DE2701230A1

DE2701230A1 - Elektromagnetisches relais und verfahren zu dessen justierung

Info

Publication number: DE2701230A1
Application number: DE19772701230
Authority: DE
Inventors: Ulf Dipl Phys Rauterberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-01-13
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2701230B2; US4195276A; BE862901A; DE2701230C3

Description

SIEMQ(S AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen: Berlin und München VPA 77 P 2 0 Q 3 QRQ

Elektromagnetisches Relais und Verfahren zu dessen Justierung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais ■it einer an einem Ende federnd befestigten Schaltzunge, welche mit ihrem freien Ende mit mindestens einem anderen Schaltelement zusammenwirkt. Eine solche Schaltzunge kann beispielsweise eine Kontaktzunge, ein Anker oder auch ein Ankerkontakt sein. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Justierverfahren für ein derartiges Relais.

Bei den meisten elektromagnetischen Relais ist im Fertlgungsablauf eine Justierung des Arbeitsluftspaltes im magnetischen Kreis bzw. des Kontaktabstandes bei den kontaktgebenden Teilen vorgesehen, um allzu große Streuungen der Ansprechwerte zu vermeiden. Diese Justierung erfolgt vielfach mit Hilfe von Justierschrauben oder durch Biegen von Blechteilen mittels Justierzangen, wobei diese Arbeit sehr viel Sorgfalt und manuelles Geschick erfordert und im allgemeinen auch nicht automatisierbar ist. Im Zuge der Miniaturisierung von Relais stellt sich darüberhinaus das Problem, daß die zu justierenden Teile oft nur schwer für Justierwerkzeuge zugänglich sind, und daß bei herkömmlichen Relais mit abgeschlossenen Kontaktsystemen eine nachträgliche Justierung so gut wie unmöglich istI Auch das in der DT-PS 1 243 271 beschriebene Relais, bei dem über eine Justierfedereinrichtung mittels Schrauben

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in der Gehäusewand eine nachträgliche Justierung möglich sein soll, bringt keine echte Lösung des Problems, da die Justiereinrichtung nicht nur sehr aufwendig ist, sondern auch nach der endgültigen Abdichtung der Verstellglieder nicht mehr funktionsfähig ist.

Bei Reed-Kontakten ist zwar auch schon vorgeschlagen worden, eine ferromagnetische Schaltzunge nach dem Einschmelzen in ein Glasgehäuse nachträglich durch ein von außen angelegtes Magnetfeld über die Biegegrenze hinaus zu deformieren (US-PS 3 242 557), doch erfordert das Verbiegen einer am Gegenkontakt anliegenden Federzunge sehr hohe Magnetkräfte, so daß die gewünschte Justierung nicht ohne weiteres erzielt werden kann. Die Kontaktkraft kann dort nicht unabhängig vom Kontaktabstand eingestellt werden und eine Vorspannung gegenüber starren Gegenkontakten ist mit diesem bekannten Verfahren überhaupt nicht zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Relais der eingangs erwähnten Art so zu konstruieren, daß die zu justierende Schaltzunge in beiden Schaltrichtungen und auf beliebige Werte justiert werden kann, insbesondere auch dann, wenn die zu justierende Schaltzunge in einem abgeschlossenen Gehäuse angeordnet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu justierende Schaltzunge mit ihrer federnden Lagerung an einem langgestreckten, um eine Einspannstelle schwen-kbaren, ferromagnetisehen Justierblech befestigt ist. Dieses erfindungs gemäß als Träger für die Schaltzunge angeordnete Justierblech kann mittels eines von außen angelegten Magnetfeldes gebogen werden, was insbesondere für hermetisch abgeschlossene Anker oder Kontaktzungen von Vorteil ist. Die Schaltzunge selbst kann als Federzunge ausgebildet oder federnd gelagert sein; sie selbst wird beim Justiervorgang nicht deformiert, sondern das

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als Ihr Träger ausgebildete Justierblech, welches beim Verbiegen die Lagerstelle der Schaltzunge verändert. Das freie Ende der Schaltzunge kann auf diese Weise auch beliebig gegenüber einem Gegenpolstück oder einem Gegenkontakt vorgespannt werden, da nur sie selbst und nicht das zu deformierende Justierblech am Gegenanschlag anliegt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Justierblech im wesentlichen parallel zur Schaltzunge ange ordnet, wobei diese am Justierblech in der Nähe von dessen Einspannstelle befestigt ist. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Schaltzunge auch mit dem Justierblech fluchtend an dessen freiem Ende federnd gelagert sein. Zweckmäßigerweise besitzt das Justierblech weiterhin im Bereich zwischen seiner Einspannstelle und der Befestigungsstelle der Schaltzunge eine im Querschnitt geschwächte Sollbiegestelle. Damit können die zur Justierung erforderlichen Magnetkräfte gering gehalten werden. Als Material für das Justierblech wird vorzugsweise Weicheisen oder ein ähnliches Material mit einer im gleichen Bereich liegenden Federbiegegrenze verwendet. Die Schaltzunge selbst kann nach den Erfordernissen beliebig gewählt werden, also aus federndem Kontaktmaterial, wenn es sich um eine Kontaktzunge handelt, oder aus ferromagnetische!!! Material, wenn es sich um einen Anker handelt. So kann diese Schaltzunge eine insgesamt federnde, elektrisch und magnetisch leitende Ankerkontaktzunge sein, oder in einem anderen Fall ein mittels einer Lagerfeder befestigter starrer Anker. Die Schaltzunge kann als Ankerkontakt innerhalb der Spule des Relais angeordnet sein, wobei bei spielsweise der Spulenkörper einen hermetisch abgeschlossenen - Schaltraun bildet. Die Justierung kann in all diesen Fällen aufgrund der Erfindung noch am vollständig montierten, abgeschlossenen und möglicherweise noch vergossenen Relais durchgeführt werden.

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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig.1 und 2 ein magnetisch Justierbares Relais in schematischer Darstellung,

Fig. 3 und 4 eine magnetisch justierbare Federzunge in einer gegenüber Fig.1 abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 5 und 6 einen magnetisch justierbaren starren Anker, Fig. 7 eine magnetisch justierbare Kontaktfeder.

Das in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellte Ankerkontaktrelais besitzt als Träger für das Magnetsystem einen Spulenkörper 1, welcher die Spulenwicklung 2 trägt und im Inneren einen Schaltraum 3 bildet. Als Ankerkontakt dient eine etwa axial verlaufende ferromagnetische Federzunge 4, welche mit ihrem freien Ende 4a Schaltbewegungen zwischen den Polschuhen 5 und 6 ausführt. Zwischen den anderen Enden der Polschuhe 5 und 6 befindet sich der Dauermagnet 7, so daß je nach der Stromrichtung in der Spule 2 die Federzunge an den einen oder an den anderen Polschuh angezogen wird. Die Polschuhe 5 und 6 dienen gleichzeitig als elektrische Gegen- «r kontakte; die elektrischen Anschlüsse sind in der schematischen Zeichnung nicht dargestellt.

Die Federzunge 4 ist mit ihrem Befestigungsende 4b allerdings nicht direkt im Gehäuse, d.h. im Spulenkörper 1, ein- -X₀ gespannt, sondern sie ist an einem Justierblech 8 befestigt, welches sich im wesentlichen parallel zur Federzunge 4 erstreckt.und aus einem ferromagnetisehen Material mit niedriger Federbiegegrenze besteht. Dieses Justierblech 8 wird seinerseits mit den Stegen 9 und 10 im Spulenkörper 1 eingebe spannt; zu diesem Zweck besitzt der Spulenkörper achsparallel verlaufende Nuten 11 und 12, welche sich an einer Seite des Schaltraums 3 beiderseits des Justierbleches 8 befinden.

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Zwischen den Befestigungsstegen 9 und 10 besitzt das Justierblech 8 einen freigeschnittenen Lappen 13, an welchem die Federzunge 4 befestigt, also beispielsweise an der Stelle 14 angeschweißt.ist. Die beiden Befestigungs stege 6 und 7 besitzen außerhalb ihres Einspannbereiches jeweils eine im Querschnitt geschwächte Sollbiegestelle 15 bzw. 16, so daß das Justierblech 8 durch ein von außen angelegtes Magnetfeld mit relativ geringer Kraft gebogen werden kann. Beim Verbiegen des Justierbleches 8 wird die Be festigungsstelle 14 der Federzunge 4 verstellt, so daß auf diese Weise das freie Ende der Federzunge je nach gewünschter Justierung mit mehr oder weniger Vorspannung am einen oder anderen der beiden Gegenpole 5 bzw. 6 anliegt bzw. eine Mittelstellung einnimmt. Justierblech 8 und Federzunge 4 sind durch die begrenzte Steifigkeit der Federzunge soweit entkoppelt, daß beim Anschlag der Feder am Polblech 5 bzw. 6 ein weiteres Auslenken des Justierbleches nicht verhindert wird.

Das Justierblech 8 wird durch ein außen angelegtes Magnetfeld verbogen, welches beispielsweise mit einer Spule 17 erzeugt wird. Bekanntlich wird auf ein langgestrecktes ferromagnetic sches Teil, dessen Längsachse mit den Feldlinien eines Magnetfeldes einen Winkel zwischen Null Grad und 90° bildet, ein

Drehmoment ausgeübt, das die Längsachse in Richtung der

Feldlinien zu drehen versucht. Dieses ferromagnetische Teil, im vorliegenden Fall also das Justierblech, wird durch das Feld in Längsrichtung aufmagnetisiert und wirkt als Dipol. Sein magnetisches Moment ist

ρ - I . V,

wobei I die Magnetisierung und V das Volumen bedeuten. Auf einen Dipol mit dem magnetischen Moment p, der den Winkelt mit den Feldlinien (Feldstärke H) einschließt,

,_ wirkt ein Drehmoment des Betrages 35

D » ρ . H . sin ώ* .

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Ist das Teil einseitig eingespannt, entspricht dieses Drehmoment einer am Ende wirkenden Kraft senkrecht zur größten Fläche des Justierbleches (mit der Länge 1)

F. = D .
^h T

Das Drehmoment ist also abhängig vom Sinus des Winkels } zwischen dem zu biegenden Justierblech und den magnetischen Feldlinien. Da jedoch bei einem Winkel <*• von 90° keine Aufmagnetisierung des Justierbleches erfolgen kann, muß der Winkel kleiner gewählt werden. In der Praxis ergibt sich ein Optimum des Drehmomentes bei einem Winkelet ,der bis zu 15° kleiner ist als 90°.

Neben der Richtwirkung im homogenen Magnetfeld kann für die magnetische Justierung auch die Kraft ausgenutzt werden, welche im inhomogenen Magnetfeld ein ferromagnetisches Teil in Richtung zunehmender Feldstärke zu bewegen sucht (Anziehungswirkung von Polschuhen). Diese zusätzlich auftretende Kraft ist näherungsweise:

F₁' = I . cosi*.. ff

Da diese Kraft in Richtung der Feldlinien wirkt, muß sie noch mit sin c*- multipliziert werden, um die Komponente senkrecht zum Justierblech zu erhalten. Die Kraft greift im Schwer- * punkt an. Bei einseitiger Einspannung erhält man die auf das Ende des Justierbleches gezogene Vergleichskraft durch Multiplikation mit 1/2:

F₁ = 2 * * 3s * ^{cos 0}^ · ^sin ^- ·

^° Die Justierung eines Relais nach Fig.1 kann vor dem Einbau des Dauermagneten erfolgen. Die Lage der Feder kann zwischen den einzelnen Magnetfeldimpulsen durch elektrische Messung ermittelt werden, z.B. über die Kapazität zwischen Mittel- und Gegenkontakten oder über die Erregung, die erforderlich ist,

" um beim vorliegenden neutralen System die Feder zum näherliegenden Polblech auszulenken. Eine weitere Meßmöglichkeit

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bietet die Ansprech- und Rückwerferregung des gepolten Systems, das durch Ankoppeln eines externen Dauerflußkreises in der Justiervorrichtung gebildet wird. Beim späteren magnetischen Abgleich des Dauermagneten - falls erforderlich - muß sichergestellt sein, daß die Justierung nicht mehr verändert wird. Dazu kann es vorteilhaft sein, das entmagnetisierende Feld senkrecht zur Vorzugsrichtung des Dauermagneten wirken zu lassen. Günstiger ist es allerdings, die Justierung am vollständig fertigen Relais vorzunehmen. In diesem Fall können als Justierkriterium die Ansprechwerte des kompletten Relais dienen. Dabeiist es möglich, durch einen kombinierten Justier- und Abgleichvorgang (letzteren für den Dauermagneten) die Ansprechwerte besonders genau einzustellen. Wünschenswert ist hierbei, daß keinerlei gegenseitige Beeinflussung der beiden Vorgänge auftritt. Wichtig ist dabei, daß einer der beiden Vorgänge durchgeführt werden kann, ohne den Endzustand des anderen zu verändern. Läßt sich z.B. der Dauermagnet ohne Beeinflussung der Justierung abgleichen - etwa dadurch, daß die Feldlinien eines entmagnetisierenden Feldes parallel zur Spulenachse verlaufen - wird zuerst die Justierung, dann der Abgleich durchgeführt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein gegenüber der Fig.1 etwas abgewandeltes Justierblech 18. Dieses kann anstelle des Justierblechs 8 in ein Relais, beispielsweise in den Spulenkörper 1, eingesetzt werden. Es trägt an der Stelle 19 die Kontaktzunge 20 und weist seitlich zwei Stege 21 und 22 auf, mit denen es im Gehäuse eingespannt werden kann. Wie das Blech 8 weist auch das Justierblech 18 eine im Querschnitt geschwächte Sollbiegestelle 23 auf.

In den Figuren 5 und 6 ist statt der Federzunge ein starrer Anker 24 verwendet, der durch eine Blattfeder 25 mit einem Magnetkern 26 verbunden ist. Dieser Kern 26 dient gleichzeitig

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als Justierblech. Zwischen dem Einspannbereich 27 des Kerns und dem Justierblech 26 ist eine Sollbiegestelle 28 vorgesehen. Somit kann auch hier eine Justierung durch magnetische Deformierung des Justierblechs 26 vorgenommen werden.

Eine weitere Anwendung der Erfindung zeigt Fig.7. Dort ist eine Kontaktfeder 31 gezeigt, welche nicht direkt in den Träger 32 eingespannt, sondern an einem ferromagnetischen Verstärkungsblech 33 befestigt ist. Dieses Verstärkungsblech kann zur Kontaktjustierung mit einem Magnetfeld deformiert werden, wobei wiederum eine Sollbiegestelle 34 von Vorteil ist.

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Claims

Patentansprüche

Elektromagnetisches Relais mit einer an einem Ende federnd befestigten Schaltzunge, welche mit ihrem freien Ende mit mindestens einem anderen Schaltelement zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (4,20,24,31) mit ihrer federnden Lagerung (4b, 25) an einem langgestreckten, um eine Einspannstelle schwenkbaren, ferromagnetischen Justierblech (8,18,26,33) befestigt ist.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierblech (8,18,33) im wesentlichen parallel zur Schaltzunge (4,20,31) angeordnet ist und in der Nähe seiner Einspannstelle (9,10; 21,22) die Schaltzunge (4,20) trägt.
3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (24) annähernd am freien Ende des Justierblechs (26) angeordnet ist.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierblech (8,18,26,33) im Bereich zwischen seiner Einspannstelle (9,10; 21,22; 27; 32) und der Befestigungsstelle (14; 19; 26) der Schaltzunge (4,20, 24,31) eine Sollbiegestelle (15,16; 23; 28; 34) aufweist.
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierblech (8,18,26,33) aus einem Material besteht, dessen Federbiegegrenze in der Größenordnung der von Weicheisen liegt.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (4,20,31) insgesamt aus Federmaterial besteht.

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ORIGINAL INSPECTED

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7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge als starrer Anker (24) ausgebildet und über eine Blattfeder (25) am Justierblech (26) befestigt ist.
8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (4,20,24) als Ankerkontakt innerhalb des Spulenkörpers (1) des Relais angeordnet ist.
9. Verfahren zur Justierung eines Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais in ein Magnetfeld (H) gebracht wird, wobei die Magnetfeldlinien gegenüber der Längsachse des Justierblechs einen Winkel zwischen O und 90° einnehmen, und daß das Justierblech durch einzelne Magnetfeldimpulse deformiert wird, wobei zwischen den einzelnen Magnetfeldimpulsen durch elektrische Messung die Lage bzw. Vorspannung der Schaltzunge (4,20,24,31) ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Justierbleches im Bereich zwischen 75° und 90° gewählt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Justierung dienende Magnetfeld derart angelegt wird, daß ein im Relais vorgesehener Dauermagnet durch die zur Justierung dienenden Magnetfeldimpulse aufmagnetisiert wird.

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