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Schnell arbeitendes- Relais, insbesondere Telegrafierelais Von einem
Telegrafierelais wird im allgemeinen gute Empfindlichkeit und gute Wiedergabe der
Telegrafiezeichen verlangt. Die Einhaltung -der letzten Forderung ist besonders
bei hoher Telegrafilergeschwindigkeit nicht leicht einwandfrei zu erfüllen. Vielfach
werden bei der Beurteilung von Telegrafierelais die statischen Eigenschaften, wie
z. B. statischer Kontaktdruck, zu 'sehr in den Vordergrund gestellt und in dynamischer
Hinsicht nur nebenher das Prellen als Erscheinung für sich betrachtet. Ein schnell
arbeitendes Relais ist jedoch einvorwiegend dynamisches Problem.
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Bei ,größerer Telegrafiergeschwindigkeit wächst mit der dazu erforderlichen
erhöhten Umschlaggeschwindigkeit der Anteil der zur Überwindurng der Massenträgheit
der bewegten Teile notwendigen Kräfte gegenüber den magnetischen Kräften. Damit
hängen die Arbeitseigenschaften und auch die Prellvorgänge zusammen.
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Die Eigenschaften solcher Relais lassen sich verbessern, wenn man
ihre beweglichen Teile ohne Beeinträchtigung der magnetischen und elektrischen Verhältnisse
so leicht als möglich macht bzw. einen drehbaren Anker mit kleinstmöglichem Triigheitsmoment
um seine Drehachse verwendet.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch ermöglicht, daß die radiale Ausdehnung
des Ankers klein gehalten ist gegenüber seiner axialen Ausdehnung und die Drehachse
von der Schwerpunktachse nicht weiter entfernt ist, als der halben radialen Ausdehnung
des Ankers entspricht bzw. mit dieser zusammenfällt.
Dadurch kann
ein kleines Trägheitsmoment bei hohem Ansprechmoment erzielt werden.
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Es sind bereits Anker von elektromägne tischen Relais bekannt, deren
Ausdehnung .7n. radialer Richtung kleiner ist als in axialer. Richtung. Bei diesen
Ankern verläuft jedoch die Drehachse außerhalb des langen und schmalen Ankerteils,
so daß diese Anker ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment aufweisen. Die Ausbildung
dieser bekannten Anker erfolgt im übrigen nicht mit Rücksicht auf geringe Massenträgheit,
sondern aus anderen Gesichtspunkten.
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Eine Begrenzung der erfindungsgemäßen radialen Verkürzung des Ankers
ist gegeben, wenn der Kraftfluß der Pole nicht mehr mit dem nötigen Querschnitt
in -den Anker eintreten kann. Um dies auszugleichen, wird die axiale Ankerlänge
r vergrößert. Linear damit nimmt das Trägheitsmoment zu, während es mit der dritten
Potenz der radialen Länge abnimmt. Es tritt daher keine wesentliche Verschlechterung
der durch die Verkürzung gewonnenen Vorteile ein.
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Das Ergebnis dieser °i.Tberlegungen ist ein länglicher Anker, an.
dessen Längskanten die magnetischen Kräfte angreifen. Wie klein die radiale Länge
gemacht werden kann, hängt vom magnetischen Kreis und von der Ausführungsmöglichkeit
der Spulen ab. Die axiale Länge ist mechanisch dadurch begrenzt, daß der Anker sich
um seine Längsachse verdrehen und auch störende Drehschwingungen ausführen kann,
wenn er zu lang wird.
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Falls notwendig, kann der Anker auch aus Blechen aufgebautwerden,
beispielsweise nach Abb. r, wo die einzelnen Bleche a auf eine kantige Achse b aufgereiht
sind, elie gleichzeitig als Gummilager dienen kann, oder auf ein elastisches Band
c (in Abb. 2), dessen Enden wie unten beschrieben eingespannt werden. Der magnetische
Kraftfluß braucht dabei die Trennfugen nicht zu durchsetzen.
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In Abb.2 ist die Anordnung mit einem elektrischen Band .dargestellt.
Die Befestigung geschieht hierbei z. B. durch festgelötete Endscheiben. Auch ein
Kontakthebel läßt sich leicht befestigen.
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Um. die Vorteile des verkleinerten Träg-. heitsmoments voll auszunutzen,
ist es notwendig, die Kontakte, falls der Hebelarm zu klein wird, auf einem möglichst
leichten. Hebel anzubringen.
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Auch Prellungen der Kontakte lassen sich mit einem Anker mit kleiner
Trägheit leichter vermeiden: Die Bewegungsenergie des Anker
1 W2 wird beim Aufeinanderschlagen der Kontakte vernichtet und kann sich dabei in
Prellschwingungen umsetzen. Bei kleinem Trägheitsmoment gelingt eine Dämpfung oder
.--,wenigstens die Erzielung einer hohen Fr euenz <%r Prellschwingungen leichter.
.-,Ein besonderer Vorteil der beschriebenen :'-Ärkerform ist ferner, daß die Festigkeitseigenschaften
des Ankerwerkstoffes, zu dessen Wahl die magnetischen Eigenschaften allein maßgebend
sein müssen, keine -große Rolle spielen, da der Anker günstig beansprucht ist im
Gegensatz zu anderen Ankerformen, bei denen z. B. die Weichheit des kohlenstoffarmen
Eisens Schwierigkeiten machen kann. Es ist daher auch eine Ausführung aus Eisenpulverpreßstoff
möglich, die zur Verringerung der Wirbelstromverluste und damit zur Erhöhung -der
Arbeitsgeschwindigkeit erwünscht ist.
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Für die ,Lagerung sind verschiedene Ausführungen möglich. Bei fast
allen ist eine elektrische Ableitung von den Kontakten-über die Lagerung leicht
zu erreichen.
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Beispiels#,'Ä,eise ist in Abb.3 eine Spitzen-oder Zapfenlagerung dargestellt;
bei der dis Zapfen an den länglichen Anker, der aus magnetischem Preßstoff bestehen
kann, befestigt sind: In Abb, q. ist eine elastische Lagerung eines solchen Ankers
dargestellt; wobei die Enden der elastischen Ansätze d eingespannt werden. Die genaue
Einhaltung der Ankerlage kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß der
- -Anker mit seinen elastischen Ansätzen unter Zug eingespannt wird: Hierbei tritt
der weitere Vorteil einer Kontaktdruekverminderung bei unveränderten magnetischen
Kräften auf, da die Wirkung der magnetischen Kräfte durch die elastischen Gegenkräfte
der Ansätze oder Bänder ''teilweise aufgehoben werden. Die Ansätze können beispielsweise
aus Drähten mit Kreis- oder Rechteckquerschnitt bestehen. Um eine Dämpfung der Lagerung
zu erzielen, kann der Zapfen oder auch der Anker selbst mit Gummi umhüllt eingespannt
werden.
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In Abb. 5 ist ein solcher Anker dargestellt, beidem die Zapfen e mit
einem Gummiring f umgeben sind. Diese Art der Lagerung läßt kleine Bewegung mit
Dämpfung zu. Man kann auch besonders ausgebildete Schwinglag er verwenden, die einen
kleinen Bewegungswiderstand aufweisen. Prellschwingungen werden durch die Gummilagerung
in besonders guter Weise gedämpft. Bei einer starren Ankerkontaktanordnung prellt
diese Anordnung als Ganzes, während die elastisch gedämpfte Lagerung Lagerspiel
vermeidet und die Prellungen abdämpft.
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In Abb. 6 ist die Wirkungsweise der Gummilage dadurch schematisch
dargestellt, daß der Anker in stark ausgezogenen Linien in der
Mittellage
und gestrichelt beim Aufschlag auf den unteren Kontakt dargestellt, ist. Man ersieht
hieraus, daß das Aufschlagen des Ankers nicht so leicht zu einem Zurückprellen des
Ankers führt, sondern dann sich die Drehachse innerhalb des Gummiringes verschiebt.
Verwendet man statt der dargestellten runden Zapfen kantige, so kann die Richtkraft
des Ankers besonders groß gemacht werden.
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Die verschiedenen Lagerungsmöglichkeiten sind auch in geeigneter Kombination
zu verwenden, beispielsweise, Spitzenlagerung mit ;gummigelagerter Pfanne oder verdrehbar
elastischen Zapfen, die in Gummi eingespannt liegen usw. Bei dieser Art der elastisch
gedämpften Lagerung brauchen die Kontakte, um Prellgefahr zu vermeiden, nicht auf
einem elastischen Kontaktarm angeordnet sein, sondern es ist auch eine Ausführung
mit starrem Kontaktarm möglich, so daß sich jede Art der bekannten Ausführung von
Kontaktarmen für den Zusammenbau mit dem erfindungsgemäßen Anker eignet.
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Die Polschuhe werden zweckmäßig, um der Form des Ankers angepaßt zu
sein, mit länglichem Endquerschnitt als stumpfe Schneiden ausgebildet.
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In Abb.7 ist eine zweipolige Anordnung dargestellt, die eine gute
Zugänglichkeit des Ankers ermöglicht. Mit einer vierpoligen Anordnung nach Abb.
8 ist aber eine wesentlich bessere Wirkungsweise zu erzielen. Wie aus den Abbildungen
zu entnehmen ist, weist die Ausbildung der Relais nach der Erfindung außer guten
mechanischen auch besonders gute magnetische Eigenschaften auf, da der Kraftlinienweg
kurz ist und sich mit sehr geringem Widerstand ausführen läßt. Die Remanenz des
Ankers ist hierbei infolge des geringen Abstandes der :entmagnetisierenden freien
Enden besonders klein.
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In Abb. 9 ist ein vollständiges Relais mit Wicklung schematisch dargestellt,
und zwar ist eine Flachspule verwendet, die einen besonders guten Eisenschluß ergibt.
Insbesondere kann durch die Flachspule ein geringer Kupferverlust erreicht werden,
der unabhängig von der Dicke der Eisenpole ist, da die Spule nicht um die Pole herumgreift.
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Es kann aber auch zweckmäßig sein, jedem Pol eine besondere Wicklung
nach Abb. i o zuzuordnen, da hierdurch die Anbringung der Wicklung erleichtert ist,
man somit schaltungstechnisch freie Hand hat, der Anker sehr leicht zugänglich ist
und die Anbringung eines Kontaktarmes somit wesentlich erleichtert ist.
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Eine Einstellung der Lage des Ankers bzw.',des Kontaktarmes kann bei
eingespanntem Anker in einfacher Weise durch Verdrehen der Einspamistellen bzw.
durch Einstellen des Magnetsystems vorgenommen werden.
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In den Abb. i i und i z sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
zur Einstellung des Polabstandes schematisch dargestellt.
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Besonders leichte Einstellmöglichkeiten und günstige magnetische Verhältnisse
gibt eine Ausführung der Polschuhe nach Abb. 13, wo ein sehr breiter Wickelraum
für die Anbringung einer gedrungenen Spule vorhanden ist. Zweckmäßig wird hierbei
jeder einzelne Polschuh für sich verstellbar angeordnet, etwa nach Art der Abb.
12 oder ähnlich. Durch die besondere Ausbildung der Polschuhe wird auch eine mechanisch
und magnetisch besonders günstige Form des Ankers ermöglicht. Dieser selbst kann
wieder aus Blechen oder aus Preßmasse aufgebaut sein.
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Besonders ,günstige Verhältnisse gibt eine Aufteilung der Pole, wie
sie in Abb. i q. dargestellt ist. Hierbei werden die magnetischen Teilflüsse vollkommen
voneinander unabhängig und die .gesamte Induktivität der An-. Ordnung vermindert.
Besonders vorteilhaft ist die Aufteilung zur Anbringung des Kontaktarmes am Relaisanker.
Auch bei dieser Anordnung können die Kupferverluste durch Verwendung von Flachspulen
vermindert werden.
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Die Erfindung ist nicht allein auf Telegrafierelais beschränkt, sondern
kann überall da Anwendung finden, wo schnell arbeitende Relais mit geringem Trägheitsmoment
er--wünscht sind und wo die Gefahr von Prellungen der Kontakte sicher vermieden
werden soll.