DE2750142C2

DE2750142C2 - Monostabiles elektromagnetisches Drehankerrelais

Info

Publication number: DE2750142C2
Application number: DE2750142A
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dipl.-Phys. 8081 Türkenfeld Kimpel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1985-08-08
Also published as: EP0001802B1; DK145479B; US4206431A; ATA723878A; DK145479C; DE2750142A1; JPS6034773B2; DK496678A; EP0001802A1; AT373721B; IT1100058B; JPS5475559A; IT7829394A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein monostabiles elektromagnetisches Drehankerrelais mit einem zwischen zwei freien Jochschenkeln eines Elektromagneten gelagerten Drehanker, dessen zwei, bezüglich der Drehachse symmetrisch zueinander angeordnete ferromagnetische Ankerschcnkcl jeweils mit einem der Jochschenkel einen Arbeitsluftspalt bilden, weiterhin mit einer mit dem Anker fest verbundenen Dauermagnetanordnung, welche bezüglich der Drehachse ebenfalls symmetrisch angeordnet ist und mit den Jochschenkeln jeweils einen dem Arbeitsluftspalt gegenüberliegenden Hilfsluftspalt bilden.

Fin derartiges bekanntes Drehankerrelais (DR-AS 70 61t) besitzt einen Anker aus zwei kreuzförmig übcremandergelegten Stäben, wovon der eine ein Stubmagnet und der andere ein nichtmagnetisicrter. den Magnetfluß führender Stab ist. Dieser kreuzförmige Anker ist zum Hinsatz in üblichen H-Ankcrmagnctsystc mn nicht geeignet, zumal der .Stabmagnet und der ferromagnetische Stab übereinander liegen müssen und dadurch nicht nur viel Platz benotigen, sondern auch gegeneinander versetzte Polflächen bilden. Auch die Ansprechempfindlichkeit dieses Relais ist nicht optimal, da sich der Dauermagnetfluß und der Erregerfluß in den Arbeitsluftspalten kaum überlagern.

Bei einem anderen bekannten Drehankerrelais (DE-GM 19 00 668) wird die monostabile Charakteristik ohne Dauermagneten allein durch Federkräfte erreicht. Wollte man bei einem solchen Relaissystem einen

ίο symmetrischen Kontaktfedersatz einsetzen, so kann die Rückstellung in eine Ruhelage nur durch zusätzliche, stärker vorgespannte Rückstellfedern erfolgen. Davon abgesehen ist ein derartiges neutrales Magnetsystem auch verhältnismäßig unempfindlich.

π Daneben wurde auch bereits vorgeschlagen, ein polarisiertes Drehankersystem mit einem sogenannten Η-Anker monostabil zu machen (DE-AS 24 54 967). Dort wird ein Anker mit zwei parallelen ferromagnetischen Stegen und mindestens einem zwischeniiegenden Dauermagneten verwendet. Dabei wurde vorgeschlagen, zur Herbeiführung monostabilen Schaltverhaltens die ferromagnetischen Stege um einen bestimmten Abschnitt ihrer Länge gegeneinander versetzt anzuordnen, so daß sich jeweils unterschiedlich große Polflächen von Polschuhen und Ankerstegen gegenüberliegen. Durch die Verkleinerung der Polflächen an zwei diametral gegenüberliegenden Lufspalten erreicht man zwar eine Unsymmetrie des Magnetkreises, muß jedoch dies durch einen erhöhten Erregerfluß ausglei-

chen. Außerdem läßt sich durch diese Maßnahme allein noch kein monostabiles Schaltverhalten sicherstellen, da die verbleibenden, wenn auch kleineren Polflächen ein selbsttätigss Abfallen des Ankers verhindern. Vielmehr muß auch in diesem Fall durch zusätzliche Mittel, wie

j5 einseitig angebrachte Trennbleche und Zusatzfedern, die monostabile Charakteristik gewährleistet werden.

Ein weiterhin bekanntes Relais mit einem sogenannten Η-Anker (FR-PS 13 53 958) zeigt ein rein bistabiles Schaltverhalten. Eine Anregung für die Herbeiführung eines monostabilen Schaltvtrhalteic ist dort nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem monostabilen Drehankerrelais der eingangs erwähnten Art durch konstruktive Gestaltung des Ankers die dortige monostabil Charakteristik für den Einsatz in bekannten H-Ankermagnetsystemen verwendbar zu machen und dabei gegenüber dem eingangs erwähnten Relais die Anprechempfindlichkeit zu steigern. Außerdem soll durch die Dimensionierung der flußführenden Teile des Ankers die Möglichkeit gegeben sein, die in den Arbeitsluftspalten bzw. Hilfsluftspalten wirkenden dauermagnetischen Kräfte an vorgegebene Werte, wie Ansprecherregung und Federkräfte, anzupassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst.

daß die Dauermagnetanordnung zwei Polstücke besitzt, welche jeweils für sich parallel zu einem der Ankerschenkel angeordnet und über einen Dauermagneten mit diesem gekoppelt sind, derart, daß jeweils ein Jochschenkel von einer Anordnung aus Ankerschenkel, Dauermagnet und Polstück zangenförmig umfaßt wird, wobei die beiden Dauermagnete über die Ankerschenkel gleichsinnig in Serie liegen.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Polstückc, welche jeweils einzeln mit einem eigenen zugehörigen

hj Dauermagneten an den gegenüberliegenden Ankcrschcnkel angekoppelt sind, wird sichergestellt, daß der Dauermagnetkreis nur in der einen Schaltslellung des Ankers geschlossen ist. Diese Polstückc besitzen aber

durch ihre Anordnung >,ar:illel zum jeweiligen Ankerschenkel einen zusätzlichen Nebenwiderstand zum jeweiligen Dauermagneten, der durch die konstruktive Gestaltung der Polstücke gegenüber den ferromagnetischen Ankerschenkeln mehr oder weniger groß gewählt werden kann.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Ankerschenkel über ein ferromagnetisches Mittelstück gekoppelt, welches mit den Ankerschenkeln aus einem Stück bestehen kann. Die magnetische Unsymmetrie dieses monostabilen Relais wird durch die magnetischen Widerstände zwischen dem ferromagnetischen Mittelstück und den beiden Polstücken bestimmt. Dabei wird der Gedanke der Erfindung auch dann verwirklicht, wenn zwischen den Polstücken und dem Mittelstück anstelle eines durchgehenden Luftspaltes ein ferromagnetischer Zwischensteg vorhanden ist, dessen magnetischer Widerstand eine ausreichende Unsymmetrie der dauermagnetischen Kräfte gewährleistet. Ebenso muß die Ankopplung des Mittelstückes an die beiden Ankerschenkel geeignet gewählt werden, wobei auch hier verschiedene Möglichkeiten, von einer ferromagnetischen Ankopplung bis zu durchgehenden Luftspalten, in Betracht kommen. Durch die Dimensionierung dieser magnetischen Widerstände, nämlich zum einen im Mittelstück zwischen den beiden Ankerschenkeln und zum anderen zwischen den beiden Polstücken und diesem Mittelstück, läßt sich eine optimale Anpassung des Magnetsystems beispielsweise an einen Federsatz erreichen.

Für bestimmte Anwendungsfälle ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei der lediglich ein Polstück über einen Dauermagneten angekoppelt und das andere Polstück ferromagnetisch mit dem Mittelstück bzw. dem zugehörigen Ankerschenkel verbunden ist. Auch die Jj Lagerstelle könnte aus der Mitte zwischen beiden Ankerschenkeln versetzt angeordnet werden, wobei auch die Länge der Ankerschenkel und die Luftspalte unterschiedlich ausfallen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol- -Ό gend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I den Aufbau eines Magnetsystems für ein monostabiles gepoltes Drehankerrelais,

Fig. 2 den Flußverlauf in einem Magnetsystem gemäß Fig. 1, ■>'>

F i g. 3 ein Diagramm mit dem Kraft-Weg-Verlauf bei einem Relais mit dem Magnetsystem von Fig. 1.

Die F i g. 1 zeigt das Magnetsystem für ein monostabiles Drehankerrelais. Es enthält eine Erregerspule 1, dessen Kern 2 zwei Jochschenkel 3 und 4 bildet. In der Mitte zwischen den Enden der Jochschenkel 3 und 4 ist auf einer Drehachse 5 ein Anker 6 angeordnet, welcher aus zwei symmetrisch zur Drehachse 5 angeordneten Ankerschenkeln 7 und 8 sowie einem ferromagnetischen Mittelstück 9 besteht. Dieses Mittelstück 9 ist über die Ankoppelflächen 9a und 9b in geeigneter Weise magnetisch an die Ankerschenkel 7 und 8 angeschlossen. ]e nachdem, wie die Charakteristik des Magnetkreises aussehen soll, können beispielsv/eise die A:ikerschenkel 7 und 8 mit dem Mittelstück 9 aus einem bo Eisenstück bestehen, oder in einem anderen Fall können die Ankoppelflächen 9<j und 9ö als Luftspalte ausgebildet sein. Der Ankerschenkel 7 bildet mit dem Jochsdienkel 3 einen Arbeitsluftspalt 51, der Ankcrschenkcl 8 mit dem Jovhschenkcl 4 einen entsprechen- ¹^ den Arbeitsluftspalt .'■> 2. Bei Erregung tier Spule 1 werden also beide Apkcrschenkel 7 und 8 ,in die gegenüberliegenden Jochschcnkel 3 und 4 angezogen.

Zur Ruckstellung des Ankers dienen zwei Dauermagnete 10 und 11, welche jeweils auf den Ankerschenkeln 7 bzw. 8 angeordnet sind und jeweils ein zum zugehörigen Ankerschenkel paralleles Polstück 13 bzw. 14 tragen. Diese Polstücke umfassen also zusammen mit dem parallelen Ankerschenkel etwa zangenförmig das jeweilige Ende des zugehörigen Jochschenkels 3 bzw. 4. Dabei bildet das Polstück 13 mit dem Jochschenkel 3 einen Hilfsluftspalt 53 und das Polstück 14 mit dem Jochschenkel 4 den Hilfsluftspalt 54. Die beiden Dauermagnete 10 und 11 sind so polarisiert, daß sie über das Mittelstück 9 des Ankers 6 magnetisch in Reihe liegen.

Die Fig. 2 zeigt den Flußverlauf und die Oberlagerung zwischen Erregerfluß und Dauermagnetflüssen bei einem Magnetsystem der Fig. 1. Dabei bedeutet Φ 1 den durch die Spule erzeugten Erregerfluß; er ist als durchgehende Linie gezeichnet Φ 11, als gestrichelte Linie gezeichnet, bedeutet den durch den Dauermagneten 11 erzeugten Dauerfluß, während Φ 12, punktiert gezeichnet, oen vom Dauermagneten 12 erzeugten Dauerfluß darstellt. Wie aus der Fig..; zu entnehmen ist, entsteht die Unsymmetrie des Mtgnetsystems dadurch, daß in den Hilfsluftspalten der Ruheseite, also in den Luftspalten 53 und 54, immer ein größerer Dauerfluß vorliegt als in den Arbeitsluftspalten 51 und 52 der Ai'beitsseite des Ankers. Auf der Ruheseite addieren sieh die beiden Teilflüsse Φ 11 und Φ 12 der Dauermagnete, auf der Arbeitsseite subtrahieren sie sich. Die magnetischen Widerstände R 1 zwischen dem Mittelstück 19 des Ankers und den Polstiicken 13 bzw. 14 bestimmen diese Unsymmetrie. Zusammen mit dem magnetischen Widerstand R 2 in der Symmetriezone (Bereich um die Lagerstelle) des Mittelstücks 19 und den Magnetisierungszuständen der Magnete 11 und 12 sind diese magnetischen Widerstände R 1 so zu dimensionieren, daß eine optimale Anpassung an den Federsatz entsteht. Die magnetischen Widerstände Ri und /?2 können dabei sowohl Luftspalte als auch Eisenquerschnitte geeigneter Dimension sein.

Durch Veränderung der magnetischen Widerstände R 1 und R 2 können alle Zwischenstufen zwischen einem monoatabilen Magnetsystem und einem bistabilen Magnetsystem erzeugt werden. Dieser letztere Extremfall, bei dem das Mittelstück 19 aufgetrennt und mit den Polstücken verbunden wird, entspricht dem bekannten Η-Anker eines bistabilen gepolten Systems und ist damit nicht mehr Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

F i g. 3 zeigt ein Diagramm mit dem Kraft-Weg-Verlauf bei einem Relais mit Anwendung des Magnetsystems von Fig. 1. Dabtii ist über dem Weg sdie Kraft P aufgezeichnet. Die Kurven m bezeichnen dabei den Kraftverlauf des Magnetoystems. die Kurve f den Kta^ftve'lauf eines beispielsweise gewählten Federsatzes. Dabei sind die Kräfte des Federsatzes und des Magnetsystems in Jer jeweils gleichen Richtung aufgetragen, um deren absolute Größenverhältnisse anschaulich zu machen. Bei einem realen symmetrischen Drehankersystem wirken die Federkräfte und das Magnetsystem gegeneinander, so daß die Kräftedifferenz die jeweilige Lage bestimmt,

Der Federsatz isi völlig symmetrisch aufgebaut die Kurve f geht also genau in der Mitte /wischen der Ruhestcite R und der Arbeitsseil A durch die Nullachsc. ^c-'ol;ingc durch die Spule keine f>rr;:u..H erzcjgt wird, gilt für Jie Kräfte des Magnetswenis die Kurve ni ((-) = 0). Diese Ma>inetkraftkurvc lies,'! also in

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Claims

Patentansprüche:

1. Monostabiles elektromagnetisches Drehankerrelais mit einem zwischen zwei freien Jochschenkeln eines Elektromagneten gelagerten Drehanker, dessen zwei, bezüglich der Drehachse symmetrisch zueinar.der angeordnete ferromagnetische Ankerschenkel jeweils mit einem der Jochschenkel einen Arbeitsluftspalt bilden, weiterhin mit einer mit dem Anker fest verbundenen Dauermagnetanordnung, welche bezüglich der Drehachse ebenfalls symmetrisch angeordnet ist und mit den Jochschenkeln jeweils einen dem Arbeitsluftspalt gegenüberliegenden Hilfsluftspalt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetanordnung zwei Polstücke (13, 14) besitzt, welche jeweils für sich parallel zu einem der Ankerschenkel (7, 8) angeordnet und über einen Dauermagneten (11, 12) mit diesem gekoppelt sind, derart, daß jeweils ein Jochschenkt?) (3, 4) von einer Anordnung aus Ankerschenkel (7, 8), Dauermagnet (11, 12) und Polstück (13, 14) zangenförmig umfaßt wird, wobei die beiden Dauermagnete (11, 12) über die Ankerschenkel (7,8) gleichsinnig in Serie liegen.

2. Drehankerrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beide« Ankerschenkel (7,8) über ein ferromagnetischas Mittelstück (9, 19) miteinander gekoppelt sind.

3. Drehankerrelais nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerschenkel (7, 8) mit dem Mittelsiuck (9,19) einstückig ausgebildet sind.

4. Drehankerrelais nach \nspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerschenkel (7, 8) durch Luftspalte (9a, 9b) vom Mittelst:' _-k (9) getrennt sind.

5. Drehankerrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (13, 14) über ferromagnetische Stege mit dem Mittelstück (9) gekoppelt sind.

6. Drehankerrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (13, 14) gegenüber dem Mittelstück einen konstanten Nebenluftspalt (R 1) bilden.