DE675428C - Relais fuer hohe Schaltgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

Elektrische Schaltgeräte in Form von Relais müssen mitunter außerordentlich hohe Schaltgeschwindigkeiten aufweisen. So ist es beispielsweise bei gittergesteuerten Geräten beim Auftreten eines Kurzschlusses o. dgl. notwendig, das Gitter besonders rasch umzupolen. Die bei bisher bekannten Geräten solcher Art erzielbaren Schaltgeschwindigkeiten sind zwar schon beachtlich hoch, sie konnten aber nur durch hohe Leistungsaufnähme des Relais erreicht werden.

Bei einem Relais bekannter Art ist ein drehbarer Anker außerhalb der Solenioidspule angeordnet, der zugehörige Kern füllt den von dem Spulenkörper gebildeten Hohlraum vollkommen aus. Bei einer solchen Ausführung" treten hohe Streuverluste auf. Bei Solenoidspulen mit Tauchanker ist dieser Nachteil zwar nicht zu finden, aber es läßt sich ein Tauchanker nicht genügend reibungsirei führen, auch muß das Gewicht des Tauchankers genau ausgeglichen werden, so daß derartige Relais verwickelt im Aufbau sind. Main hat auch schon bei elektrischen Relais mit drehbarem Anker vorgeschlagen, diesen in dem von der Siolenoidspule. gebildeten Hohlraum anzuordnen. Bei einem bekannten Relais dieser Art, welches auf der magnetischein Abstoßung eines Stabänkers von einem Stabmagineten beruht, ist eine ausreichende Abstoßkraft nur bei erhöhter Leistungsaufnahme zu !erreichen; eine Momentschaltung läßt sich nur durch Zuhilfenahme zusätzlicher Schraubenfedem und Hemmvorrichtungen gewährleisten. Bei einem bekannten Relais ähnlicher Art ist dem den Innenraum der Solenioidspule fast ganz durchsetzenden Anker ein innerhalb der Spulenwicklung vorgesehener fester Kern mit zusätzlicher Wickelung und am Ende der Spule, in deren Hohlraum nur wenig hineinragend, noch ein Paar von Bolstücken zugeordnet. Auch hier treten große Streuverluste auf. Auch ist nicht mit Sicherheit bei in die Achsrichtung der Spule gedrehtem Anker mit genügendem Kontakt- Ί5 druck der Relaiskantakte zu rechnen, die eine Feder in ihre Ausschaltstellung zu drehen sucht.

Schließlich ist ein für hohe Schallgeschwindigkeiten bestimmtes Relais bekanntgeworden, bei welchem in den Hohlraum der Solenoidspule von entgegengesetzten Seiten her zwei feste Kerne eingeführt sind, die sich 'etwa in der Mitte der Spule ein wenig überlappen; zwischen ihnen ist der an einer Feder einseitig fest eingespannte Anker gelagert. Wenn auch hier ein durch den Kraftlinienfluß polarisierter und in Richtung senkrecht zur. 'Spuleinachse schwingender Anker vorgesehen ist, so bedeutet doch die mehrfache scharfe Umbiegung der Kraftlinien und das Fehlen einer kräftigen Zusammenfassung

derselben, daß auch hier die hohe Schaltgeschwindigkeit nur unter Inkaufnahme höherer Leistung aufgebracht werden kann. Das Relais nach der Erfindung besteht in an. sich bekannter Weise aus einer Solenoidspule, in deren Innenzaum ein auf einer. Schneide gelagierter, durch den Kraftlinienfluß polarisierter, in Richtung - senkrecht zur Spulenachse schwingender Anker und ein

ίο Solenioidkern hineinragen. Erfindungsgemäß wird nun zur Vierminderung der Leistungsaufnahme und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit vorgeschlagen, den Solenoidkern so anzuordnen und auszubilden, daß er den nicht zur Schaltbewegung des Ankers ausgenutzten Raum ganz oder fast ganz ausfüllt und gegenüber der Ruhestellung des Ankers mit einer den Luftspalt vergrößernden Ausnehmung versehen und derart bemessen ist, daß bei angezogenem, in .Spulenachsmitte liegendem Anker der vom Kraftfeld zu überbrückende Luftweg in Spulenhöhenmitte liegt. Bei !einer derartigen Ausbildung eines Relais mit polarisiertem Anker ist eine hohe Konzentration der Kraftlinien und eine weit bessere Ausnutzung des magnetischen Feldes erreicht, der Vorteil ist die Vermeidung von Streuverlusten sowie ein schnelleres und weicheres Ansprechen des Ankers. Es gelingt auf diese Weise, ein Relais mit besonders hoher Schallgeschwindigkeit und außerordentlich geringer Leistungsaufnahme zu schaffen. Die Versuche haben ergeben, daß die Schallgeschwindigkeit bis auf 0,5 Milli-Sekunden herabgedrückt werden kann. Der Anker wird, wie an sich bekannt, durch eine Spiral-, Zug- oder Druckfeder in seiner Aus-

"' gangsstellung gehalten, in der er außerhalb der Achslinie der Solenoidspule liegt. Ein solches Relais arbeitet auch bei Gleichstrom völlig einwandfrei. Bei Wechselstrom empfiehlt es sich, das möglicherweise auftretende Vibrieren des Ankers erfindungsgemäß durch ■einen zusätzlichen Magneten, z. B. einen permanenten Magneten, auszugleichen. Die beim Erfindungsgegenstand vorgesehene, den Luftspalt vergrößernde Ausnehmung des Kernes ist deshalb besonders zweckmäßig, weil dann der Anker bei seinen Bewegungen nicht von den Schwingungen der Stromstärke abhängig ist und keine, wie beispielsweise bei Meßinstrumenten bekannte hin und her pendelnde, von ■ der jeweiligen Stromstärke abhängige Bewegung ausführt.

Für besonders hohe Schaltgeschwindigkeiten kann erfindungsgemäß eine Verdoppelung des ganzen Relais vorgenommen werden. Der Anker besitzt dann die Form eines beispielsweise in Kugellagern gehaltenen Doppelhebeis, dem zwei Solenoidspulen zugeordnet sind. Die Schaltkontakte können unmittelbar an dem Drehanker vorgesehen sein, wobei es gleichgültig ist, ob nur eine einfache Aus- und Einschaltung oder eine Umschaltung in Frage kommt.

Die Zeichnung läßt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erkennen.

Abb. ι zeigt in einem Schnitt eine Ausführungsform mit einer Spule und einem in einer Schneide gelagerten Anker. Abb. 2 zeigt die gleiche Ausführung in einem senkrecht zu Abb. ι geführtem Schnitt. Abb. 3 zeigt eine Ausführung mit einem Doppelhebelanker und zwei zugehörigen Solenoidspulen.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 und 2 ist in dem Innenraum α des zur Aufnahme der Spulenwicklung b dienenden Spulenkörpers c mit kreisförmigem, rechteckigem oder ovalem Querschnitt der feste Kern d angeordnet. Ein die Spule U-förmig umfassender Lagerkörper ß besitzt an seinen oberen Enden Schneiden/ zur Lagerung des drehbaren Ankers g, der in Abb. 1 in seiner Mittelstellung, d. h. in derjenigen Stellung gezeichnet ist, in der beim Ausführungsbeispiel die Schaltkontakte h geschlossen sind. Der Kern λ? ist gegenüber der Ausgangsstellung des Ankers g (vgl. strichpvinktierte Linie) mit einer Ausnehmung/ versehen, so daß der Luftspalt zwischen dem Anker g und dem Kernrf in go der Ausgangsstellung des erster en größer ist als in der gezeichneten Endstellung. In dieser kann der Anker durch einen Ansatz / am Kernoi in seiner Bewegung begrenzt werden. Der Anker g steht unter der Einwirkung einer Spiralfeder k, die den Anker in die Ausgangsstellung zu bringen sucht. Der bewegliche Kontakt It ist an einem mit dem Anker g verbundenen Hebel m befestigt.

Die Wirkungsweise des Relais nach Abb. 1 und 2 ist kurz folgende: In der Ausgangsstellung bei nicht oder nicht genügend 'erregter Spule befindet sich der Anker gv in einer zur Achsmittellinie der Spule schrägen Lage, die Kontakte h sind geöffnet. Bei ausreichender Erregung der Spule wird der tief in den Innenraum der Spule hineinragende Anker g selbst stark magnetisiert, unter dem Einfluß der Kraftlinien nimmt der Anker g außerordentlich rasch entgegen der Wirkung der Feder k die in Abb. 1 dargestellte Lage ein, in welcher die Kontakte dann geschlossen sind. Je nach Art der Schaltung kann gleichzeitig mit dem Schließen des Stromkreises an den Kontakten/i der Erregerstromkreis für die Spule durch besondere Kontakte unterbrochen werden, so daß dann der Anker g unter der Einwirkung der Feder k wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehrt.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 unterscheidet sich von dem vorbeschriebenen da-

durch, daß gewissermaßen eine Verdoppelung des Relais nach Abb. ι und 2 vorgenommen ist. Der Ankerg_L ist hier als Doppelhebiel ausgebildet, seine Drehachse/z wird zweckmäßig in Kugellagern gehalten. Der Anker g_t steht auch hier unter Wirkung einer Feder k (hier als Zugfeder gedacht); er ragt mit seinen freien Enden in die Innenräume der beiden Spulen b, O₁ hinein. Ihm sind bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum Kernet zugeordnet, die gegenüber der in Abb. 3 dargestellten Ausgangsstellung des¹ Drehankers g eine Ausnehmung/ aufweisen. Die Wirkungsweise dieses Relais unterscheidet sich nicht von derjenigen der Ausführung nach Abb. 1 und 2. Zum Unterschied von der letzteren besitzt das Relais nach Abb. 3 noch einen zusätzlichen Magneten ο in Form eines Dauermagneten, der aber ebenso auch durch einen Elektromagneten ersetzt werden kann. Der Magneto wirkt zusammen mit einem mit dem Drehanker ^₁ in Verbindung stehenden Hebel p, er sucht diesen an sich heran und damit den Drehanker in die Ausgangsstellung zu ziehen.

Dadurch wird ein unerwünschtes Hinundherpendeln des Drehankers ^₁ verhindert. Selbstverständlich darf die Kraft des Haltemagneten ο nur seinem Zweck entsprechend, also nur so gering bemessen sein, daß es nicht etwa die gewünschte hohe Schaltgesehwindigkeit des Drehankers ^₁ hemmt.

Ein besonderer Vorteil des Relais nach der Erfindung, der sowohl bei der Ausführungsform, nach Abb. 1 und 2 wie auch bei der- jenigen nach Abb. 3 zu finden ist, besteht darin, daß das Relais auch bei kurzschrußartigen Stromstößen nicht zerstört oder beschädigt wird. Das Relais spricht natürlich beim Auftreten derartiger Stromstöße an, aber zufolge der reibungsfreien Lagerung des Ankers und des Ausgleichens seiner Masse

"setzt "der Anker der Magnetkraft einen ge- _f riijgen Widerstand entgegen, so· daß ein Bruch

ffer Lagerachse, wie sonst vielfach, beobachtet, nicht auftritt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Relais für hohe Schaltgeschwindigkeiten, z. B. für Gittersteuerungen, bestehend aus einer Solenoidspule, in deren Innenraum ein auf einer Schneide gelagerter, durch den Kraftlinienfluß polarisierter, in Richtung senkrecht zur Spulenachse schwingender Anker und ein Solenoidkern hineinragen, 'dadurch gekennzeichnet, daß der Solenoidkern (d) den nicht zur Schaltbewegung des Ankers (g) ausgenutzten Raum ganz oder fast ganz ausfüllt und gegenüber der Ruhestellung des Ankers mit einer den Luftspalt vergrößern- fi₍₎ den Ausnehmung versehen und derart bemessen ist, daß bei angezogenem, in Spulenachsmitte liegendem Anker (g) der vom Kraftfeld zu überbrückende Luftweg in Spulenhöhenmitte liegt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem in an sich bekannter Weise unter Federwirkung [W) stehenden Anker (^₁) ein zusätzlicher Magnet (o) zugeordnet ist, der den Anker in der Ausgangsstellung festzuhalten sucht.

3.- Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Doppelhebel ausgebildete Anker (^₁) unter der Einwirkung von zwei Solenoidspulcn (b, O₁) steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen