DE2649522C2 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hochempfindliches elektromagnetisches Relais mit Ankerabfall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei dieser Relaisart, die z. B. aus der DE-AS 12 77 420 bekannt ist, wird bei Normalstellung der bewegliche Anker magnetisch über zwei Polflächen von einem Teil des Magnetflusses eines Dauermagneten angezogen, während der andere Teil dieses Magnetflusses, im allgemeinen der größere Anteil, in einen magnetischen Nebenschluß abgeleitet wird. Der Ankerabfal! wird durch Verringerung oder Aufhebung des durch den Anker fließenden Magnetflusses mittels eines durch eine Steuerspule, deren Magnetkreis den beweglichen Anker und den magnetischen Nebenschluß umfaßt erzeugten entgegengesetzten Magnetfluß erreicht Die durch den AnKerabfall auftretende Tiechanirche Wirkung wird durch eine Auslösefeaer verstärkt

die das Öffnen des Ankers bewirkt Die Empfindlichkeit und die Ankerhaltekraft eines solchen Relais lassen jedoch zu wünschen übrig.

Ein Relais ähnlicher Bauart ist aus der DE-OS 23 65 190 bekannt Der Anker dieses als gepoltes Relais verwendbaren Relais ist so schwenkbar zwischen den beiden U-förmigen Weicheisenteilen gelagert, daß er in einer Schaltstellung des Relais an dem einen Weicheisenteil und in der anderen Schaltstellung an dem anderen Weicheisenteil anliegt. Die Steuerspule sitzt auf dem Anker.

Das aus der DE-FS 9 66 845 bekannte Relais besitzt ebenfalls einen schwenkbaren Anker, der zwischen den beiden Weicheisenteilen hin- und herpendelt, wenn eine Steuerspule, die hier um die beiden Weicheisenteile herumgewickelt ist, von Wechselstrom durchflossen ist.

Schließlich ist noch das Buch »Dauermagnete« von K.Schüler und K.Brinkmann, Springer Verlag 1970, Seiten 411 und 412 zu nennen, wo ein Fehlerstrom-Schutzrelais mit zwei flachen Weicheisenteilen, einem Dauermagnet und einem Nebenschluß zwischen diesen Teilen sowie mit einer Steuerspule offenbart ist. dip beide Weicheisenteile durchdringt. Der Anker liegt in einer Schaltstellung auf Stirnflächen beid"r Weicheisenteile auf.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein elektromagnetisches Relais der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art hinsichtlich der Anprechempfindlichkeit und der Ankerhaltekraft zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch das Relais erreicht, das im Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Explosionsiiarstellung des erfindungsgemäßen Relais mit seinen «. ichtigsten Teilen.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des in seiner Halterung befestigten Relais gemäß F i g. 1.

Fig.3 zeigt eine Ansicht von oben auf das Relais gemäß F i g. 2.

Fig.4 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Relais in einer weiteren Ausführungsform.

In der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform besitzt das Relais einen Dauermagneten 1, der zwischen zwei U-förmigen Weicheisenstürken 2 und 3 eingespannt ist. In je einem Schenkel jedes Weicheisenstücks verläuft ein Teilfluß zur Schenkelstirnfläche, die je einen Pol 4 bzw. 5 bildet, der mit einem beweglichen Anker 6 zusammenwirkt, während die beiden anderen Schenkel als Gelenkhalterung für den Ankertrager die-

b5 nen. Die beiden Weicheisenstücke 2 und 3 sowie der zylindrische Magnetnebenschluß 7 bestehen aus Nikkeieisen hoher Permeabilität, beispielsweise aus Mu-Metall; der Nebenschluß sitzt auf einer Schraube 8 aus

nichtmagnetischem Metall, beispielsweise aus Messing, die durch ein in den Weicheisenstücken befindliches Loch 01 geführt ist Zwischen dem magnetischen Nebenschluß 7 und einem Weicheisenstück 3 ist eine aus einer Kunststoffolie bestehende unmagnetische Zwischenscheibe 9 angeordnet

Die beiden Weicheisenstücke 2 und 3 sind am anderen Schenkel des U mit Hilfe einer durch ein zweites Loch O 2 in den Weicheisenstücken geführten Schraube 11 und einem Abstandsring 12 aus unmagnetischem Material, beispielsweise aus Messing, miteinander verbunden. Auf einem der Schenkel, denen die Polflächen 4,5 zugeordnet sind, ist eine Auslösespule 10 angebracht deren Magnetfluß, wenn sie mit Gleichstrom bzw. mit einer Halbperiode eines Wechselstroms gespeist wird, dem durch den Dauermagneten 1 im beweglichen Anker induzierten Magnetfluß entgegengesetzt ist

Der Anker 6 ist frei in einem Käfig 13 angeordnet, der am einen Ende eines Ankerhalters 14 befestigt ist, dessen anderes Ende 15 eine Auslösezunge bildet

Der mittlere Bereich des Ankerhalters 14 l^;egt gelenkig zwischen den beiden nicht den Polflächen zugeordneten Schenkeln 18 der U-förmigen Weicheisenstükke. Die gelenkige Lagerung erfolgt mit Hilfe eines durch Löcher O 3 in den Weicheisenstücken geführten Stifts 19. Eine in Richtung des Wiederanziehens des beweglichen Ankers 6 wirkende Feder 2i ist zwischen einem Zapfen 16 des Ankerhalters 14 und einer Stellschraube 27 (F i g. 2) montiert Auf die Auslösezunge 15 drückt eine Anschlagregelschraube 20 eines Auslösehebels 22, der gelenkig um eine Achse 23 montiert ist. Diese Achse trägt eine Rückholfeder 24, die im Sinne einer öffnung des Ankers 6 wirkt, sobald dieser unter der Wirkung eines die Spule 10 erregenden Steuerstroms von den Polflächen 4 und 5 gelöst ist Wenn die Anschlagschraube 20 des Auslösehebels 23 aufgrund des Abfalls des Ankers 6 durch die Auslösezunge 15 freigegeben ist, dreht sich der Hebel 22 unter der Wirkung der Feder 24 und betätigt ien Auslösemechanismus eines Trennschalters. Die Achse 23 ist auf einem Halter 25 angebracht, der außerdem das Gehäuse, in dem das Relais befestigt ist, trägt Ein Gehäuse 26 ist auf dem Halter 25 mit einem Zapfen 28 und einer Klammer 29 montiert. Der aus den drei Teilen 13,14,15 bestehende Ankerhalter wird vorzugsweise aus Kunststoff ^u ergestellt und in einem Stück gegossen.

Das neuerliche Spannen des Relais geschieht durch Zurückholen des Hebels 22 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung; der Ankerhalter 14 wird gespannt, und der Anker 6 haftet automatisch unter der Wirkung der Feder 21 in Ansrhlagstellung an den Polflächen 4 und 5.

Der Magnet 1 wird zwischen den beiden mittleren Bereichen der Weicheisenstücke 2 und 3 gehalten. Eine Regelung des Magr.etflusses im Magneten kann dadurch erreicht werden, daß dieser senkrecht zu den Weicheisenstücken verschoben wird. Die Empfindlichkeit kann auch durch die Schraube 27 geregelt werden, die auf die Spannfeder 2i einwirkt und die Haftkraft erhöht.

Mit X1 gleich der Breite der PoIflache 4 oder 5 eines Weicheisenstücks und X 2 gleich dem Abstand zwischen den beiden Weicheisenstücken, X3 der Stärke oder dem Durchmesser des magnetischen Nebenflusses und X4 gleich der Stärke der einem Luftnebenschluß gleichwertigen Zwischenschicht erhält man eine Anzugskraft von etwa 300 g auf den Anker, und eine Empfindlichkeit von etwa 40 bis 100 μ VA, wenn man für Xi einen Wert von 4,327 mm im Bereich zwischen 4 und 5 wählt und für X 3 235 mm im Bereich von 2 bis 6 mm, sowie für X 4 0,013 mm in« Bereich von 0,01 bis 0,02 mm wählt und Sättigung in den Weicheisenstücken vermeidet; der optimale Wert für X2 hängt eng von X1, X3 und X4 ab.

Das Relais kann bei Wechselstrom oder bei Gleichstrom arbeiten.

Durch Verwendung zweier U-förmiger Weicheisenstücke und einer Spule auf einem der Schenkel kann Sättigung im Wechselstromauslösekreis vermieden werden. Lediglich die Querschnitte Si und S? der Weicheisenstücke 2 und 3 in Höhe des Dauermagneten werden gesättigt und regeln so den Magnetfluß, wodurch die Induktion an den Polflächen 4 und 5 (Querschnitte 53, Si) von den Toleranzen der Magnetkennwerte unabhängig wird. Außerdem fließt durch die Querschnitte Si und S? kein Wechselstrom als Auslösestrom, woraus sich ergibt, daß ihre Sättigung keinerlei Ernöhupg der verbrauchten Leistung mit sich bringt Die Lage des Magneten zwischen den Weicheisenstücken ermöglicht es, ihn der Einwirkung äußerer magnetise, <:r oder elektrischer Felder weitgehend zu entziehen.

Die Verhältnisse zwischen den Querschnitten Si — S2, S3—S4, den Volumen des magnetischen Nebenschluss 7 und des Luftspalts 9 sind derart, daß die auf den Magneten Zi./ückzuführenden Induktionen in den Querschnitten Si—S2 etwa doppelt so groß wie die in den Querschnitten S₁-Sa sind (7000 bis 8000G gegenüber 4000 G).

Die Auslösefeder ist unabhängig vom Magnetkreis des Relais montiert. Die Empfindlichkeit der Relais kann verändert werden, indem auf die entsprechenden Kennwerte mit relativ leicht durchzuführenden Maßnahmen eingewirkt wird.

Bei der in den Fig.4 und 5 dargestellten Ausführungsform umfaßt das Relais einen Dauermagneten 1, der zwischen zwei U-förmigen Weicheisenstücken wie 2 eingespannt ist, von denen zwei Schenkelenden Pole wie 4 bilden, die mit einem beweglichen Anker 6 zusammenwirken, während die beiden anderen Schenkel wie 17 eine gelenkige Befestigung für den Ankerhalter 14 liefern. Die beiden Weicheisenstücke 2 und 3 sind über einen magnetischen Nebenschluß 7 miteinander verbunden, der auf einer Schraube 8 montiert ist. A^f einem der Schenkel ist eine Auslösespule 10 befestigt, deren Magnetfluß bei ihrer Speisung mit einem Strom dem durch den Dauermagneten 1 im beweglichen Anker erzeugten Magnetfluß entgegengesetzt ist. Der bewegliche Anker 6 ist in einem Käfig 13 untergebracht, der an einem Ende des Ankerhalters 14 befestigt ist, während das andere Ende 15 e ne Auslösezunge bildet. Eine in Richtung der Wiederspannung des beweglichen Ankers 6 wirkende Feder 21 ist oben am Gehäuse 40 befestigt und drückt auf den mittleren Teil des Ankerhalters 14.

Das Relais wird dadurch wieder neu gespannt, deß der Ankerhalter 14 in die in F 1 g. 4 gezeigte Stellung gebracht wird. Der Anker 6 haftet dann von selbst wieder unter der Wirkung der Feder 21 und der Anzugswirkung der durch den Magneten 1 magnetisierten Pole auf den Polflächep wie 4 an.

Der Anker 6 ruht auf einem Auflagepunkt 30 (F i g. 5), in der Mitte einer im unteren Teil des Käfip.s J3 angeordneten Leiste 31. Auf seiner Oberseite wird der Anker 6 durch ein weiches pilzförmiges Polster 32 gehalten, das in einem Loch 33 in einer Halteplatte 34 untergebracht ist. Diese Halteplatte ist am Käfig 13 mit Hilfe zweier Zapfen 35 und zweier umgeklappter Zungen befestigt. Der Anker 6 wird im Käfig 13 durch Führungssäulen 37 geführt.

Die zuletzt beschriebenen Anordnungen ermöglichen eine unstarre Befestigung eines Ankers, der sich geringfügig verschieben kann, um sich derart auf die Polflächen aufzulegen, daß der Luftspalt im angezogenen Zustand sehr gering wird. Das Polster 32 besteht aus einem weichen Material wie beispielsweise einem haftenden Elastomer oder Urethankautschuk, der nach der PoIymerisierung, dem Trocknen oder dem Verfestigen stabil ist. Es wird in kleinen Mengen zwischen den Anker und die Halteplatte 34 gespritzt, um dort ein Dämpfungspolster zu bilden. Das Polster sorgt für eine richtungsgenaue und ausreichend weiche Verbindung zwischen Anker und Halteplatte, um die Übertragung von Kräften, die sich nicht aus den vorgesehenen Betriebsbedingungen ergeben, zu vermeiden.

Die in den F i g. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform erlaubt eine bessere Regulierung des Betriebs und eine Die U-Form der Weicheisenstücke stellt eine einfache Form dar, die die Herstellung erleichtert und das Schleifen und Polieren der magnetischen Oberflächen einfacher gestaltet.

Die Lage der gesättigten Querschnitte außerhalb des Magnetkreises für den Ankerabfall durch den Strom in der Spule führt nicht zu einer Erhöhung der verbrauchten Leistung.

Die Erhöhung der Haltekraft des Relais verbessert ίο seine Unempfindlichkeit gegenüber Stößen und Vibrationen.

Das erfindungsgemäße Relais zeichnet sich vorteilhaft durch folgende Eigenschaften aus:

Das Relais besitzt einen kleinen und daher billigen Magneten, der gegen magnetische Störfelder geschützt ist;
höhere Stabilität irr bezug auf die Anzahl der Schaltflä- b) die Fertigung ist einfach und die Kennwerte sind

ehe sowie gegenüber Erschütterungen und Vibrationen.

Bei der industriellen Fertigung wird das Polster durch 20 c) die Verwendung eines automatischen und dosierbaren Einspritzvorgangs hergestellt.

F i g. 6 zeigt eine Variante, bei der der Anker im Käfig 13 einerseits durch den Auflagepunkt 30 der unteren Leiste 31 und andererseits durch eine in der Halteplatte 25 d) 34 ausgeformte Verdickung 38 gehalten wird. Bei dieser Anordnung erreicht man das Halten des Ankers 6 durch e) die Elastizität der Platte 34 selbst

Die Erfindung kjnn vorteilhafterweise bei Auslösere- f) lais für die Steuerung des Auslösemechanismus eines Trennschalters verwendet werden, insbesondere für einen Fehlerstromschutzschalter. Die Erfindung kann aber auch für Steuerungen niedriger Leistung eingesetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Z* leicht einzustellen;
es ergibt sich eine Vereinfachung des Relaisaufbaus und damit eine Senkung der Fertigungskosten, indem magnetische Teile aus Formen hergestellt werden, die keine große mechanische Bearbeitung mehr erfordern;

ohne weiteres lassen sich Relais unterschiedlicher Kennwerte in einer Fertigungskette herstellen;
die Stellung des Ankers in seiner Halterung kann leicht justiert werden;

das Relais ist gegenüber auf seine Halterung einwirkenden StöOen unempfindlich, unabhängig davon, ob diese Stöße von einein Steuermechanismus eines Trennschalters oder durch ein anderes Gerät hervorgerufen werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hochempfindliches elektromagnetisches Relais mit einem Dauermagneten, mit zwei als flache U-förmige Bauteile ausgebildeten Weicheisenstücken, einem magnetischen Nebenschluß sowie einem mit den beiden Weicheisenstücken und einer Steuerspule zusammenwirkenden Anker, wobei der magnetische Nebenschluß in einem Winkelbereich zwischen den Weicheisenstücken Hegt und zwischen den beiden parallel zueinanderliegenden Stücken ein Abstandsstück bildet, und der Dauermagnet im mittleren Bereich zwischen den Weicheisenstücken eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den U-förmigen Weicheisenstücken (2, 3) je ein Schenkel mit einer einen Pol bildenden Schenkelstirnfläche zur Anlage des Ankers (6) dient, während die ta^den anderen Schenkel einen aus einem Ankerkäfig, einem Gelenkarm und einer Auslösezunge bestehenden Ankerhalter (14) gelenkig tragen und über ein unmagnetisches Abstandsstück (12) miteinander verbunden sind.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem magnetischen Nebenschluß (7) und einem Weicheisenstück (3) eine unmagnetische Zwischenscheibe (9) angeordnet ist

3. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Auslöseorgan (22) mit einer Rückholfeder (24) aufweist, die auf den Ankerhalter (14) im Sinne der Öffnung des beweglichen Ankere (6) einwirkt, wöbe, dieses Auslöseorgan vom Ankerhalter getrennt ht

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine einstellbare Rückholfeder (21) zum Schließen des Ankers aufweist, die am Bewegungsende des Ankers wirksam wird.

5. Relais nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (x 1) eines Schenkels eines Weicheisenstücks zwischen 4 und 5 mm liegt, vorzugsweise bei 4,327 mm, daß die Dicke (x3) des magnetischen Nebenschlusses (7) im Bereich von 2 bis 6 mm liegt und vorzugsweise 2,95 mm beträgt, und daß die Stärke (x4) der Zwischenscheibe (9) im Bereich von 0,005 bis 0.02 mm liegt und vorzugsweise 0,013 mm beträgt.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse zwischen den Querschnitten des Magnetkreises (Su S?, Sj, St) und dem Volumen des magnetischen Nebenschlusses (7) derart sind, daß die auf den Dauermagneten zurückzuführenden Induktionen in den Querschnitten der mittleren Bereiche (Su S?) der Weicheisenstücke in Höhe des Dauermagneten zweimal so groß sind wie die Induktionen in den Querschnitten (St, S₄) der Schenkel.

7. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) auf dem Ankerhalter (14) über ein Polster (32) in einem Käfig (13) gelagert wird, derart, daß der Anker sich im Verhältnis zu den Schenkeln verschieben kann, und eine Drehbewegung des Ankers im Käfig möglich wird.