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Relais, dessen Stellkraft durch Zusammenwirken eines magnetischen
Kraftflusses mit Strömen erzeugt wird, die in einem Leiter durch einen magnetischen
Nebenschluß des genannten Flusses induziert werden Relais, die durch elektromagnetische
Kräfte betätigt werden, können in drei Hauptarten unterteilt werden, die gewöhnlich
als elektromagnetische, elektrodynamische und Induktionsrelais bezeichnet werden,
je nachdem die Stellkraft eine Kraft zwischen zwei Magnetkernen darstellt, zwischen
einem Magnetkern -und einer mit besonderen Zuleitungen versehenen Spule oder zwischen
einem Magnetkern -und einem in sichgeschlossenen Leiter, in dem ein Strom durch
Induktion erzeugt wird. Relais der elektromagnetischen und der Induktionstype haben
in der bisherigen Ausführung ihre besonderen kennzeichnenden Eigenschaften, die
ihre Verwendungsgebiete gewissermaßen begrenzt haben. So haben z. B. die elektromagnetischen
Relais größere Stellkräfte für denselben Leistungsverbrauch, die Induktionsrelais
dagegen sanftere und ebenere Stellkraftkurven. Der Rückgang zur Anfangslage, falls
der betätigende Strom sinkt, ist bei den elektromagnetischen Relais im allgemeinen
schwieriger erreichbar, während andererseits die Induktionsrelais andere Übelstände
besitzen, z. B. gewöhnlich mehr Raum erfordern. Die Erfindung betrifft ein Relais
der Induktionstype, das in großem Maße die wertvollen Eigenschaften der früheren
Induktionsrelais und der früheren elektromagnetischen Relais in sich vereinigt.
So kann z. B. das Relais mit Leichtigkeit wenig raumerfordernd und mit besonders
geringem Leistungsverbrauch im Verhältnis zur Stellkraft erhalten werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Relais, dessen Stellkraft durch Zusammenwirken
eines magnetischen Kraftflusses mit Strömen erzeugt wird, die in einem Leiter durch
einen magnetischen Nebenschluß des genannten Flusses erzeugt werden, so ausgestaltet,
daß die Richtungen des induzierenden und des elektrodynamisch wirksamen Zweiges
des Kraftflusses einen Winkel zwischen 30' und i5o' miteinander bilden.
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In der Zeichnung veranschaulichen die Abb. i und 2 in zwei schematischen
Darstellungen den grundsätzlichen Unterschied zwischen der bisher gebräuchlichen
Type eines Induktionsrelais und dem Erfindungsgegenstande. Die Abb. 3 und
4 sind zwei zueinander senkrechte Ansichten, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform
der Erfindung.
Die bisher gebräuchlichen Induktionsrelais haben
praktisch immer als beweglichen Teil eine leitende Scheibe, die sich in dem Luftspalt
eines Wechselstrommagneten bewegt. Ein Teil des Eisenkerns dieses Magneten ist neben
dem Luftspalt von einer kurzgeschlossenen Spule umgeben, wodurch sein Kraftfluß
eine andere Phase als die des Hauptflusses erhält. In Abb. i stellt i die Induktionsscheibe
dar, während die ausgezogenen Kraftlinien 2 den -ursprünglichen und die gestrichelten
Kraftlinien 3 den durch die Kurzschlußspule phasenverschobenen Kraftfluß
darstellen. Diese beiden Flüsse durchqueren die Scheibe praktisch senkrecht und
sind also zueinander parallel. Der erstgenannte Kraftfluß induziert in der Scheibe
Wirbelströme, die im gezeigten Schnitt zur Papierebene senkrecht verlaufen und in
gewöhnlicher Weise durch Punkte und Kreuze dargestellt sind, je nachdem sie
beim Schneiden der genannten Ebene aufwärts oder abwärts gerichtet, sind. Der eine.Zweig
der genannten Ströme, im dargestellten Beispiel der aufsteigende, erzeugt zusammen
mit dem phasenverschobenen Kraftfluß 3 elektromagnetische Kräfte. Bei einem
praktisch ausgeführten Relais liegen die Verhältnisse selbstverständlich nicht ganz
so einfach wie angegeben, indem z. B. auch der phasenverschobene Kraftfluß Wirbelströme
induziert; da diese aber schwächer als die obengenannten sind, so können sie bei
einer schematischen Betrachtungsweise übersehen werden.
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Der Umstand, daß die beiden wirksamen Zweige des Kraftflusses
- der hauptsächlich induzierende Zweig 2 und der hauptsächlich elektrodynamisch
wirksame Zweig 3 - parallel zueinander durch die Scheibe verlaufen, hat zur
Folge, teils daß nur die eine Seite der Wirbelstromschleife elektrodynamisch wirksam
wird, teils daß bei der Bewegung der Scheibe fortwährend neue Teile von ihr -unter
den Einfluß der Kraftlinien gelangen müssen, damit die Stellkraft nicht abnimmt.
Diese Umstände stellen beide ein -unvollständiges Ausnutzen der Scheibe dar und
erklären den niedrigen Wert der SteU-kraft im Verhältnis zum Leistungsverbrauch
und erforderlichen Raum bei den bisher ausgeführten Induktionsrelais.
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Abb. 2 veranschaulicht dagegen schematisch das Grundsätzliche der
Erfindung. Der Induktionskörper hat hier die Gestalt einer geschlossenen Schleife
4, die vom induzierenden Teile 9
desKraftflusses durchdrungen wird. Die Richtung
des elektrodynamisch wirksamen Teiles 3
des Kraftflusses bildet beim Auftreffen
auf die Schleife 4 einen Winkel mit der Richtung des Flusses 2, der zwischen 3o'
und i5o' liegt und am besten nahezu go' ist. Die in der Schleife durch den Fluß
2 induzierten Ströme bilden sich nicht wirbelstromartig aus, sondern verteilen sich
in der Hauptsache gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Schleife. Da sie vom
elektrodynamisch wirksamen Kraftfluß 3 im wesentlichen senkrecht geschnitten
werden, so erreicht die zum Fluß 7, in der Hauptsache parallel gerichtete Stellkraft
den im Verhältnis zur vorhandenen Kupfermenge größtmöglichen Wert. Gleichzeitig
kann die genannte Stellkraft mit Leichtigkeit praktisch nach Belieben geregelt werden
durch Änderung der Stärke des Kraftflusses 3 von Stelle zu Stelle am Wege
der Schleife 4.
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In Abb. 2 ist die Stromrichtung entgegengesetzt zur Abb. i gezeichnet,
obwohl der induzierende Kraftfluß dieselbe Richtung hat. In der Tat herrscht in
beiden Fällen eine gewisse Phasenverschiebung, so daß die wirksame Stromkomponente
in bezug auf die Phase des elektrodynamisch wirksamen Kraftflusses die entgegengesetzte
Richtung in Abb. 2 gegen die in Abb. i erhält.
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Zur Erzeugung der in Abb. 2 gezeigten Feldrichtungen in bezug auf
die Stromschleife kann beispielsweise die in den Abb. 3 und 4 gezeigte Anordnung
des Magnetkernes dienen. Dieser Kern a ist hier dreischenklig und trägt die iüduzierende
Spule k auf dem Mittelschenkel. Zwischen letzterem und den beiden Seitenschenkeln
befinden sich ziemlich weite Luftspalte b, in denen sich die Stromschleife
d mit ihren beiden wirksamen Seiten bewegt. Der induzierende Zweig des Kraftflusses
setzt sich im Mittelschenkel durch die SchleifJZd hindurch fort und wird nach den
Seitenschenkeln durch eine ziemlich enge magnetische Brücke o überführt,
die beispielsweise aus einigen über den drei Schenkeln liegenden Blechen besteht.
Es hat sich als zweckmäßig gezeigt, diesen Zweig des Kraftflusses durch Eisen zu
schließen, jedoch mit einer Verengung parallel zu den Luftspalten, in denen der
elektrodynamisch wirksame Zweig auftritt. Infolge dieser Verengung werden ziemlich
starke Zweige des Kraftflüsses gezwungen, durch die beiden Luftspalte zu fließen.
Infolge der bekannten Eigenschaft des magnetischen Flusses, beim Austreten aus dem
Eisen in die Luft praktisch senkrecht zur Grenzfläche zu verlaufen, wird die relative
Stärke des Flusses in dem Luftspalt an jeder Stelle praktisch nur von der
Spaltbreite abhängen. Durch entsprechende Wahl der Gestalt des Luftspaltes
b, des Querschnitts und der magnetischen Eigenschaften der Bleche c kann
man also die Stärke des elektrodynamisch wirksamen Feldes regeln und deshalb praktisch
jede beliebige Gestalt derjenigen Kurve erreichen, die die Beziehung zwischen der
Lage der Schleife d in den Luftspalten und der darauf wirksamen Stellkraft ausdrückt.
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Die Schleife d kann in der Praxis zweckmäßig an einem Ende
eines Hebels e sitzen, der um eine Achse f schwingt und am anderen Ende einen
mit einem festen Kontakt m zusammenwirkenden Kontakt 1 trägt. Die Stellkraft
kann einer
Feder g entgegenwirken, deren eines Ende am Hebel
e befestigt ist, während das andere an einem um eine Achse i verstellbaren Arm k
befestigt ist. Diese Einzelheiten können selbstverständlich in verschiedener Weise
im Rahmen der Erfindung abgeändert werden.