DE2701230B2 - Elektromagnetisches Relais und Verfahren zu dessen Justierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit in einem Gehäuse einseitig gelagerter Schaltzunge, welche mit ihrem freien Ende mit mindestens einem Gegenkontakt zusammenwirkt, wobei zwischen dem freien Ende der Schaltzunge und ihrer Einspannung im Gehäuse ein langgestreckter, starrer, ferromagnetischer Teil sowie ein federnd deformierbarer und ein bleibend deformierbarer Abschnitt geringer Biegefestigkeit vorgesehen sind; außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Justierung eines derartigen Relais.

Bei den meisten elektromagnetischen Relais ist im Fertigungsablauf eine Justierung des Arbeitsluftspaltes im magnetischen Kreis bzw. des Kontaktabstandes bei

ίο 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 darüber hinaus das Problem, daß die zu justierenden Teilt oft nur schwer für Justierwerkzeuge zugänglich sind, und daß bei herkömmlichen Relais mit abgeschlossenen Kontaktsystcmcn eine nachträgliche justierung so gut wie unmöglich ist

Bei einem bekannten Relais der eingangs erwähnten Art (US-PS 32 42 557) ist bereits vorgesehen, die

2> ferromagnetische Schaltzunge eines Reed-Kontaktes nach dem Einschmelzen in ein Gehäuse nachträglich durch ein von außen angelegtes Magnetfeld über die Biegegrenze hinaus zu deformieren. Allerdings ist dort der als ferromagnetischer Hebelarm ausgebildete Teil,

Mi auf den das äußere Magnetfeld einwirken soll, starr mit dem kontaktgebenden Ende der Schaltzunge verbunden. Die Federung der Schaltzunge und die bleibende Deformation bei der Justierung erfolgen beide in demselben Einspannabschnitt zwischen dem starren

j-> Hebelarm und der Gehäuseeinspannung. Das bedeutet, daß eine Vorspannung der Schaltzunge gegenüber dem Gegenkontakt durch die magnetische Justierung nur zu erreichen ist, wenn der Gegenkontakt selber stärker federt als die Schaltzunge. Auße^rdem erfordert das

■to Verbiegen einer am Gegenkontakt anliegenden Federzunge sehr hohe Magnetkräfte, se daß die gewünschte justierung nur durch ein sehr starkes Magnetfeld mit nahe an der Schaltzunge angeordneten Magnetpolen erzielt werden kann. Die Kontaktkraft kann dort auch

η nicht unabhängig vom Kontaktabstand eingestellt werden, und eine Vorspannung gegenüber starren Gegenkontakten ist mit diesem bekannten Verfahren überhaupt nicht zu erreichen.

Bei einem weiteren bekannten Relais (DE-AS

.ο 19 09 940) durchdringt eine Kontaktzunge mit zwei Nasen ein als Abdeckung dienendes Joch, und diese Nasen sind mit am Joch ausgeformten jusiierlappen verbunden. Durch Biegen der Justierlappen an der Außenseite des Gehäuses wird dabei die innerhalb des

γ, Gehäuses liegende Kontaktzunge justiert. Eine solche mechanisch durch die Gehäusewand wirkende Biegejustierung ist jedoch schwer zu dosieren und zu kontrollieren; sie führt leicht zu einer unerwünschten Belastung oder sogar Beschädigung der Einspannung

Wi der Kontaktzunge. Zumindest aber muß die Einspannstelle nachträglich zusätzlich abgedichtet werden. Somit kann in diesem Fall von einer echten Justiermöglichkeit am fertig montierten und endgültig abgedichteten Relais nicht die Rede sein.

h-, Bei einem bekannten Schulzgaskontakt (Zeitschrift »Informationen Fernsprech-Vermittlungstechnik«, 5 [1969], Heft 4. Seiten 181 bis 185) ist zwar der Ankerkontakt innerhalb des völlig abgedichteten

Schutzgasgehäuses durch dessen Deformierung innerhalb enger Grenzen einstellbar. Diese Art der Justierung ist aber paktisch auf Metallgehäuse beschränkt und auch nur bei einem am Metallgehäuse anliegenden Kontaktelement möglich; eine zu starke Deformierung des Metallgehäuses kann nicht mehr rückgängig gemacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Relais der eingangs erwähnten Art so zu konstruieren, daß die zu justierende Schaltzunge mit einem außerhalb in des Gehäuses angelegten Magnetfeld in beiden Schaitrichtungen justiert werden kann; diese Justierung soll unabhängig von der Gestaltung der mit der Schaltzunge zusammenwirkenden Schaltelemente und auf beliebige Werte im üblichen Bereich möglich sein. Insbesondere soll diese Justierung in einem hermetisch abgeschlossenen und fertig montierten Relais ohne mechanische Beeinträchtigung des Gehäuses selbst möglich sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem >u Relais der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der federnde Abschnitt zwischen dem freie:. Ende der Schaltzunge und dem als Justierblech ausgebildeten ferromagnetischen Teil und der Abschnitt geringer Biegefestigkeit als Sollbiege^telle am Justierblech y, zwischen dem federnden Abschnitt und der Einspannstelle des Justierblocks im Gehäuse angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird also die Biegestelle von der Federlagerung der Schaltzunge gelrennt. Auf diese Weise ist es möglich, mit relativ )» geringen Magnetkräften eines äußerlichen Magnetfeldes das langgestreckte Justierblech zu biegen, auch wenn dabei das freie Ende der Schaltzungc an einem starren Gegenkontakt anliegt. Die mechanische Befestigung der Schaltzungenanordnung am Gehäuse wird r> dadurch in keiner Weise beeinträchtigt. Relais mit hermetisch eingeschlossenen Ankern oder Kontaktzungen können also fertig montiert und abgedichtet und dann noch justiert werden, wobei auch die Spulenwicklung bereit: aufgebracht sein kann. Die Schaltzunge selbst kann als Federzunge ausgebildet oder federnd gelagert sein; sie selbst wird beim Justiervorgang nicht deformiert, sondern das als ihr Träger ausgebildete Justierblech, welches beim Verbiegen die Lagerstelle der Schaltzunge verändert. Das freie Ende der Schaltzunje kann auf diese Wtise auch beliebig gegenüber einem Gegenpolstück oder einem Gegenkontakt vorgespannt werden, da nur sie selbst und nicht das zu deiormierende lustierblech am Gegenanschlag anliegt. -,,,

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Justierblerh im wesentlichen parallel zur Schaltzunge angeordnet, wobei diese am Justicrblech in der Nähe von dessen Einspannstelle befestigt ist. In einer anderen vorteilhaften Ausiührungsform kann die Schaltzunge -,-, auch mit dem Juslierblech fluchtend an dessen freiem finde federnd gelagert sein. Als Material für das lustierblech wird vorzugsweise Weicheisen oder ein ahnliches Material mit einer im gleichen Bereich liegenden geringen Biegefestigkeit verwendet. Die wi 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 Ankerkontaktziinge sei; oder in oinem anderen Fall ein mittels einer Lagerfcdtr befestigter starrer Anker. Die Schaltzunge kann als Ankerkontakt innerhalb der Spule des Relais angeordner sein, wobei beispielsweise der Spulenkörper einen hermetisch abgeschlossenen Schaltraum bildet Die Justierung kann in all diesen Fällen noch am vollständig montierten, abgeschlossenen und möglicherweise noch vergossenen Relais durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen

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

F i g. 3 und 4 eine magnetisch justierbare Federzunge in einer gegenüber F i g. 1 abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 5 und 6 einen magnetisch justierbaren starren Anker.

Das in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestellte Ankerkontaktrelais besitzt als Träger für das Magnetsystem einen Spulenkörper 1, welcher die Spulenwicklung 2 trägt und im Inneren einen Schal'raum 3 bildet. Als Ankerkontakt dient eine etwa axis! 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 4 an den einen oder an den anderen Polschuh angezogen wird. Die Polschuhe 5 und 6 dienen gleichzeitig als elektrische Gegenkoniakte; 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, eingespannt, sondern sie ist an einem Justierblech 8 befestigt, welches sich im wesentlichen parallel zur Federzunge 4 erstreckt und aus einem ferromagnetischen Material mit niedriger Biegefestigkeit besteht. Zwischen dem freien Ende 4a der Feder?unge 4 und dem Befestigungsende 4b befindet sich der federnde Abschnitt 4c. Das Justierblech 8 wird seinerseits mit den Stehen 9 und 10 im Spulenkörper I eingespannt; zu diesem Zweck besitzt der Spulenkörper achsparallel verlaufende Nuten 11 und 12, welche sich an einer Seite des Schaltraumes 3 beiderseits des Justieioleches 8 befinden.

Zwischen den Befestigungsstegen 9 und 10 besitzt Jas Justierblech 8 einen freigeschnittenen Lappen 13, an welchem die Federzunge 4 befestigt, also beispielsweise an der Stelle 14 angeschweißt ist. Die beiden Befestigungsstege 9 und 10 besitzen außerhalb ihres Einspannbereiches jeweils eine im Querschnitt geschwächte Sollbiegestelle 15 bzw. 16, so daß das lustierblech 8 durch ein von außen angelegtes Pwagneifeld mit relativ geringer Kraft gebogen werden kann. Beim Verbingen des (ustierbleches 8 wird die Befestigungsstelle 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 3 und Federzunge 4 sind durch die begrenzte Steifigkeit der Federzunge so weit entkoppelt, daß beim Anschlag der Feder am Polblech 5 bzw. 6 ein weiteres Auslenken des Juslierbleches 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

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langgestrecktes ferromagnetisches Teil, dessen Längs achse 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

P=I-V.

wobei / die Magnetisierung und V das Volumen bedeuten. Auf einen Dipol mit dem magnetischen Moment p. der den Winkel λ mit den Feldlinien (Feldstärke H) einschließt, wirkt ein Drehmoment des Betrages

D = ρ ■ ti ■ sin \.

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

F, =

Das Drehmoment ist also abhängig vom Sinus des Winkels zwischen dem zu biegenden Justierblech und den magnetischen I eldlinien. Da jedoch bei einem Winkel t von 90 keine Aufmagnetisierung des Justierbleches erfolgen kann, muß der Winkel kleiner gewählt werden. In der Praxis ergibt sich ein Optimum des Drehmoments bei einem Winkel \. der bis zu 15" kleiner ist als9O\

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 (An/iehungswirkung von Polschuhen). Diese zusätzlich auftretende Kraft ist näherungsweise

V=] cos

dtf
ds

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

= 5'

d/i

• cos ■» · sin

Die Justierung eines Relais nach Fig. 1 kann vordem 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 Gegenkontak ten oder über die Erregung, die erforderlich ist, um beim vorliegenden neutralen System die Feder zum näherliegenden Polblech auszulenken. Eine weitere Meßmöglichkeit bietet die Ansprech- und Rückwerferregung des gepolten Systems, das durch Ankoppeln eines externen Dauerfliißkreises 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 voiistänciig fertigen Relais vorzunehmen. In diesem Fall können als Justierkriterium die Ansprechwerte des kompletten Relais dienen. Dabei ist 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 Vann. 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 Spulenachso verlaufen —, wird zuerst die Justierung, dann der Abgleich durchgeführt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein gegenüber der Fig. 1 etwas abgewandeltes Justierblech 18. Dieses kann anstelle des Justierbleches 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 Fig. 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 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 Justierbleches 26 vorgenommen werden.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht au. die dargestellten Beispiele beschränkt. So könnte anstelle der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten ferromagnetischen Ankerkontaktzunge 4 auch eine in einem Gehäuse angeordnete und nur als Kontaktfeder wirkende Zunge verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Relais mit in einem Gehäuse einseitig gelagerter Schaltzunge, weiche mit ihrem freien Ende mit mindestens einem Gegenkontakt zusammenwirkt, wobei zwischen dem freien Ende der Schaltzunge und ihrer Einspannung im Gehäuse ein langgestreckter, starrer, ferromagnetjscher Teil sowie ein federnd deformierbarer und ein bleibend deformierbarer Abschnitt geringer Biegefestigkeit vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Abschnitt (4c; 25) zwischen dem freien Ende der Schaltzunge (4; 20; 24) und dem als Justierblech (8; 18; 26) ausgebildeten ferromagnetischen Teil und der Abschnitt geringer Biegefestigkeit als Sollbiegestelle (15, 16; 23; 28) am Justierblech (8; 18; 26) zwischen dem federnden Abschnitt und der Einspannstek'fc (9, 10; 21, 22; 27) des Justierbleches (8; JS; 25) im Gehäuse angeordnet sind.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierblech (8, 18) im wesentlichen parallel zur Schaltzunge (4,20) angeordnet ist und in der Nähe seiner Einspannsteile (9, 10; 21, 22) die Schaltzunge (4,20) trägt

3. Relais nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (24) annähernd am freien Ende des Justierbleches (26) angeordnet ist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Justierblech (8, 18, 26) aus einem Material besteht, dessen Biegefestigkeit in der Größenordnung der von Weicheisen liegt.

5. Relais nacii einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß di. Schaltzunge (4,20) insgesamt aus Federmaterial besteht.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge als starrer Anker (24) ausgebildet und über eine Blattfeder (25) am Justierblech (26) befestigt ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (4, 20, 24) als Ankerkontakt innerhalb des .Spulenkörpers (l)des Relais angeordnet ist.

8. Verfahren zur justierung eines Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais in ein Magnetfeld (H) gebracht wird, dessen Feldlinien gegenüber der Längsachse des ]ustierbleches einen Winkel zwischen etwa 75 und 85° einnehmen, und daß das Justierblcch durch einzelne Magnetfeldimpulse deformiert wird, wobei zwischen den einzelnen Magnetfeldimpulsen durch elektrische Messung die Lage bzw. Vorspannung der Schaltzunge (4,20,24) ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8. 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.