DE2910224A1

DE2910224A1 - Monostabiles kleinrelais

Info

Publication number: DE2910224A1
Application number: DE19792910224
Authority: DE
Inventors: Alfred Zielke
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1979-03-13
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1980-10-09

Description

"Monostabiles Kleinrelais"
12 Ansprüche 11 Seiten Beschreibung Beschreibung Die Erfindung betrifft ein monostabiles Kleinrelais mit beweglichem Anker, vorzugsweise gemäß Patent .....
(Patentanmeldung P 28 52 951.3).
Bei bekannten monostabilen Kleinrelais kann der Anker beispielsweise als Klappanker ausgeführt sein, der im Falle der Erregung Kontakte gegen die Wirkung einer Federkraft antreibt und, solange die Erregung fortbesteht, in einer Endlage festhält.
Bistabile polarisierte Relais sind dagegen mechanisch oder magnetisch symmetriert und die Richtung des Erregerflusses wird für jede neuerliche Betätigung umgepolt. Bistabile polarisierte Relais weisen den Vorteil einer geringen Leistungsaufnahme auf.
Es ist bereits versucht worden, die positiven Eigenschaften polarisierter Relais auch hinsichtlich ihrer durch die in beiden Ankerendlagen wirksamen magnetischen Haltekräfte gewährleisteten Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen auf monostabile Relais zu übertragen. Die für die monostabile Ausführung erforderliche Unsymmetrie wurde dabei dadurch erzielt, daß die Kontaktfedern einseitig stärker ausgebildet, der Trennluftspalt zwischen Anker und Joch Beschreibung vergrößert oder die Mittel zur Flußführung im Joch bzw.
Anker geschwächt wurden. Alle diese Maßnahmen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Eigenschaften der so hergestellten Relais sich sehr stark in Abhängigkeit von Abmessungsänderungen infolge von herstellungsbedingten Toleranzen oder Verschleiß im Laufe des Betriebs verändern. Verändert sich beispielsweise die Abmessung des aus einem unmagnetischen Werkstoffs bestehenden 1'Luftspalts", so vergrößert sich die Haltekraft des Ankers zwangsläufig und nach Ende des das Relais erregenden Impulses fällt der Anker nicht wieder ab. Die im Verlaufe der Betriebszeit auftretende Ermüdung der Kontaktfedern auf der Arbeitsseite wirken in die selbe Richtung, so daß das monostabile Relais wieder die Eigenschaften eines bistabilen annimmt. Da für die theoretische Lebensdauer eines Relais sehr enge Toleranzen einzuhalten sind, wird dieser für die Beurteilung der Güte eines Relais bedeutsame Wert bereits unzulässig verkleinert, wenn auch nur eine sehr geringe Anzahl von Relais tatsächlich versagt.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein monostabiles Relais anzugeben, das unter Ausnutzung der vorteilhaften Eigenschaften bistabiler Relais die vorgenannten Nachteile nicht aufweist. Dabei soll die Möglichkeit einer möglichst raumsparenden Konstruktion und die Anwendung der im Hauptpatent angegebenen Prinzipien möglich sein.
Besonders vorteilhaft ist bei dem angegebenen monostabilen Relais, daß es sich kostengünstig in endloser Folge fertigen läßt, wenn durch geeignete Maßnahmen aufeinanderfolgende Relais für den Fertigungsablauf noch über ihre Kontaktdrähte zusammenhängen.
Beschrelbung Wegen der im wesentlichen übereinstimmenden Konstruktion lassen sich - bei entsprechend gewählten Abmessungen -ohne größere Umstellungen mono- und bistabile Relais abwechselnd fertigen.
Ferner läßt sich eine besonders gute Dichtwirkung dadurch erzielen, daß die zur Flußführung dienenden Eisenteile (Joche) gleichzeitig Teile des Relaisgehäuses bilden, so daß unter Hinzufügung eines das restliche Gehäuse bildenden Rahmens eine hermetische Kapselung gegen Umwelteinflüsse erreichbar ist, was auch als Sicherung gegen Lötdämpfe wichtig ist.
Bei der angegebenen Konstruktion wird der Anker von den auftretenden äußeren magnetischen Flüssen im wesentlichen schalenförmig umgeben, so daß die zur Flußführung dienenden Elemente, das heißt die Joche und die gegebenenfalls außerdem den Weicheisenweg bildenden Teile, in ihrer räumlichen Anordnung weitgehend mit derjenigen des Relaisgehäuses zusammenfallen. Das betrifft auch einen parallel zu dem Permanentmagneten verlaufenden, einen Luftspalt aufweisenden magnetischen Nebenschluß, der vorteilhafterweise zur Stabilisierung des Arbeitspunktes und zur Vermeidung einer Entmagnetisierung des Permanentmagneten vorgesehen werden kann.
Die notwendige magnetische Isolierung der zur Flußführung dienenden Eisenwege kann entweder dadurch bewirkt werden, daß die Joche oder Polbleche an den entsprechenden Stellen unterbrochen sind, oder aber dadurch, daß in diesen Bereichen die Bleche Bereiche aus magnetisch nichtleitenden, d.h. magnetisch neutralen, Materialien enthalten. Diese Bereiche, die bei rechteckiger Bauform des Relais im we- Beschreibung sentlichen diagonal verlaufen, werden in-bevorzugter Weise dadurch erzeugt, daß die Polbleche aus entsprechenden Verbundwerkstoffen gefertigt sind. Die magnetisch nichtleitenden Bereiche bilden bei der Fertigung der Bleche durchlaufende Streifen, aus denen die Polbleche so ausgestanzt werden, daß die Streifen später die beim fertigen Relais notwendige Richtung aufweisen.
Bei Verwendung derartiger Bleche aus Verbundwerkstoffen läßt sich eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Relais in der Weise realisieren, daß die zur Fluß führung notwendigen Blechteile, eingeschlossen ein Nebenschluß für den Permanentmagneten, einstückig hergestellt werden, wobei die Blechteile gleichzeitig einen Teil der hermetischen Kapselung des Relais bilden.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kleinrelais ist - einschließlich einer Variante - in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des zugrundeliegenden Bauprinzips in perspektivischer Wiedergabe, Fig. 2 eine perspektivische Gesamtdarstællung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kleinrelais, wobei das obere Polblech zum Teil aufgebrochen ist, Fig. 3 eine Teildarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Varianten des Ausführungsbeispiels in perspektivischer Wiedergabe.
Beschreibung In Fig. 1 sind die wesentlichen Elemente des Antriebssystems des erfindungsgemäßen Kleinrelais perspektivisch und schematisch dargestellt. Zum Antrieb der - in der Zeichnung nicht dargestellten - Kontakte dient ein Anker 1, der um eine durch sein Zentrum verlaufende Achse drehbar gelagert ist. In seiner Ruhestellung liegt der Anker 1 mit seinen abgeschrägten Enden an einander diagonal gegenüberliegenden Flächen der zu einem Permanentmagneten 2 gehörenden Polbleche 3 und 4 an, die ein erstes Joch bilden. Um ein Kleben des Ankers zu verhindern, weist das Eisenmaterial des Ankers 1 dabei zu den Blechen einen geringfügigen Abstand auf. Dieser Abstand kann durch - nicht dargestellte - Zwischenlagen aus unmagnetischem Werkstoff aufrechterhalten werden.
Wird eine den Anker 1 umgebende Erregerspule 5 von einem Strom derart durchflossen, daß der von dem Magneten 2 hervorgerufene Fluß im Anker geschwächt und in seiner Richtung umgekehrt wird, so bilden sich am Anker 1 in Bezug auf den Magneten 2 gleichnamige Magnetpole aus, so daß die Ankerenden von den Enden der Polbleche 3 und 4 abgestoßen werden.
Der entgegengesetzt gerichtete Fluß wird über einen zusätzlichen, ein zweites Joch bildenden, Eisenkreis geschlossen, der aus zwei weiteren Polblechen 6 und 7 sowie aus einem Weicheisenklotz 8 besteht. Durch die beschriebenen magnetischen Wirkungen wird der Anker 1 um seine als strichpunktierte Linie 9 dargestellte horizontale Drehachse so weit gedreht, daß die jeweilige andere der einander gegenüberliegenden Anschlag flächen an den abgeschrägten Enden des Ankers ! an die entsprechend ausgebildeten Endflächen der Polbleche 6 und 7 bis zum Anschlag Beschreibung angenähert wird. Der Anker 1 behält diese Arbeitsstellung solange bei, wie die Spule 5 von Strom durchflossen ist.
Wird der Strom abgeschaltet, so werden die Ankerenden wieder von den Enden der Polbleche 3 und 4 angezogen und der Anker klappt in seine Ruhestellung zurück. Diese Rückbewegung kann gegebenenfalls durch eine Feder oder die Federwirkung der zu betätigenden - nicht dargestellten-Kontakte unterstützt werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kleinrelais nimmt ein Rahmenteil 11 die verschiedenen Einzelteile auf und dient gleichzeitig als Teil des Gehäuses. Das Relais ist quaderförmig und in Flachbauweise aufgebaut. Anschlußdrähte 12 sind senkrecht nach unten abgewinkelt, so daß das Relais in gedruckte Schaltungen eingefügt, d.h. als Kartenrelais verwendet werden kann.
Das weitere Gehäuse wird durch ein Bodenteil 13 und ein Deckelteil 14 gebildet, wobei vom Deckelteil ein großer Teil in der Zeichnung fortgelassen wurde, um einen Einblick in das Innere zu ermöglichen. Beide Teile sind zur Ersparnis von Werkzeugkosten formgleich ausgebildet.
Boden- und Deckelteil 13 bzw. 14 bestehen aus Weicheisen und dienen zur Führung des magnetischen Flusses zu einem Anker 15, der sich in Längsrichtung durch die Öffnung einer als Hohlspule ausgebildeten Erregerspule t6 hindurch erstreckt, in der er innerhalb eines Winkelbereichs um seine Querachse pendeln kann. Der Anker 15 trägt an seinen Enden jeweils eine Kappe 17 und 18, die aus Kunststoff besteht und durch Umspritzen des Ankers im Bereich seiner Beschreibung Enden erzeugt wurde. Zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen Anker und Kappen sind im Eisenkörper des Ankers in der Zeichnung nicht sichtbare Aussparungen vorgesehen, die beim Umspritzen vom Kunststoffmaterial der Kappen ausgefüllt werden und diese bei den stoßartigen Beanspruchungen im Betrieb gegen Verschieben sichern. Die Kontakte des Relais werden durch eine Anzahl innerhalb des Rahmenteils 11 verspannter Kontaktdrähte gebildet, die außerhalb des Rahmenteils 11 direkt als elektrische Anschlüsse 12 für das Relais zur Verfügung zu stehen.
Ein quer zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Rahmenteils 11 gehaltener Kontaktdraht 19 dient als Loskontakt für einen Umschaltkontaktsatz, dessen beide Festkontakte durch die zwischen jeweils zwei aneinandergrenzenden Seitenwänden des Rahmenteils 11 diagonal verspannte Kontaktdrähte 20 und 21 gebildet werden. (An Stelle der verspannten Drähte können bei dem erfindungsgemäßen Relais auch konventionelle Kontaktsätze verwendet werden.) Am gegenüberliegenden Ende des Ankers 15 im Bereich der Kappe 18 ist eine entsprechende Kontaktanordnung vorgesehen, wobei ein Kontaktdraht 22 den Loskontakt und weitere Kontaktdrähte, von denen in der Zeichnung nur der Kontaktdraht 23 sichtbar ist, die Festkontakte bilden. An den Enden der Kappen 17 und 18 sind jeweils maulförmige Aussparungen (eine maulförmige Aussparung 25 ist in der Zeichnung vorne sichtbar) vorgesehen, durch die der jeweils den Festkontakt bildende Kontaktdraht so hindurchgeführt ist, daß der Anker - ohne zusätzliche Lagerung -beweglich gehalten ist und er eine Drehbewegung um seine Querachse ausführen kann. Diese Bewegung wird mittels der an den Kappen 17 und 18 vorgesehenen Anschlagflächen 26 Beschreibung bis 29 durch das Boden- und das Deckelteil 13 bzw. 14 begrenzt.
Die Anschlagflächen 26 bis 29 sind derart abgeschrägt, daß sie in den Endlagen. des Ankers 15 jeweils paarweise (26 und 28 bzw. 27 und 29) parallel am Boden- bzw. Deckelteil 13 bzw. 14 anliegen. Bei dem erfindungsgemäßen monostabilen Relais wird in jeder Endlage des Ankers jeweils eines der Kontaktpaare geschlossen gehalten, während das andere Kontaktpaar geöffnet ist. In seiner monostabilen Endlage festgehalten wird der Anker durch den von einem stabförmigen Permanentmagneten 30, der in vertikaler Richtung magnetisiert ist, im Ruhezustand des Relais aufgebrachten Magnetfluß. Der Fluß verläuft dabei von dem Permanentmagneten durch eines der Polbleche (Boden- bzw. Deckelteil 13, 14) zum an diesem anliegenden Ende des Ankers, durch den Anker 15 hindurch zu seinem anderen Ende und durch das andere Polblech zu den Permanentmagneten 30 zutück.
Zum Auslösen des Schaltvorgangs wird ein Strom der Spule 16 mit solcher Polarität zugeführt, daß der sich hieraufhin ausbildende Magnetfluß den Ruhefluß, der sich in der monostabilen Ankerposition eingestellt hat, schwächt und zu einer Flußumkehr im Anker 15 führt. Infolge der daraus resultierenden Anziehungs--und AbstoBungsvorgänge kippt der Anker in seine andere Endlage, die er beibehält, solange der Stromfluß anhält. In dieser Endlage wird der Anker 15 durch den sich in den Polblechen (Boden- bzw.
Deckelteil 13, 14) und einem unmagnetischen Weicheisenklotz 31 ausbildenden Fluß festgehalten. Um eine magnetische Potentialtrennung zu erreichen, die. der Diagonalteilung der Polbleche gemäß Fig. 1 entspricht, enthalten das Boden- und das Deckelteil 13 bzw. 14 magnetisch nicht- Beschreibung leitende Bereiche, wie es weiter unten anhand von Fig. 3 näher erläutert werden wird.
Die Stromzuführung für die Spule 16 erfolgt über die inneren beiden der Anschlüsse 12 (bzw. die entsprechenden nicht sichtbaren Anschlüsse an der gegenüberliegenden Seite des Rahmenteils 11), wobei die Verbindung zwischen den Anschlüssen und der Spule in der Zeichnung ebenfalls nicht sichtbar ist. In der dargestellten Position befindet sich die Kappe 17 in ihrer unteren dem Bodenteil 13 nahen Endlage, während die Kappe 18 am anderen Ende des Ankers 15 am Deckelteil 14 anliegt. Die Anschlagflächen 26 und 28 halten dabei den Eisenkörper des Ankers 15 in den jeweiligen Endpositionen in einem solchen Abstand von den Polflächen, daß ein "Kleben" des Ankers in seiner monostabilen Endlage verhindert und damit ein sicheres Schalten des Relais gewährleistet ist.
In Fig. 3 ist das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel in Draufsicht wiedergegeben. Dabei ist der Verlauf des in die Deckfläche 14 eingebetteten streifenförmigen Bereichs 32 aus magnetisch nichtleitendem, also magnetisch neutralem Material, in seinem diagonalen Verlauf erkennbar. Der diagonale Verlauf eines weiteren magnetisch nichtleitenden Bereiches 33 in der Bodenplatte ist gestrichelt dargestellt. Der Verlauf dieser Bereiche in diagonaler Richtung entspricht der Richtung der Trennung der Polbleche 3 und 6 bzw. 4 und 7, in Fig. 1, wobei dort die notwendige Isolierung zwischen den magnetisch leitenden Bereichen durch die zwischen den jeweiligen Blechen vorhandene Luft bewirkt wird. Entsprechend kann dieser Raum auch durch ein anderes magnetisch neutrales Material, wie beispielsweise Kunststoff ausgefüllt sein, wobei dieser Beschreibung Kunststoff vorzugsweise Teil des Relais-Gehäuses ist, mit dem die Eisenteile umspritzt sind.
In Fig. 4 ist eine Variante der Gestaltung der Polbleche und des Permanentmagneten wiedergegeben, wobei die Polbleche einstückig ausgeführt sind.
Die grundsätzliche Anordnung der Variante gemäß Fig. 4 entspricht wiederum der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1, wobei die Polbleche geschlossene Boden- und Deckflächen, wie bei der Ausführungsform in Fign. 2 und 3 bilden. Darüberhinaus sind auch die Weicheisenblöcke 8 bzw.
3t (Fig. 1 bzw. 2) in einziges U-förmiges Mantelteil 34 aus Weicheisen integriert. In dieses Mantelteil ist der Permanentmagnet 35 eingefügt, wobei das Mantelteil einen parallel zu diesem Permanentmagneten gerichteten Luftspalt 36 aufweist, d.h. die Endkanten des das Mantelteil 34 bildenden U-förmigen Bandes werden hier bis auf einen geringen Abstand einander angenähert, so daß ein magnetischer Nebenschluß zu dem Permanentmagneten 35 gebildet wird, der einerseits dessen Arbeitspunkt stabilisiert und andererseits seine Entmagnetisierung verhindert. Die sich infolge der durch die Erregerspule bewirkten Flußumkehr im Anker auch in dem'Permanentmagneten 35 aufbauende magnetische Feldstärke kann nämlich dessen dauernde Magnetisierung derart beeinträchtigen, daß eine bleibende Verschiebung des magnetischen Arbeitspunktes die Folge ist.
Ein magnetischer Nebenschluß mit Luftspalt läßt sich auf ähnliche Weise auch bei anderen Bauformen des erfindungsgemäßen Relais vorteilhaft durch Abwinkeln von Laschen, Ansätzen und dgl. erzielen, die gleichzeitig zum Zusammenhalten von Gehäuseteilen dienen können.
Beschreibung In das Mantelteil 34 sind - wie erwähnt - ebenfalls diagonal verlaufende Bereiche 37 und 38 eingefügt, welche eine magnetische Trennung der die Polbleche des Magneten 35 bildenden Bereiche bewirken. Diese Einbettung kann dabei in der Weise erfolgen, daß ein Verbundwerkstoff verwendet wird, bei dem in ein Weicheisenblech Streifen aus einem magnetisch neutralen Metall eingeschlossen sind. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Mantelteil verlaufen die Streifen 37 und 38 bei abgewickeltem Blech parallel, so daß in einfacher Weise aus einem Blech mit in gerader Richtung verlaufenden Streifen die Rohlinge für die Mantelteile in endloser Folge gestanzt werden können. Durch die vorteilhafte geschlossene Bauform, die nur noch durch Endstücke und ein Ausfüllen des Luftspaltes 36 zu einem geschlossenen Gehäuses ergänzt werden braucht, ist es möglich, bei einem minimalen Aufwand von Einzelteilen hermetisch dicht gekapselte Relais zu erzeugen.

Claims

Ansprüche 1. Monostabiles Kleinrelais mit beweglichem Anker, vorzugsweise gemäß Patent ...(Patentanmeldung P 28 52 951.3), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein von einer Erregerspule (5, 15) umgebener stabförmiger Anker (1, 15) um eine Mittelachse (9) zwischen zwei Jochen (2, 3, 4 bzw. 6, 7, 8) derart schwenkbar gelagert ist, daß in seinen beiden Endlagen jedes der Enden an einen Bereich eines anderen Joches angenähert ist, und daß eines der Joche (6, 7, 8) aus je einem jeweils einen der Bereiche bildenden Polschuhe (6, 7) sowie einem zwischen den Polschuhen angeordneten Permanentmagneten (8, 30, 35) und das andere Joch (2, 3, 4) insgesamt aus Weicheisen besteht, so daß in einer der beiden Endlagen der Kreis des magnetischen Flusses durch den Anker (1, 15) über den Permanentmagneten (8; 30, 35) und in der anderen Endlage über den ausschließlich aus Weicheisen bestehenden Weg geschlossen ist.
2. Kleinrelais nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Joche derart angeordnet sind, daß die Flußführung am Anker (1, 15) vorbei im wewesentlichen senkrecht zu seiner Längsrichtung und senkrecht zur Richtung seiner Drehachse (9) erfolgt.
Ansprüche 3. Kleinrelais nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in mindestens einer der Endlagen des Ankers (1, 15) seine Enden durch Anschläge in ihrer Bewegung derart begrenzt werden, daß ein mit unmagnetischem Material ausgefüllter Abstand zwischen dem die Ankerenden und das Joch bildenden Eisenmaterial verbleibt.
4. Kleinrelais nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Joche mindestens Teile von Boden- bzw. Deckfläche (13 bzw.

14) des das Relais umgebenden Gehäuses bilden.
5. Kleinrelais nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine der Boden- bzw. Deckfläche (13 bzw. 14) des Relais durch Teile beider Joche gebildet wird, die durch einen Bereich (32, 33) aus einem magnetisch nichtleitenden Werkstoff voneinander getrennt sind.
6. Kleinrelais nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Boden- bzw. Deckfläche (13 bzw. 14) aus einem aus Verbundwerkstoff bestehenden Blech geformt ist.
7. Kleinrelais nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Boden-bzw. Deckfläche (t3 bzw. 14) durch den Bereich (32, 33) aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff diagonal geteilt ist.
Ansprüche 8. Kleinrelais nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es sich bei dem magnetisch nichtleitenden Werkstoff um ein magnetisch neutrales Metall wie Aluminium, Kupfer oder eine ihrer Legierungen handelt.
9. Kleinrelais nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e- t, daß es sich bei dem magnetisch nichtleitenden Werkstoff um Kunststoff handelt.
10. Kleinrelais nach einem der Ansprüche 5 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das ausschließlich aus Weicheisen bestehende Joch und die übrigen aus Weicheisen bestehenden flußführenden Teile des anderen Jochs einstückig (Mantelteil 3-4) geformt sind.
11. Kleinrelais nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die freien Enden des U-förmigen einstückigen Jochs (34) einen mit einem Luftspalt (36) versehenen Nebenschluß für den Permanentmagneten (35) bilden.
12. Kleinrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Joche aus gleichartig geformten Teilen bestehen, wobei in dem ausschließlich aus Weicheisen bestehende Joch (2, 3, 4) bei gleicher Dimensionierung wie das den Permanentmagneten (2) enthaltende Joch (6, 7, 8) anstelle des Permanentmag- Ansprüche neten (2) ein Weicheisenklotz (8) eingefügt ist.