DE3813113A1 - Monostabiles elektromagnetisches relais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein monostabiles elek­ tromagnetisches Relais mit einem Anker, einem Permanentmagne­ ten und einer Spule, bei dem der Permanentmagnet an einem zweiteiligen Joch angeordnet ist.

Ein solches Relais wurde z.B. durch die DE-AS 19 26 514 bekannt. Bei diesem bekannten Relais weist das Joch einen gabelförmigen Endbereich auf, bei dem der Steg der Gabel durch den Permanentmagneten gebildet ist, sodaß die Zinken ungleichnamig polarisiert sind. Dabei verläuft das an­ dere Ende des Joches, das gleich wie die eine Zinke polari­ siert ist, gegen die ungleichnamig polarisierte Zinke des ga­ belförmigen Endbereiches zu, wobei die Verbindung dieses Endes des Joches mit der gleichnamig polarisierten Zinke ausschließ­ lich in einem ferromagnetischen Material erfolgt. Der Anker dieses Relais ist als zweiflügeliger Drehanker ausgebildet und greift mit seinem einen Ende in den durch die ungleichnamig polarisierten Zinken des einen Endes des Joches gebildeten Luftspalt ein. Weiters ist bei diesem Relais noch ein ein­ stellbarer magnetischer Kurzschluß vorgesehen, der parallel zu dem das freie Ende des Joches durchfließenden magnetischen Fluß liegt und diesen entsprechend schwächt, sodaß sich eine stabile Ruhelage für den Anker ergibt.

Bei einem solchen Relais ergibt sich der Nachteil, daß es in der Arbeits- wie auch in der Ruhelage des Relais zu keinem satten Aufliegen des Ankers an den Polflächen kommt, wodurch der Dauermagnetfluß aufgrund des Restluftspaltes nur zu einem geringen Teil wirksam werden kann. Daraus resultiert aber eine entsprechend niedrige Haltekraft, sodaß nur relativ geringe Kontaktdrücke aufgebracht werden können.

Weiters führt der Restluftspalt auch dazu, daß sich nur eine sehr geringe Kraftzunahme bei der Bewegung des Ankers gegen den minimalen Luftspalt zu ergibt, wodurch sich die be­ reits erwähnte geringe Haltekraft und damit auch eine geringe Vibrations- und Schockfestigkeit ergibt.

Ziel der Erfindung ist es ein Relais der eingangs er­ wähnten Art vorzuschlagen, bei dem diese Nachteile vermieden sind und das sich durch eine hohe Haltekraft und Vibrationsfe­ stigkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der eine Teil des zweiteiligen Joches zwei einander gegenüberlie­ gende und einen Luftspalt, in den der Anker mit einem ersten Abschnitt eingreift, begrenzenden Polflächen gleicher Polari­ tät aufweist und der zweite Teil des Joches eine Polfläche der anderen Polarität aufweist, die einer Polfläche des ersten Teiles des Joches gegenüberliegt und mit dieser einen zweiten Luftspalt begrenzt, in den der unpolarisierte Anker mit seinem zweiten Abschnitt eingreift, wobei die Spule vorzugsweise an dem ersten Jochteil angeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Anker sowohl bei erregter, wie auch bei nicht erregter Spule wei­ testgehend an den Polflächen des Joches anliegt, sodaß sich nur sehr geringe Restluftspalte ergeben. Dadurch ist ein stei­ ler Anstieg der Kraft-Weg-Kennlinie, wie auch eine hohe Halte­ kraft gewährleistet. Aus diesem Grunde zeichnet sich auch ein erfindungsgemäßes Relais durch ein hohes Maß an Vibrations- und Schockfestigkeit aus.

In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß der Anker zwei Schenkel aufweist, die in die beiden Luft­ spalte eingreifen und eine mit dem von der Spule umgebenen Be­ reich des ersten Teiles des Joches verbundene Zunge über­ greifen, wobei der Anker verschiebbar gehalten ist.

Weiters kann auch vorgesehen sein, daß der Anker zwei Schenkel aufweist, die in die beiden Luftspalte eingreifen und eine mit dem von der Spule umgebenen Bereich des ersten Teiles des Joches verbundene Zunge übergreifen, wobei der Anker über eine Zunge pendelnd an einer Achse gehalten ist, die vorzugs­ weise an einem Jochteil gehalten ist.

In beiden Fällen ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht sehr einfache Lösung und im letzteren Falle auch ge­ ringe Reibungsverluste bei der Bewegung des Ankers. Im Falle der Ausbildung des Ankers als Schiebeanker ist es möglich den Anker zu einer satten Anlage an den Polflächen des Joches zu bringen, wodurch eine besonders hohe Haltekraft erreicht wer­ den kann.

Außerdem ergeben sich durch diese Maßnahmen besonders günstige Verhältnisse für die Führung des magnetischen Flus­ ses.

lm Hinblick auf einen einfachen mechanischen Aufbau eines solchen Relais kann vorgesehen sein, daß die von den Schenkeln des Ankers übergriffene Zunge des ersten Jochteiles von einer Abwinkelung dieses Teiles absteht und die Spule trägt. Dabei kann der erste Jochteil durch eine Platte gebil­ det sein, die an zwei einen rechten Winkel einschließenden Rändern in der gleichen Richtung verlaufende Abwinkelungen aufweist, von denen die eine eine Polfläche trägt und die an­ dere mit der Zunge, z.B. durch eine Nietung verbunden ist, wo­ bei die Spule einfach auf die Zunge aufgeschoben werden kann.

Eine weitere sehr günstige Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Relais zeichnet sich dadurch aus, daß der er­ ste Jochteil zwei voneinander distanzierte Abwinkelungen auf­ weist, von denen die eine L-förmig und die andere U-förmig ausgebildet ist, wobei der, vozugsweise verschwenkbar gehal­ tene Anker mit seinem einen Endbereich zwischen die Schenkel der U-förmigen Abwinkelung eingreift und der abgewinkelte Schenkel der L-förmigen Abwinkelung an dem Permanentmagneten anliegt und die Spule den die beiden Abwinkelungen verbinden­ den Abschnitt des ersten Jochteiles umgibt.

Dies ermöglicht einen sehr schmalen Aufbau des Ma­ gnetsystems und ist daher besonders für beengte Platzverhält­ nisse von Vorteil.

Um bei einem solchen Magnetsystem bereits separat hergestellte Spulen verwenden zu können kann weiters vorgese­ hen sein, daß der die beiden Abwinkelungen verbindende Ab­ schnitt des ersten Jochteiles in dessen Querschnittsebene un­ terteilt ist und jeder dieser Teile eine Abwinkelung aufweist, wobei diese Teile nach dem Einschieben in die Spule miteinan­ der verbindbar sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Spule an einem balkenartigen Ab­ schnitt des ersten Jochteiles angeordnet ist, der einen L-förmigen Abschnitt, dessen einer Schenkel an dem Permanent­ magneten anliegt und dessen zweiter Schenkel einen Luftspalt begrenzt, mit einem weiteren im wesentlichen L-förmigen Ab­ schnitt verbindet, auf dessen einem Schenkel der erste L-förmige Abschnitt mit dessen Schmalseite aufliegt und von dem ein weiterer, gemeinsam mit dem einen Schenkel des ersten L-förmigen Abschnittes den einen Luftspalt begrenzender Schen­ kel aufragt.

Auf diese Weise läßt sich ein sehr flaches Magnetsy­ stem bauen. Dabei können die beiden L-förmigen Abschnitte mit dem balkenartigen Anschnitt, auf den eine vorgefertigte Spule aufgeschoben werden kann, z.B. durch Nietungen sehr einfach miteinander verbunden werden, wodurch sich eine sehr einfache Herstellung eines solchen Magnetsystems ergibt.

Weiters wird nach der Erfindung ein monostabiles elektromagnetisches Relais mit einem Anker, einem Permanentma­ gneten und einer Spule, bei dem der Permanentmagnet am Anker angeordnet ist, der einen gabelförmigen, das Joch umgreifenden Bereich, dessen Polflächen gleichnamig polarisiert sind und einen zweiten, ebenfalls gabelförmigen und das Joch umgreifen den Bereich aufweist, in dem der Permanentmagnet angeordnet ist und die beiden Polflächen dieses Bereiches ungleichnamig polarisiert, vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist,­ daß der Anker als Drehanker ausgebildet ist und die Zinken der beiden gabelförmigen Bereiche voneinander abstehen.

Dies ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau des Ma­ gnetsystems, das sich überdies durch eine besonders hohe Emp­ findlichkeit auszeichnet.

die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher er­ läutert.

Dabei zeigt Fig. 1a und 1b zwei Varianten eines mono­ stabilen Relais mit ortsfestem Joch und Schiebe- bzw. Pendel­ anker im nicht erregten und erregten Zustand, Fig. 2a bis 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Relais, wobei der Anker in Fig. 3 und 4 weggelassen ist, Fig. 5a, 5b und 6a, 6b zwei Varianten eines Relais mit Drehankerantrieb, wobei gemäß den Fig. 5 der Permanentmagnet im Joch und gemäß den Fig. 6 am Anker angeordnet ist.

In den Fig. 1a und 1b ist ein Schiebeanker 2 darge­ stellt und mit strichlierten Linien, als Variante dazu, ein für einen Pendelanker 2′ vorteilhafte Anlenkung angedeutet. Dabei zeigt die Fig. 1a den unerregten und Fig. 1b den erreg­ ten Zustand des Relais.

Dieses Einteilung gilt auch bei den übrigen Fig. , so­ daß die mit dem Zusatz "a" versehenen Fig. stets die Verhält­ nisse bei nicht erregter Spule und die mit dem Zusatz "b" ver­ sehenen Fig. den erregten Zustand der Spule wiedergeben.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1a und 1b be­ steht das Joch 1 aus zwei Teilen 1 a und 1 b. Der Teil 1 a ist an seiner Vorderseite zu einer Polfläche 5 hochgebogen und in Richtung der Kante dieser Abwinkelung verlängert und durch eine weitere Abwinkelung 21 abgeschlossen, in der eine Zunge 10 gehalten ist. Auf dieser Zunge 10 ist die Spule 4 aufgeschoben.

Die Zunge 10 bildet im Bereich ihres freien Endes weitere Polflächen 6, 6′, die mit der Polfläche 5 einen Luft­ spalt 8 begrenzt, wobei bei unerregter Spule 4 beide Polflä­ chen die gleiche Polarität aufweisen, da der gesamte Teil 1 a des Joches 1 satt auf einer Polfläche 31 des Permanentmagneten 3 aufliegt.

Der zweite Teil 1 b des Joches 1 ist L-förmig ausge­ bildet und liegt satt an der zweiten Polfläche 32 des Permanentmagneten 3 an. Dadurch ergeben sich zwei Luftspalte 8 und 9 von denen einer im nicht erregten Zustand der Spule 4 von zwei gleichnamig gepolten Polflächen 5, 6′ und der andere von zwei ungleichnamig gepolten Polflächen 6, 7 begrenzt ist.

In diese beiden Luftspalte 8, 9 greift der Anker 2, bzw 2′ mit seinen die Zunge 10 übergreifenden Schenkeln 40, 41 ein, wobei letzterer als Pendelanker ausgebildet ist und an einer Zunge 33 aus Kunststoff gehalten ist, die an einer Achse 22 schwenkar befestigt ist, die an dem Jochteil 1 a ge­ halten und ein Pendeln des Pendelankers 2′ ermöglicht. In bei­ den fällen ergeben sich bei nicht erregter Spule 4 die in der Fig. 1a dargestellte Ruhelage und bei erregter Spule die in Fig. 1b dargestellte Arbeitslage.

Einer der Abschnitte 23, 24 der Abwinkelung 21 kann dabei weggelassen werden.

Die aus den Fig. 2a bis 4 ersichtliche Ausführungs­ form zeichnet sich durch ein besonders flaches Magnetsystem aus. Bei diesem weist der erste Jochteil 1 a einen L-förmigen Abschnitt 26 auf, dessen einer Schenkel die Polfläche 5 trägt und dessen zweiter Schenkel an dem Permanentmagnet 3 bzw. an dessen Polfläche 31 anliegt.

Dieser Abschnitt 26 ist über einen balkenartigen Ab­ schnitt 28, der die Spule 4 trägt, mit einem weiteren L-förmigen Abschnitt 29 verbunden und ist in dessen Abwinke­ lung 21′ gehalten. Zweckmäßigerweise ist der balkenartige Ab­ schnitt 23 mit den beiden, in einem Winkel von 90° zueinander angeordneten L-förmigen Abschnitten 26, 29 durch Nietungen verbunden. Der Abschnitt 26 liegt dabei auf dem einen Schenkel des Abschnittes 29 auf, der sich unter diesem hindurch er­ streckt. Im Bereich des freien Endes des Abschnittes 29 ragt ein mit seiner Schmalseite auf diesem aufstehender Schenkel 25 auf, der die Polflächen 6, 6′ trägt.

Der Jochteil 1 b liegt an der zweiten Polfläche 32 des Permanentmagneten 3 an und ist L-förmig ausgebildet.

Dabei greift der Anker 2, der wie schon anhand der Fig. 1 erläutert als Schiebe- oder Pendelanker ausgebildet sein kann, sowohl in den durch die gleichnamig gepolten Pol­ flächen 5, 6 begrenzten Luftspalt 8 als auch in den durch die ungleichnamig gepolten Polflächen 6, 7 begrenzten Luftspalt 9 ein. Es ergibt sich daher die gleiche Funktion, wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 5a und 5b sind an den Enden des Jochteiles 1 a, der z.B. zur Erleichterung der Montage, bzw. zur Ermöglichung der Verwendung einer vorgefer­ tigten Spule 4 aus den Teilen 1 c und 1 d besteht, L- bzw. U-förmige Abwinkelungen 15, 16 angeordnet. Dabei liegt der freie Schenkel der L-förmigen Abwinkelung 15 an der einen Pol­ fläche 31 des Permanentmagneten 3 an. Der zweite Teil 1 b des Joches liegt an der zweiten Polfläche 32 des Permanentmagne­ ten 3 an.

Dabei begrenzt der Jochteil 1 b mit dem Schenkel 17 des Jochteiles 1 b einen Luftspalt 9, der von ungleichnamig po­ larisierten Polflächen 6, 7 begrenzt ist. Der von gleichnamig polarisierten Polflächen 5, 6 begrenzte Luftspalt 8 wird durch die Ü-förmige Abwinkelung 16 gebildet.

Die Spule sitzt auf den Schenkeln der Teile 1 c und 1 d des Jochteiles 1 a, die gegebenfalls durch den Spulenkörper der Spule 4 zusammengehalten werden können. Dabei sind diese Schenkeln in der Querschnittsebene des Jochteiles 1 a geteilt.

Der Anker selbst ist um den Drehpunkt 14 verschwenk­ bar und greift mit seinen beiden Endbereichen in die Luft­ spalte 9 ein. Damit ergeben sich auch bei dieser Ausführungs­ form ähnliche Verhältnisse wie bei dem bisher erläuterten Re­ lais.

Bei dem in der Fig. 6a und 6b dargestellten monosta­ biles Relais mit Drehankerantrieb ist der Anker 2′′ um einen nicht dargestellten Drehpunkt verschwenkbar. Der Anker 2′′ selbst weist an seinen beiden Enden U-förmige Gabeln 11 und 12 auf, wobei im gabelförmigen Teil 11 der Steg durch den Perma­ nentmagneten 3 gebildet ist. Dadurch weist lediglich der Zin­ ken 13 der Gabel 11 eine andere Polarität als die übrigen, voneinander abstehenden Zinken der Gabeln 12, 11 auf. Damit ergeben sich im Prinzip die gleichen Verhältnisse wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1. Allerdings sitzt der Perma­ nentmagnet 3 bei der Ausführungsform nach der Fig. 6 am An­ ker 2′′ und die Spule 4 am ortsfesten Joch 1.

Auch bei dieser Ausführungsform ist in Fig. 6a der nicht erregte und in Fig. 6b der erregte Zustand der Spule dargestellt.

Claims (8)

1. Monostabiles elektromagnetisches Relais mit einem Anker, einem Permanentmagneten und einer Spule, bei dem der Perma­ nentmagnet an einem zweiteiligen Joch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (1 a) des zweiteiligen Jo­ ches (1) zwei einander gegenüberliegende und einen Luft­ spalt (8), in den der Anker (2) mit einem ersten Abschnitt eingreift, begrenzenden Polflächen (5, 6) gleicher Polarität aufweist und der zweite Teil (1 b) des Joches (1) eine Polflä­ che (7) der anderen Polarität aufweist, die einer Polflä­ che (6) des ersten Teiles (1 a) des Joches (1) gegenüberliegt und mit dieser einen zweiten Luftspalt (9) begrenzt, in den der unpolarisierte Anker (2) mit seinem zweiten Abschnitt ein­ greift, wobei die Spule (4) vorzugsweise an dem ersten Joch­ teil (1 a) angeordnet ist.

2. Monostabiles Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anker (2) zwei Schenkel (40, 41) aufweist, die in die beiden Luftspalte (8, 9) eingreifen und eine mit dem von der Spule (4) umgebenen Bereich des ersten Teiles (1 a) des Jo­ ches (1) verbundene Zunge (10) übergreifen, wobei der An­ ker (2) verschiebbar gehalten ist.

3. Monostabiles Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anker (2′) zwei Schenkel (40, 41) aufweist, die in die beiden Luftspalte (8, 9) eingreifen und eine mit dem von der Spule (4) umgebenen Bereich des ersten Teiles (1 a) des Joches (1) verbundene Zunge (10) übergreifen, wobei der An­ ker (2′) über eine Zunge (33) pendelnd an einer Achse (22) ge­ halten ist, die vorzugsweise an einem Jochteil (1 a, 1 b) gehal­ ten ist.

4. Monostabiles Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die von den Schenkeln (40, 41) des Ankers (2, 2′) übergriffene Zunge (10, 28) des ersten Joch­ teiles (1 a) von einer Abwinkelung (21) dieses Teiles absteht und die Spule (4) trägt.

5. Monostabiles Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Jochteil (1 a) zwei voneinander distanzierte Abwinkelungen (15, 16) aufweist, von denen die eine L-förmig und die andere U-förmig ausgebildet ist, wobei der, vorzugs­ weise verschwenkbar gehaltene Anker (2) mit seinem einen End­ bereich zwischen die Schenkel der U-förmigen Abwinkelung (16) eingreift und der abgewinkelte Schenkel der L-förmigen Abwin­ kelung (15) an dem Permanentmagneten (3) anliegt und die Spule (10) den die beiden Abwinkelungen (15, 16) verbindenden Abschnitt des ersten Jochteiles (1 a) umgibt.

6. Monostabiles Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der die beiden Abwinkelungen (15, 16) verbindende Abschnitt des ersten Jochteiles (1 a) in dessen Querschnittse­ bene unterteilt ist und jeder dieser Teile (1 c, 1 d) Abwinke­ lung (15, 16) aufweist, wobei diese Teile nach dem Einschieben in die Spule (10) miteinander verbindbar sind.

7. Monostabiles Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spule (4) an einem balkenartigen Abschnitt (28) des ersten Jochteiles (1 a) angeordnet ist, der einen L-förmigen Abschnitt (26), dessen einer Schenkel an dem Perma­ nentmagneten (3) anliegt und dessen zweiter Schenkel einen Luftspalt (8) begrenzt, mit einem weiteren im wesentlichen L-förmigen Abschnitt (29) verbindet, auf dessen einem Schenkel der erste L-förmige Abschnitt (26) mit dessen Schmalseite aufliegt und von dem ein weiterer, gemeinsam mit dem einen Schenkel des ersten L-förmigen Abschnittes (26) den einen Luftspalt (8) begrenzender Schenkel aufragt.

8. Monostabiles elektromagnetisches Relais mit einem Anker, einem Permanentmagneten und einer Spule, bei dem der Perma­ nentmagnet am Anker angeordnet ist, der einen gabelförmigen, das Joch umgreifenden Bereich, dessen Polflächen gleichnamig polarisiert sind und einen zweiten ebenfalls gabelförmigen und das Joch umgreifenden Bereich aufweist, in dem der Permanent­ magnet angeordnet ist und die beiden Polflächen dieses Berei­ ches ungleichnamig polarisiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (2′′) als Drehanker ausgebildet ist und die Zinken der beiden gabelförmigen Bereiche (12, 13) voneinander abste­ hen.