DE3037859C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit einem die Erregerwicklung tragenden Joch, einem gegenüber den Polflächen des Joches beweglich angeordneten Anker, der gegebenenfalls selbst als Hebel ausgebildet ist oder auf einen solchen einwirkt, welcher Hebel einen Last- oder einen Kraftarm aufweist und der an einem ortsfesten Stützkörper abgestützt ist und zur Veränderung des Verhältnisses des Lastarmes zum Kraftarm eine gekrümmte Berührungsfläche bei dem Stützkörper und dem Hebel bzw. Anker vorgesehen ist und an dem freien Ende des Kraftarmes unter der Krafteinwirkung der einen Polfläche des Joches und das freie Ende des Lastarmes mit einer beweglichen Kontaktfeder eines Kontaktfedersystems in kraftschlüssiger Verbindung steht.

Ein solches Relais wurde z. B. durch die DE-AS 15 64 338 bekannt. Bei diesem bekannten Relais liegt der Anker an einer Polfläche des Joches auf, wobei die an dieser anliegende Fläche des Ankers konvex gekrümmt ist. Dabei ist auch vorgesehen, daß die Polfläche des Joches konkav gekrümmt ist, jedoch einen größeren Krümmungsradius als der Anker aufweist.

Der Nachteil dieser Lösung liegt in dem doch erheblichen Herstellungsaufwand, wobei zu berücksichtigen ist, daß sowohl bei der Polfläche wie auch bei dem Anker magnetisierbare Materialien entsprechend verformt werden müssen und sich bei der gegenseitigen Bewegung dieser Teile ein entsprechender Verschleiß gegeben ist, wobei zu berücksichtigen ist, daß diese Teile nicht aus Materialien hergestellt werden können, die einer im Hinblick auf einen geringen Verschleiß ausgerichteten Werkstoffpaarung entsprechen, sondern die Materialien nach deren magnetischen Eigenschaften ausgewählt werden müssen.

Weiters wurde durch die DE-AS 12 70 689 eine Lösung bekannt, bei der ein mit einem Joch zusammenwirkender Winkelanker mit einem weiteren Winkelhebel zusammenwirkt, bei dem die aneinander anliegenden Flächen des Winkelankers und des Winkelhebels konvex gekrümmt sind, so daß es im wesentlichen zu einem gegenseitigen Abrollen dieser Flächen aneinander kommt.

Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil eines doch erheblichen Platzbedarfes und außerdem erfordert die Herstellung dieser Teile einigen Aufwand.

Weiters wurde durch die DE-PS 6 24 631 ein magnetischer Antrieb bekannt, bei dem der Anker des Magneten mit einem eine im wesentlichen S-förmige Steuernut tragenden Steuerkörper verbunden ist, in dessen Steuernut ein ein Gestänge steuernder Zapfen eingreift. Dabei ergibt sich durch die Ausbildung der Steuernut ebenfalls eine Veränderung der Hebelverhältnisse über den Weg des Ankers, der als Tauchanker ausgebildet ist.

Auch dieser Lösung haftet der Nachteil einer doch sehr aufwendigen Konstruktion an.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Relais der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und einfach herstellen läßt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Stützkörper eine konvex gekrümmte Oberfläche aufweist und der Hebel bzw. Anker im Bereich der Abrollfläche des Stützkörpers im wesentlichen eben ausgebildet ist und der Anker auf einer Polfläche des Joches schwenkbar gelagert ist.

Durch diese Maßnahmen ist es lediglich notwendig den Stützkörper mit einer konvexen Fläche zu versehen, so daß sich ein sehr einfacher Aufbau ergibt. Dabei kann bei der Anordnung eines separaten Stützkörpers auch eine im Hinblick auf einen geringen Verschleiß günstige Werkstoffpaarung gewählt werden.

Nach einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, daß ein gesonderter Hebel vorgesehen ist, dessen Kraftarm mit dem der einen Polfläche des Joches gegenüberliegenden Ende des Ankers in kraftschlüssiger Verbindung steht, dessen anderes Ende an der anderen Polfläche des Joches schwenkbar gelagert ist.

Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die für die Wahl optimaler Übersetzungsverhältnisse erforderlichen Bauteile unabhängig vom Anker selbst konstruiert und hergestellt werden können.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der u. a. drei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines bekannten Flachankerrelais,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Kraftarm des Hebels durch den Anker selbst gebildet ist,

Fig. 4 ein Diagramm zur Konstruktion der Oberfläche eines Stützkörpers,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Hebel als gesonderter Bauteil ausgebildet ist.

Das in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Relais weist ein eine Erregerwicklung 1 tragendes U-förmiges Joch 2 auf. Den beiden Polflächen des Joches 2 gegenüber ist ein beweglicher Anker 3 angeordnet, der in der Lagerstelle 4 schwenkbar gelagert ist und dessen freies Ende über einen Stößel 5 mit der beweglichen Kontaktfeder 6 eines Arbeitskontaktsystems in Verbindung steht.

Wird die Erregerwicklung 1 erregt, so wird der Anker 3 von der voll gezeichneten Stellung in die strichliert dargestellte Stellung verschwenkt, wobei die Kontakte des Arbeitskontaktsystems geschlossen werden und der Abstand x des freien Endes des Ankers 3 von der Polfläche 8 unter der Wirkung der Kraft P _A vom Ruhestand a bis zum Anliegen des Ankers 3 an der Polfläche 8 reduziert wird.

Es ist nun bekannt, daß die Kraft P _A mit kleiner werdendem Abstand x exponentiell, beispielsweise etwa quadratisch anwächst, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Im Abstand x = a, dem Ruhestand des freien Endes des Ankers 3 von der Polfläche 8, wirkt auf den Anker 3 die Kraft P′ _A, die zumindest ebenso groß, zweckmäßig aber etwas größer bemessen sein muß als die Kraft, die erforderlich ist, um die bewegliche Kontaktfeder 6 mit Sicherheit zu betätigen. Von diesem Wert P′ _A steigt die Kraft P _A bis zum Wert P′′ _A an. Die im Zuge der Ankerbewegung auf den Anker 3 wirkende Anzugskraft ist somit nach Verlassen der Ruhelage exponentiell anwachsend wesentlich größer als erforderlich und bleibt infolgedessen völlig ungenützt, wobei der Verstellweg der Kontaktfeder 6 im wesentlichen gleich dem Abstand a des freien Endes des Ankers 3 von der Polfläche 8 in seiner Ruhelage ist.

In Fig. 2 ist nun auch der Verlauf der Kraft P _F dargestellt, der beispielsweise für die Betätigung der beweglichen Kontaktfeder 6 wünschenswert wäre, In der in Fig. 2 mit 0 bezeichneten Stellung des freien Endes des Ankers 3 sei die wünschenswerte Kraft P _F 8/9 der Kraft P _A, in der Stellung II 4/7 der Kraft P _A, in der Stellung III 3/7 der Kraft P _A und in der Stellung IV ein Drittel der Kraft P _A.

Das Wesentliche vorliegender Erfindung besteht nun darin, die vor allem bei kleineren Luftspalten auftretenden Kraftreserven dadurch auszunutzen, daß ein Hebel vorgesehen wird, bei dem das freie Ende seines Kraftarmes unter der Krafteinwirkung der einen Polfläche 8 des Joches 2 und das freie Ende seines Lastarmes mit der beweglichen Kontaktfeder 6 des Kontaktfedersystems in kraftschlüssiger Verbindung stehen und das Verhältnis von Lastarm zu Kraftarm in Abhängigkeit vom Verstellweg des Kraftarmes veränderbar ausgebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt, bei dem der eine Schenkel 9 des die Erregerwicklung 1 tragenden Joches 2 in Richtung zum anderen, die Polfläche 8 aufweisenden Schenkel 10 hin gebogen ist und einen Stützkörper 11 mit gekrümmter Oberfläche 12 bildet, auf dem ein zweiarmiger Hebel 13 aufruht, der in Halterungen 14, 15, 16 gelagert ist und dessen Kraftarm 17 durch den Anker selbst gebildet ist. Der Lastarm 18 steht über den Stößel 5 im Zuge der Betätigung mit der beweglichen Kontaktfeder 6 des Arbeitskontaktsystems 7 in kraftschlüssiger Verbindung.

Im Ruhezustand ruht der Hebel 13 mit der Berührungsstelle 19 auf der gekrümmten Oberfläche 12 des Stützkörpers 11 auf und ist durch die Berührungsstelle 19 in einen Kraftarm m und einen Lastarm n etwa im Verhältnis 1 : 1 geteilt.

Wird die Erregerwicklung 1 mit Strom versorgt, so wird das eine freie Ende des durch den Anker gebildeten Kraftarmes 17 gegen die Polfläche 8 des Joches 2 gezogen, wobei der Hebel 13 auf der gekrümmten Oberfläche 12 des Stützkörpers 11 abrollt, so daß die Berührungsstelle an der gekrümmten Oberfläche 12 zwischen dem Hebel 13 und dem Stützkörper 11 verschoben wird. Dabei wird durch das freie Ende des Lastarmes 18 die bewegliche Kontaktfeder 6 betätigt.

Erreicht der Hebel 13 seine in Fig. 3 strichliert dargestellte Endlage, in der das freie Ende des Kraftarmes 17 auf der Polfläche 8 aufruht und der Arbeitskontakt durch die bewegliche Kontaktfeder 6 durch das freie Ende des Lastarmes 18 geschlossen ist, so steht der Hebel 13 mit der gekrümmten Oberfläche 12 des Stützkörpers 11 an der Berührungsstelle 20 in Verbindung, so daß nunmehr der Kraftarm 17 die Länge m′ und der Lastarm 18 die Länge n′ besitzt. Das Verhältnis von Lastarm zu Kraftarm hat sich somit im Zuge der Verstellbewegung von n/m in das Verhältnis n′/m′ geändert, ist also größer geworden. Das heißt, daß das Verhältnis der am freien Ende des Kraftarmes 17 wirkenden Kraft P _A zu der am freien Ende des Lastarmes 18 wirkenden Kraft P _F sich vom Verhältnis n/m in das Verhältnis n′/m′ geändert hat.

Entspricht nun mittels geeigneter Wahl des Krümmungsverlaufes der gekrümmten Oberfläche 12 des Stützkörpers 11 beispielsweise die Kraft-Weg-Abhängigkeit des freien Endes des Lastarmes 18 und damit der beweglichen Kontaktfeder 6 dem Verlauf der Kurve P _F nach Fig. 2 und die Kraft-Weg-Abhängigkeit des freien Endes des Kraftarmes 17 dem Verlauf der Kurve P _A nach Fig. 2, so ist ersichtlich, daß durch die Änderung des Verhältnisses von Lastarm 18 zu Kraftarm 17 der Gesamtweg a′ des freien Endes des Lastarmes 18 größer ist als der Gesamtweg a des freien Endes des Kraftarmes 17. Dabei wäre anhand der Fig. 2 der Verlauf der gekrümmten Oberfläche 12 des Stützkörpers 11 so zu wählen, daß das Übersetzungsverhältnis von Kraftarm 17 zu Lastarm 18 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung 0 gleich 1 : 1, in der Stellung I gleich 8 : 9, in der Stellung II 4 : 7, in der Stellung III 3 : 7 und in der Stellung IV 1 : 3 beträgt.

Dies ist in Fig. 4 dargestellt, in der auf der Abszisse x die Stellungen 0, I, II, III, IV des freien Endes des Kraftarmes 17 zwischen diesen beiden Endlagen innerhalb des Ruheabstandes a des der Polfläche 8 gegenüberliegenden Teiles des Kraftarmes 17 dargestellt sind. Die andere Abszisse zeigt die den Stellungen 0, I, II, III, IV des Kraftarmes 17 zugeordneten Stellungen 0′, I′, II′, III′, IV′ des Lastarmes 18, die sich auf Grund des Abrollens auf der gekrümmten Oberfläche 12 ergeben, wobei auf der die beiden Abszissen verbindenden Ordinate die anhand der Fig. 2 als erwünscht bezeichneten Übersetzungsverhältnisse von Kraftarm m zu Lastarm n dargestellt sind. Der sich hiermit ergebende Verstellweg a′ des Stößels 5 (Fig. 3) ist ersichtlich größer als der Verstellweg a, wobei die an den Stellen 0, I′, II′, III′, IV′ wirkende Kraft der sich an den Stellen 0, I, II, III, IV nach Fig. 2 ergebenden Kraft P _F entspricht. Hieraus ist ersichtlich, daß die in der Kraft P _A gegenüber der Kraft P _F liegende Kraftreserve zur Vergrößerung des Weges des freien Endes des Lastarmes 18 und damit des Verstellweges der beweglichen Kontaktfeder 6 gegenüber dem Verstellweg des freien Endes des Kraftarmes 17 herangezogen wurde. Bei kleinen Luftspalten kann somit ein wesentlich größerer Verstellweg der beweglichen Kontaktfeder 6 erzielt werden, als dies bei bekannten Relais möglich wäre, so daß die bei kleinen Luftspalten vorhandenen Kräfte voll ausgenutzt werden. Umgekehrt kann bei einem gegebenen Verstellweg a′ der beweglichen Kontaktfeder 6 der Ruheluftspalt a wesentlich kleiner gewählt werden als bei den bisher bekannten Relais, so daß ein wesentlich besserer Wirkungsgrad erzielt wird.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Hebel 13 als gesondertert Bauteil dargestellt ist. Das Relais selbst entspricht im Prinzip dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Relais, das ein die Erregerwicklung 1 tragendes U-förmiges Joch 2 aufweist, dessen Polflächen gegenüber einem in der Lagerstelle 4 schwenkbar gelagerten Anker 3 angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht jedoch das der Polfläche 8 gegenüberliegende Ende des Ankers 3 über ein Verbindungsglied 21 in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Kraftarm 17. Auch hier ruht der Hebel 13 auf einem Stützkörper 11 auf, der eine gekrümmte Oberfläche 12 aufweist. Das Ende des Lastarmes 18 steht über einen Stößel 5 im Zuge seiner Verstellbwegung in kraftschlüssiger Verbindung mit der beweglichen Kontaktfeder 6 eines Arbeitskontaktsystems 7.

Wird der Anker 3 bei Erregung des Relais angezogen, so nimmt das freie Ende des Ankers 3 das freie Ende des Kraftarmes 17 des Hebels 13 mit, so daß der Hebel 13 über die gekrümmte Oberfläche 12 des Stützkörpers 11 bewegt wird. Auch da wird das in der Ruhelage gegebene Übersetzungsverhältnis m : n von Kraftarm zu Lastarm in das in der strichliert dargestellten Endlage wirkende Übersetzungsverhältnis m′ : n′ geändert.

Es können anstelle des Stützkörpers 11 auch beliebig andere, in der Längsrichtung des Hebels 13 angeordnete Abstützungen vorgesehen sein, auf denen der Hebel 13 im Zuge seiner Verstellbewegung aufeinanderfolgend gelagert ist. Als Stützkörper können hierbei Rollen, Stifte u. dgl. dienen. Ist der Verlauf des Übersetzungsverhältnisses zwischen den beiden Endlagen des Hebels von untergeordneter Bedeutung, so genügen bereits zwei feste Abstützungen, die die Übersetzungsverhältnisse in den beiden Endlagen des Hebels bestimmen, wobei der Hebel in der einen Endlage auf der einen, in der anderen Endlage auf der anderen Abstützung abgestützt ist. An die Stelle eines mit wachsendem Verstellweg des Kraftarmes wachsenden Verhältnisses von Lastarm zu Kraftarm kann in Sonderfällen auch ein kleiner werdendes Verhältnis treten. An die Stelle eines ebenen Ankers oder Hebels können auch gekrümmte oder abgewinkelte Teile treten.

Die Lagerung des Hebels 13 wurde anhand der Ausführungsbeispiele nicht detailliert dargestellt, da diese in beliebiger Weise realisiert werden kann. So kann der Hebel 13 beispielsweise auch an einem oder mehreren Bändern (sogenannte Filmscharniere) aufgehängt sein, die über den Stützkörper 11 gelegt sind.

Claims (2)

1. Elektromagnetisches Relais mit einem die Erregerwicklung tragenden Joch, einem gegenüber den Polflächen des Joches beweglich angeordneten Anker, der gegebenenfalls selbst als Hebel ausgebildet ist oder auf einen solchen einwirkt, welcher Hebel einen Last- und einen Kraftarm aufweist und der an einem ortsfesten Stützkörper abgestützt ist und zur Veränderung des Verhältnisses des Lastarmes zum Kraftarm eine gekrümmte Berührungsfläche bei dem Stützkörper und dem Hebel bzw. Anker vorgesehen ist und an dem freien Ende des Kraftarmes unter der Krafteinwirkung der einen Polfläche des Joches und das freie Ende des Lastarmes mit einer beweglichen Kontaktfeder eines Kontaktfedersystems in kraftschlüssiger Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (11) eine konvex gekrümmte Oberfläche aufweist und der Hebel bzw. Anker (13) im Bereich der Abrollfläche des Stützkörpers (11) im wesentlichen eben ausgebildet ist und der Anker auf einer Polfläche des Joches (2) schwenkbar gelagert ist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesonderter Hebel (13) vorgesehen ist, dessen Kraftarm (17) mit dem der einen Polfläche (8) des Joches (2) gegenüberliegenden Ende des Ankers (3) in kraftschlüssiger Verbindung steht, dessen anderes Ende an der anderen Polfläche des Joches (2) schwenkbar gelagert ist.