzlich viele Möglichkeiten, beispielsweise kann dies durch entsprechende Materialwahl erreicht werden.

Als vorteilhafteste Lösung hat sich jedoch erwiesen, daß dieser magnetische Widerstand durch Zwischenschaltung eines Luftspaltes groß gemacht wird. Dieser Luftspalt kann grundsätzlich an unterschiedlichen Stellen angebracht werden. Eine zweckmäßige Lösung besteht jedoch darin, daß die Polschuhe mit Kunststoff ummantelt sind und unmittelbar als Anschläge für den Anker dienen und daß der den anderen Anschlag bildende Polschuh im Bereich der Ankeranschlagfläche eine Ausnehmung aufweist, die jedoch durch die Kunststoffummantelung

völlig ausgefüllt ist. Auf diese Weise "brauchte beispielsweise "bei einem fertigen Relais nur der entsprechende Polschuh ausgetauscht zu werden "bzw. es könnte an ihm im Bereich der Ankeranschlagfläche eine Ausnehmung ausgefräst werden, die dann durch die Kunststoffummantelung wieder ausgefüllt wird.

Eine weitere Möglichkeit, das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen, "besteht darin, daß zusammen mit der Zwischenschaltung eines Luftspaltes oder auch allein der magnetische Widerstand durch Querschnittverkleinerung der Flußfuhrungsteile für den durch den zum anderen Anschlag gehörenden Polschuh und den anliegenden Anker fließende Permanentmagnetfluß groß gemacht ist. Beispielsweise könnte hier durch Wegstanzen eines Teils des Polschuhs eines "bistabilen Relais das Plußführungsteil des Polschuhs so weit verkleinert werden, daß in diesem Bereich aufgrund des Permanentmagnetflusses Sättigung auftritt und der magnetische Widerstand infolgedessen erheblich ansteigt. Insbesondere wenn die Kontaktfedern dem Anker einen relativ großen Impuls erteilen können, reicht es aus, wenn die Perma_nentmagnetkraft im unmittelbaren Bereich des anderen Anschlages kleiner ist als der durch die Kontaktfedern in diesem Bereich auf den Anker ausgeübten Federkraft, da dann aufgrund der Bewegungsenergie des Ankers auch Bereiche durch den Anker überfahren werden können, in denen der Betrag der Magnetkraft ein wenig höher sein kann als der Betrag der Kontaktfederkraft. Eine vorteilhaftere, weil sicherere Lösung ergibt sich jedoch, wenn der magnetische Widerstand so groß ist, daß während des gesamten Ankerhubes vom anderen Anschlag bis zur völligen Entspannung der diesem zugehörigen Kontaktfedern der Betrag der Permanentmagnetkraft kleiner ist als der Betrag der Federkraft dieser Kontaktfedern und beim weiteren Ankerhub in Richtung auf den einen Anschlag die Permanentmagnetkraft in dieser Richtung wirkt. In diesem Fall wird

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auf den Anker bei Abschaltung der Erregung unabhängig von seiner lage immer eine Kraft ausgeübt, die in Richtung auf den einen Anschlag wirkt.

Eine sehr günstige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß das Relais in an sich bekannter Weise einen Drehanker und vier Anschläge und vier Polschuhe aufweist, wobei sich je nach Ankerlage jeweils zwei sich diagonal gegenüberliegende seitliche Endflächen des Ankers gegen zwei entsprechend angeordnete, zwei zugehörigen Polschuhen zugeordnete Anschläge legen, und daß jedem der in den vorhergehenden Ansprüchen genannten Anschlag und Polschuh zwei diagonal gegenüberliegende Anschläge und Polschuhe entsprechen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten monostabilen Haftrelais,

Pig, 2 die perspektivische Ansicht eines Teils des Relais gemäß Fig. 1 und

Fig.3-5 Diagramme, die den Verlauf der Permanentmagnetkraft in Abhängigkeit von den Kontaktfederkräften für bekannte Relais und für das erfindungsgemäße Relais erkennen lassen.

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Das in Pig. 1 dargestellte Relais umfaßt zwei U-förmig ausgebildete Flußführungsteile 1 u.2, deirenT Enden als Polschuhe 3, 4,5 u.6 ausgebildet sind, die zugleich die Anschläge für den Anker 7 darstellen, wobei der Polschuh 4 nur in Fig. 2 sichtbar ist, in der das Flußführungsteil 1 noch einmal im Detail dargestellt ist.

Der Anker 7 trägt an seinem vorderen Teil einen Betätigungsstift 8, an dessen Ende eine Glaskugel 9 vorgesehen ist, die beim Verschwenken des Ankers 7 Kontaktfedern 10 u.11 betätigt. Zur Erzeugung eines von außen aufgeprägten magnetischen Flusses ist um den Anker 7 eine Erregerspule 12 gewickelt. Die beiden Flußführungsteile 1 u.2 sind über einen Permanentmagneten 13 und einen ihn kurzschließenden magnetischen Nebenschluß 14 miteinander verbunden. Je nach Richtung der durch die Erregerspule 12 erzeugten Erregung wird somit der Anker 7 hin und her verschwenkt, wobei er sich in seinen Endlagen in der einen Schwenkstellung mit seinen am Ende befindlichen Seitenflächen gegen die Polschuhe 3 u.6 und in seiner anderen Schwenkstellung gegen die Polschuhe 5 u.4 abstützt.

Die Polschuhe 5 u,4 besitzen im Bereich der Ankeranschlagflächen je eine Ausnehmung 15 bzw.16. Die Flußführungsteile 1 u.2 sind zumindest im Bereich der Polschuhe 3,4,5 u.6 mit einer Kunststoffummantelung versehen, die die Polschuhe in gleichmäßiger Schicht überdeckt. Im Bereich der Ausnehmungen 15 u.16 ist diese Dicke jedoch um so viel größer, daß die Ausnehmungen 15 u.16 völlig durch sie ausgefüllt sind und die Oberflächen der Polschuhe 4 u.5 gleich ausgebildet erscheinen wie bei den Polschuhen 3 u.6. E«-~e^i-~dazu-bfiiaaxlct_T--daiB In Fig. 2t-das Flußführungsteil 1 ohne Kunst stoff ummantelung gezeigt ist, um so die Ausnehmung 15 deutlicher sichtbar zu machen.

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Dieses Relais 3aat, wie nachfolgend anhand der Figuren 3 "bis 5 noch erläutert wird, die Eigenschaft, daß beim Abschalten der Erregerspule 12 der Anker immer in die dargestellte lage kommt, in der er an den Polschuhen 3 u.6 anliegt^ Dies liegt-dariß--"begründet, daß die Ausnehmungen 15 u.16 zusätzliche Luftspalte darstellen, die den durch den Permanentmagneten 13 erzeugten, durch die Polschuhe 4 u.5 und den an ihnen anliegenden Magnetanker 7 verlaufenden Permanentmagnetfluß soweit schwächen, daß im Bereich der Wirkung der Jeder 11 die Permanentmagnetkraft dem Betrage nach geringer ist als die Federkraft der Feder 11. Wenn also der Anker 7 an den Polschuhen 4 u.5 anliegt und die Erregung durch die Erregerspule 12 abgeschaltet wird, so bewegt die Kontaktfeder 11 den Magnetanker in seine andere Lage, in der er an den Polschuhen 3 u.6 anliegt.

Das Diagramm in Fig. 3 zeigt die Verhältnisse zwischen den Federkraftkurven 20 u.21 bzw. den gespiegelten Federkraftkurven 17 u.18 und der Permanentmagnetkraftkurve 19 für ein normales bistabiles Haftrelais, wie es das Relais in Fig. 1 darstellen würde, wenn die Ausnehmungen 15 u.16 nicht vorhanden wären. Bei diesem und auch den übrigen Diagrammen gibt die senkrechte Achse die Kraft P an, während die waagerechte Achse den Ankerweg darstellt. Die senkrechten Begrenzungslinien an beiden Seiten des Diagramms geben die Anschläge für den Anker an. Aus dem Diagramm in Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Permanen tmagnetkraftkurve 19 auf der rechten Seite überhalb der gespiegelten Federkraftkurve 17 verlaufen muß, damit der Magnetanker an dem entsprechenden Anschlag sicher haftet, wäh rend auf der linken Seite die Permanentmagnetkraftkurve 19 unterhalb der gespiegelten Federkraftkurve 18 liegen muß, damit auch am linken Anschlag der Magnetanker sicher haftet. Wenn hier nur von Anschlag gesprochen wird, so sind dabei in

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Bezug auf Fig. 1 jeweils immer zwei Anschläge gemeint, die entweder den Polschuhen 3 u.6 oder den Polschuhen 4 u,5 entsprechen.

Wenn auf herkömmliche Weise aus einem solchen "bistabilen Haftrelais, das durch das Diagramm in Fig. 3 charakterisiert wird, ein monostaMles H_aftrelais gemacht werden soll, so müßte eine zusätzliche Rückholfeder vorgesehen sein, die dafür sorgt, daß der Magnetanker 7 "bei Abschaltung der Erregung immer in die Lage bewegt wird, in der er an den Polschuhen3 u.6 anliegt. Pig. 4 verdeutlicht die entsprechende Situation. Hier ist durch eine Zusatzfeder zu den Kontaktfedern dafür gesorgt, daß die gespiegelte Federkraftkurve 22, die sich aufgrund einer solchen zusätzlichen Rückholfeder und den Kontaktfedern ergibt, im Bereich des gesamten Ankerhubes überhalb der Permanentmagnetkraftkurve 19 liegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei Abschaltung der Erregung der am rechten Anschlag befindliche Anker durch die Federkraft nach links bewegt wird, bis diese Bewegung weiterhin durch den linken Ast der Permanentmagnetkraftkurve weiter unterstützt wird.

Die Verhältnisse beim erfindungsgemäß ausgebildeten Relais sind in dem Diagramm gemäß Fig. 5 dargestellt. Dort sind wieder, ähnlich wie in Fig. 3, die gespiegelten Federkraftkurven 17 u.18 eingezeichnet. Die sich aufgrund des durch die Ausnehmungen 15 u.16 ergebenden größeren magnetischen Widerstandes, durch den der Permanentmagnetfluß reduziert wird, ergebende Permanentmagnetkraftkurve 23 verläuft erfindungsgemäß so, daß sie rechts von der Mittelstellung des Ankers, die durch die senkrechte Gerade P gegeben ist, immer unterhalb der gespiegelten Federkraftkurve 17 liegt. Das bedeutet aber, daß beim Abschalten der Erregung der am rechten Anschlag be-

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findliche Anker auf seinem ganzen Weg bis hin zum linken Anschlag in Richtung auf diesen Anschlag "beschleunigt wird. Es ist also völlig sichergestellt, daß der Anker beim Abschalten der Erregung sich immer auf den linken Anschlag zubewegt, der in Bezug auf Fig. 1 dort aus den beiden Anschlägen am Polschuh 3 und am lolschuh 6 besteht. Der Einfachheit halber ist bei der Betrachtung der Diagramme immer nur von einem Polschuh bzw. einem Anschlag auf jeder Seite gesprochen worden. Dies ist jedoch auch nicht ganz unberechtigt, da die Erfindung auch auf Relais anwendbar ist, die nur zwei Polschuhe und entsprechend nur zwei Anschläge besitzen.

In Fig. 5 sind die günstigsten Verhältnisse im Hinblick auf das Verhältnis der Permanentmagnetkraftkurve zu den Federkraftkurven dargestellt. Es würde in der Praxis auch ausreichen, wenn nur in einem gewissen Abstand von dem rechten Anschlag die Permanentmagnetkraftkurve 23 unterhalb der gespiegelten Federkraftkurve 17 liegen würde. Danach könnte die Permanentmagnetkraftkurve 23 die gespiegelte Federkraftkurve 17 schneiden. Dann würde - ausreichende Größe des genannten Bereiches und ausreichender Unterschied in den Beträgen der Permanentmagnetkraft gegenüber der Faderkraft in diesem Bereich vorausgesetzt - der Anker eine so große kinetische Energie erhalten, daß er trotzdem bis zum linken Anschlag unter Überwindung einer geringen Federkraft - entsprechend dem Schneiden der gespiegelten Federkraftkurve 17 - gelangen würde.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf ein Relais, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, beschränkt ist. Die Erfindung kann grundsätzlich auf alle Arten von Haftrelais angewandt werden, wenn nur dafür gesorgt wird, daß der Permanentmagnet-

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fluß durch einen bzw« zwei Polschuhe und den anliegenden Magnetanker so gering gemacht wird, daß die in dieser lage des Ankers angespannten Kontaktfedern eine größere Federkraft erzeugen, als der Permanentmagnetkraft entspricht. Hierzu muß auf-±Tg"ehdeine Weise der magnetische Widerstand für den Permanentmagnetfluß, der durch diesen Polschuh und den anliegenden Anker fließt, erhöht werden. Dies kann in der dargestellten Weise durch Einfügung eines Luftspaltes geschehen, der sich auch an anderer Stelle "befinden könnte, oder es kann der Querschnitt der entsprechenden Flußführungsteile - gem. Fig. 1 der Polschuhe | u,5 - verringert werden. Auch hierdurch wird der entsprechende magnetische Widerstand erhöht, wobei die Verringerung dieses Querschnitts so groß sein kann, daß in diesem verringerten Querschnitt Sättigung auftritt, was eine erhebliche Zunahme des magnetischen Widerstandes bedeutet. Außerdem ist es auch noch möglich, die entsprechenden Flußführungsteile aus einem magnetisch schlechter leitenden Material herzustellen.

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Le

erseite

Claims

-ys- Scrtutzansprüche

1.1 Elektromagnetisches ^aftrelais mit einem gegen Polschuhe '"■V....X verschwenkbaren Anker und durch diesen betätigbaren Kontaktfedern und einem Permanentmagneten, der auch ohne Erregung einer Erregerspule den Anker an einem seiner Anschläge magnetisch festhält, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand für den Permanentmagnetfluß, der beim Anliegen des Ankers (7) an dem anderen seiner Anschläge (Polschuhe 4 u.5) durch den zugehörigen Polschuh (4 u.5) und den Anker (7) verläuft, so groß ist, daß der Betrag der auf den Anker wirkenden Permanentmagnetkraft (rechter Ast der Kurve 23 in Fig. 5) kleiner ist als der Betrag der durch die Kontaktfedern (11) an diesem Anschlag . auf den Anker ausgeübten Federkraft (Kurve 17 in Fig. 5)y

2. Haftrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand durch Zwischenschaltung eines Luftspaltes (Ausnehmungen 15 u.16) groß gemacht ist.

3ο Haftrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (3»4_f5 u.6) mit Kunststoff ummantelt sind und unmittelbar als Anschläge für den Anker (7) dienen und daß der den anderen Anschlag bildende Polschuh (4 u.5) im Bereich der Ankeranschlagfläche eine Ausnehmung (15»16) aufweist, die jedoch durch die Kunststoffummantelung völlig ausgefüllt ist.

4. Haftrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand durch Quer-

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Schnittverkleinerung der Flußführungsteile für den durch den zum anderen Anschlag gehörenden Polschuh (4,5) und den dort anliegenden Anker (7) fließenden Permanentmagnetfluß groß gemacht ist.

Haftrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand so groß ist, daß während des gesamten Ankerhubes vom anderen Anschlag (rechter Anschlag in Fig. 5) bis zur völligen Entspannung (Abszissenschnittpunkt der Kurve 17 in Fig. 5) der diesem zugehörigen Kontaktfedern (11) der Betrag der Permanentmagnetkraft (Kurve 23 in Fig. 5) kleiner ist als der Betrag der Federkraft (Kurve 17 in Fig.5) dieser Kontaktfedern und beim weiteren Ankerhub in Richtung auf den einen Anschlag (linker Anschlag in Fig. 5) die Permanentmagnetkraft in dieser Richtung wirkt.

Haftrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß das Relais in an sich bekannter Weise einen Drehanker (7) und vier Anschläge und vier Polschuhe (314,5 u.6) aufweist, wobei sich je nach Ankerlage jeweils zwei sich diagonal gegenüberliegende seitliche Endflächen des Ankers (7) gegen zwei entsprechend angeordnete, zwei zugehörigen Polschuhen (3 u.6 bzw.4 u.5) zugeordnete Anschläge legen, und daß jedem der in den vorhergehenden Ansprüchen genannten Anschlag und Polschuh zwei diagonal gegenüberliegende Anschläge und Polschuhe (3 u.6 bzw, 4 u.5) entsprechen.

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