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Elektromaanetisches Relais
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit
einem feststehende und bewegliche Kontaktelemente tragenden Sockel, einem über dem
Sockel angeordneten, mindestens eine Wicklung tragenden Spulenkörper mit parallel
zum Sockel liegender Achse sowie mit einem Anker, der über einen parallel zur Spulenachse
betätigbaren Betätigungsschieber auf die beweglichen Kontaktelemente einwirkt.
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Ein derartiges Relais ist aus der DE-AS 18 05 583 bekannt.
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Dort ist ein monostabiles, ungepoltes Relais beschrieben, das eine
verhältnismäßig hohe Bauform aufweist und deshalb nicht für den Einsatz auf Leiterplatten
geeignet ist. Insbesondere sind dort verhältnismäßig lange, senkrecht zur Einbauebene
stehende Kontaktfedern vorgesehen, wobei auch die langen Gegenkontaktfedern eine
Verriegelung des erreichten Schaltzustandes nicht gestatten, so daß dieses Relais
auch in Sicherheitsschaltungen nicht eingesetzt werden kann. Wegen des ungepolten
Magnetsystems ist auch die Empfindlichkeit des bekannten Relais noch verhältnismäßig
gering. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais mit dem genannten grundsätzlichen
Aufbau so zu verbessern, daß es bei kleinem Volumen und mit geringes Ansprechleistung
als Leiterplattenrelais einsetzbar ist. Dabei soll durch einfache Abwandlung des
jeweils gleichen Grundauf baus eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle ermöglicht
werden; insbesondere soll der Aufbau des Relais auch den Einsatz in Sicherheitsschaltungen
ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die feststehenden
Kontaktelemente und die Anschlußelemente für die zugehörigen beweglichen Kontaktelemente
jeweils einander gegenüberstehend in dem flach ausgebildeten Sockel verankert sind,
wobei die beweglichen Kontaktelemente sich parallel zur Sockelebene erstrecken,
daß der Anker langgestreckt ausgebildet und in seiner Längsrichtung parallel zum
Sockel bewegbar ist, wobei er mit seinen beiden Enden Arbeitsluftspalte mit den
Seitenschenkeln eines U-förmigen, mit seinem Mittelteil parallel zum Sockel angeordneten
Joches bildet, und daß mindestens ein Dauermagnet mit seiner Polerisierungsrichtung
zwischen dem Anker und dem Joch angeordnet ist.
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Beim erfindungsgemäßen Relais sind also die beweglichen Kontaktelemente
quer über dem Sockel angeordnet, wodurch sich ein niedriger Aufbau des gesamten
Relais ergibt.
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Durch die Polarisierung mit dem Dauermagneten wird das Relais sehr
empfindlich und braucht wenig Erregerleistung Außerdem kann über die Kopplung des
Ankers mit dem Betätigungsschieber und durch entsprechende Wahl der Angriffspunkte
des Betätigungsschiebers an den Kontaktelementen eine Zwangsführung erreicht werden,
wodurch das Relais auch in Sicherheitsschaltungen zum Einsatz gebracht werden kann.
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Der Aufbau des Relais ist zur Anpassung an verschiedene Einsatzzwecke
durch einfache Abwandlungen sehr variabel.
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So kann der Translationsanker sowohl innerhalb als auch außerhalb
der Spule angeordnet und durch entsprechende Mittel mit dem Betätigungsschieber
verbunden sein. Durch symmetrische oder unsymmetrische Anordnung des Dauermagneten
oder auch mehrerer Dauermagneten läßt sich der Magnetkreis symmetrisch oder unsymmetrisch
gestalten, wobei durch zusätzliche Maßnahmen, wie unterschiedliche große Polflächen,
Trennbleche und Zusatzfedern, auch ein mono-
stabiles Schaltverhalten
des Relais eingestellt werden kann. Alle Teile des Relais sind einfach zu fertigen
und zu montieren, so daß als weiterer Vorteil eine kostengünstige Herstellung ermöglicht
wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäß aufgebautes Relais
im Schnitt, Fig. 2 einen Kontaktfedersatz für ein Relais nach Fig. 1 in Aufsicht,
Fig. 3 und 4 jeweils in mehrfacher Hinsicht gegenüber Fig.
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1 abgewandelte Ausführungsformen des Relais.
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Das in Fig. 1 dargestellte Relais besitzt einen flachen, als Kontaktträger
ausgebildeten Sockel 1, über welchem ein Spulenkörper 2 mit einer Wicklung 3 mit
parallel zum Sockel 1 verlaufender Achse angeordnet ist. Innerhalb des Spulenkörpers
ist axial ein langgestreckter, stabförmiger Anker 4 angeordnet, der nach dem Tauchankerprinzip
in Richtung der Spulenachse translatorisch betätigbar ist.
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Uber dem Spulenkörper ist ein U-förmiges Joch 5 angeordnet, dessen
Mittelteil 5a sich parallel zur Spulenachse erstreckt und dessen Seitenschenkel
5b und 5c sich jeweils stirnseitig vor den Spulenflanschen erstrecken und dabei
Arbeitsluftspalte mit den Polflächen 4b und 4c des Ankers bilden. Zwischen dem Mittelschenkel
5a des Joches und dem Anker 4 ist außerdem ein Dauermagnet 6 angeordnet, dessen
Polarisierungsrichtung radial zur Spule verläuft und der gegenüber dem beweglichen
Anker einen Luftspalt 7 aufweist. Gegenüber dem Dauermagneten 6 ist in einer Tasche
8 des Spulenkörpers ein Getter 9 zur Absorption kontaktschädlicher Gase und Substanzen
angeordnet.
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Der Anker 4 ist in der Nähe der Polfläche 4b in einer Gleitführung
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eine maximale Länge erhalten. Auf der Seite des Dauermagneten ist der Anker durch
eine Lagerfeder 11 geführt. Anstelle dieser Lagerfeder könnte aber auch eine andere
Lagerführung für den Anker vorgesehen sein. Die Lagerfeder 11 unterstützt durch
ihre Vorspannung die Haltekraft des Ankers an der Polfläche 4c. Die Größe des Ankerhubes
ist durch den Abstand zwischen den Jochschenkeln 5b und 5c und durch die Anker länge
konstruktiv festgelegt und bedarf keiner Einstellung.
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Am Ende des Ankers ist ein Mitnehmer 12 befestigt, der z.B. in eine
Ausnehmung 13 eines Betätigungsschiebers 14 eingreift und diesen bewegt, wodurch
die beweglichen Kontaktfedern 15 geschaltet werden.
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Der Dauermagnet 6 teilt seinen Fluß in zwei Teilflüsse, die die Arbeitsluftspalte
parallel durchsetzen, während der Erregerfluß die Arbeitsluftspalte in Reihe durchfließt.
Durch die bekannte Flußüberlagerung in den Arbeitsluftspalten ist das Magnetsystem
stromrichtungsempfindlich. Die asymmetrische Anordnung des Dauermagneten bewirkt
eine magnetische Unsymmetrie, so daß an der Polfläche 4c immer eine größere Haltekraft
als an der Polfläche 4b entsteht. Das Magnetsystem nach Fig. 1 ist daher bevorzugt
für monostabile Relais geeignet. Durch Einflußfaktoren, wie unterschiedlich große
Polflächen, Trennbleche, Zusatzfedern und dergl., läßt sich die Unsymmetrie in bekannter
Weise steigern oder mindern.
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Das Relais nach Fig. 1 ist mit einer Schutzkappe 16 versehen, welche
am Sockel 1 anliegt und gegenüber diesem abgedichtet werden kann. Schädliche Substanzen
und Gase innerhalb des Gehäuses werden dabei durch den bereits erwähnten Getter
absorbiert.
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Fig. 2 zeigt als Schnitt aus Fig. 1 eine zwangsgeführte Kontaktanordnung
mit vier Schließern und zwei Öffnern.
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Eine derartige Kontaktbestückung wird in der Steuerungstechnik häufig
benötigt. Die Kontaktfedern 15 sind an den im Sockel 1 verankerten Anschlußelementen
16 elektrisch leitend befestigt und arbeiten mit den feststehenden Kontaktelementen
17 zusammen. Die Kontaktfedern 15 erstrekken sich also parallel zur Sockel ebene
quer über die Sokkeloberfläche, so daß sich eine niedrige Bauhöhe ergibt.
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Aus dem Sockel 1 hervorstehende Rippen 18 bilden zusammen mit der
über den Kontaktfedern 15 angeordneten Wand 19 des Betätigungsschiebers 14 und der
Schutzkappe 16 jeweils Kammern 20, in denen sich je ein Schaltkontakt befindet.
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Die Kontaktfedern 15 sind als Eigendruckkontakte jeweils gegenüber
den feststehenden Kontaktelementen 17 vorgespannt, während die Betätigungsnocken
21 des Betätigungsschiebers 14 in der Nähe derKontaktstellen in einer zur Vorspannung
der Kontaktfedern entgegengesetzten Richtung angreifen. Dadurch ergibt sich insgesamt
eine Zwangsöffnung der Kontakte, wobei etwa beim Verschweißen eines Kontaktes ein
Umschalten des Relais und eine Betätigung der anderen Kontakte nicht mehr möglich
ist. Bei dem dargestellten Relais könnten aber auch andere Kontaktbestükkungen oder
Brückenkontakte eingesetzt werden.
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Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 1 sowohl in der Anordnung des Dauermagneten
als auch in der Anordnung von Anker und Joch abgewandelte Ausführungsform. Dort
ist ein Spulenkörper 22 verwendet, der die Wicklung in zwei axial versetzte Abschnitte
23a und 23b unterteilt. Zwischen den beiden Wicklungsabschnitten ist ein Raum für
den Dauermagneten 6 vorgesehen, der somit symmetrisch im gesamten Magnetkreis liegt.
Dieser Aufbau eignet sich in Verbindung mit einer symmetrischen Kontaktanordnung
bevorzugt für bistabile Relais.
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Weiterhin ist beim Relais nach Fig. 3 der Anker 24 außerhalb der Spule
zwischen dieser und dem Sockel angeordnet, während das Joch 25 mit seinem Mittelteil
innerhalb der Spule liegt. Der Betätigungsschieber 26 ist mit dem Anker 24 zu einer
Einheit fest verbunden, welche in üblicher Weise auf dem Sockel 1 so gelagert ist,
daß die translatorische Schaltbewegung mit möglichst wenig Reibung möglich ist.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung in der Dauermagnetanordnung.
In diesem Fall sind an dem Spulenkörper 32 mit der Wicklung 33 zwei Dauermagnete
6a und 6b angeordnet, die getrennt magnetisierbar sind. Ist beispielsweise der Dauermagnet
6b entmagnetisiert, dann ist das Magnetsystem unsymmetrisch und entspricht der Ausführung
nach Fig. 1.
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Ist jedoch der Magnet 6a entmagnetisiert, dann ist das Magnetsystem
in umgekehrter Richtung unsymmetrisch. Sind beide Magnete gleich stark magnetisiert,
dann ist das Magnetsystem symmetrisch und entspricht der Ausführung nach Fig. 3.
Damit sind beide Seiten getrennt magnetisch abgleichbar, und es können magnetische
und mechanische Toleranzen des Relais ausgeglichen werden. Diese Anordnung nach
Fig. 4 eignet sich wegen der unterschiedlichen Abgleichmöglichkeiten gleichermaßen
gut für monostabile und bistabile Relais.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist außerdem das Joch in zwei
abgewinkelte Jochteile 35a und 35b aufgeteilt, die von zwei Seiten her in den Spulenkörper
eingepreßt sind. Damit ist es möglich, durch Verschieben dieser Teile die Größe
des Ankerhubes einzustellen.
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Die in den Fig. 1 sowie 3 und 4 angegebenen unterschiedlichen Dauermagnetanordnungen
können mit den in diesen Figuren gezeigten unterschiedlichen Ausführungen und Anordnungen
von Joch und Anker beliebig kombiniert werden,
so daß sich eine
Vielzahl von Relaistypen mit demselben Grundkonzept in Anpassung an die jeweils
gestellte Schaltaufgabe erzielen läßt.
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12 Patentansprüche 4 Figuren
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