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Diese
Erfindung betrifft allgemein Relais und insbesondere elektromagnetische
Relais mit Kippankern.
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Eine
funktionale Steuerung elektrischer Schaltkreise wird gewöhnlich mit
automatischen Einrichtungen verschiedener Art erzielt, zu denen
Relais gehören,
mit denen es möglich
ist, eine Vielzahl von Betriebsfunktionen im automatischen oder
halbautomatischen Betrieb einzuführen.
Elektromagnetische Auslöserelais
arbeiten in der Weise, dass mit ihnen Schaltkreise im Falle eines
Fehlers, z.B. eines störfallbedingten
Stromkriechens, automatisch geöffnet werden,
um eine Beschädigung
anderer angeschlossener Vorrichtungen zu verhindern, wenn die Schaltkreise
wirksam bleiben.
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Relais,
die Kippanker verwenden, sind z.B. aus der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung
Nr. 643410 bekannt. Wie dort dargestellt, ist ein derartiges Relais
mit einer Gehäuseabdeckung
umgeben, die an der Oberseite eine Öffnung aufweist, durch die
ein Betätigungszapfen
eingeführt
ist. Das Relais weist einen Magnetkern auf, der durch eine Spule
gebildet ist, die um einen Spulenkern konzentrisch zu einem Elektromagnetkern
gewickelt ist. Der Kern ist durch einen der zwei Arme eines U-förmigen Elektromagnetjochs
mit einem Permanentmagneten, der mit der Unterseite des Jochs verbunden
ist, gebildet. Ein Anker ist kippbar über dem Magnetjoch montiert,
so dass er um die Ankerachse schwenkt, die integral an ihm angeschweißt ist.
Der Permanentmagnet erzeugt einen magnetischen Kreis, der den Anker an
dem U-förmigen
Elektromagnetjoch hält.
Wenn der Elektromagnet durch einen durch die Spule fließenden Strom
aktiviert wird, ruft er einen entgegenwirkenden magnetischen Kreis
hervor, der die Wirkung des Permanentmagneten aufhebt, so dass auf diese
Weise dem Anker ermöglicht
wird, durch die Wirkung einer Feder von dem U-förmigen Elektromagnetjoch weg
zu kippen. Wenn das Relais einmal deaktiviert ist und der Strom
nicht mehr fließt,
wird ein Zapfen betätigt,
um den Anker erneut zu schließen, indem
dieser in Kontakt mit dem Elektromagneten gedrückt wird.
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Da
der Permanentmagnet an dem unteren Mittelarm des Magnetjochs befestigt
ist und außerhalb
des Jochs liegt, bedeutet es, dass ein dazwischen liegender Luftspalt
vorhanden ist, durch den ein Teil des Magnetflusses des Magneten
verloren geht, was die Verwendung eines Hochleistungsmagneten notwendig
macht. Es sind häufig
Hochleistungsmagnete in der Größenordnung
von 100 μVA erforderlich,
um die notwendige Magnetkraft zu erzielen, die erforderlich ist,
um den Anker gegen die Wirkung der in die entgegengesetzte Richtung
wirkenden Feder zu halten.
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FR 2 410 353 A1 veranschaulicht
ein weiteres Relais mit einem Kippanker.
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Die
Gegenwart von Fremdpartikeln in Kleinrelais ist eine der Hauptursachen
für Relaisfehlfunktionen.
Deshalb haben Entwickler bei Kippankerrelais versucht, die Reibungen,
die an den Oberflächen
der Polkontaktoberflächen
hervorgerufen werden, zu minimieren, um die Verunreinigung in dem
Relais durch Reduktion der Menge von auf den Abrieb zurückzuführenden
Fremdstoffen zu vermindern und auf diese Weise die Lebensdauer des
Relais zu verlängern.
Es ist fer ner entscheidend, während
des Zusammenbaus von Relais, Kontaminationsstoffe in der Luft an einem
Eindringen zu hindern. Wenn jedoch bei dem vorstehend beschriebenen
Aufbau des Relais das Relais für
die Montage der Abdeckung und des Betätigungszapfens nach oben gerichtet
wird, können Schmutz
und Fremdpartikel in das Relais eindringen. Neben dem Ziel, die
Lebensdauer des Relais zu verlängern,
berücksichtigen
die Konstrukteure auch andere Faktoren, wie z.B. das Auffinden von
Wegen, um Materialkosten zu reduzieren sowie die Montage zu vereinfachen,
um die Personal- und Produktionskosten zu verringern.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme
zu überwinden
sowie ein verbessertes elektromagnetisches Relais zu schaffen, das
kostengünstiger
und einfach zusammenzubauen ist und das im Betrieb die Wirkung des
Permanentmagneten effektiver nutzt.
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Demgemäß ist durch
die vorliegende Erfindung ein elektromagnetisches Relais geschaffen, das
aufweist:
ein Gehäuse,
das das Relais beinhaltet;
einen Permanentmagneten, der ein
Magnetfeld liefert;
ein Magnetjoch, das mit dem Permanentmagneten zur
Vervollständigung
des Magnetflussweges verbunden ist, wobei das Magnetjoch einen ersten
und einen zweiten Arm aufweist;
eine Relaiswicklung, die um
den zweiten Arm des Magnetjochs herum gewickelt ist;
ein Ankerteil,
das über
dem Magnetjoch montiert ist, wobei der Anker in Abhängigkeit
von dem Magnetfeld betätigt
wird und über
dem ersten Arm des Magnetjochs schwenkt;
eine Stützeinrichtung,
die an dem ersten Arm des Magnetjochs montiert ist und eine Auflage
für das
Ankerteil bereitstellt;
eine Feder, die an einer äußeren Seite
des ersten Armes des Magnetjochs montiert ist und ein erstes Ende
sowie ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende mit der Stützeinrichtung
verbunden ist und das zweite Ende mit dem Anker verbunden ist, um
eine gegen den Anker wirkende Federkraft bereitzustellen; dadurch
gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist:
eine Rückstelleinrichtung
zur Rückstellung
des Relais;
wobei der Anker durch Kippen um den ersten Arm schwenkt
und die Stützeinrichtung
eine Klemme mit einer Anzahl seitlicher vorspringender Arme zur
Befestigung der Klemme an dem ersten Arm des Magnetjochs und ein
schräg
verlaufendes Stützmittel
zur Schaffung einer Auflage für
den Anker in einer Kippstellung des Ankers aufweist.
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Um
der Aufgabe und anderen Aufgaben, die sich hier nachfolgend erschließen, nachzukommen, liegt
ein Merkmal der Erfindung in einem elektromagnetischen Relais mit
einem Permanentmagneten, der in einem inneren Raum des U-förmigen Joch
eingebaut und, insbesondere durch Anlöten an einen Arm des U-förmigen Jochteils
in einer Position in der Nähe
und parallel zu dem unteren Mittelarm der U-Form, mit einem Arm
des Jochs verbunden ist.
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Ein
weiteres neues Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisches
Relais mit einer mechanischen Kontaktfläche, die von der magnetischen
Kontaktfläche
getrennt ist, um den Polflächenverschleiß aufgrund
der Reibung zu mindern. Die obere Fläche des freien Arms des Magnetjochs ist
mechanisch in eine zentrale Polfläche und zwei seitliche Flächen aufgeteilt.
Der Anker ist kippbar über
dem Magnetjoch befestigt und schwenkt über den beiden seitlichen Flächen, wodurch
er die Flussleitung auf die zentrale Fläche und die mechanische Reibung
auf die seitlichen Flächen
richtet. Eine neuartige Stützklemme
mit geneigten vorspringenden Schultern ist an dem freien Arm des
Magnetjochs befestigt, um die von dem Anker herrührende Beanspruchung beim Wiedereinschalten
teilweise zu verringern, und stellt eine Stütze für den Anker bereit. Die vorliegende
Erfindung reduziert weiterhin Material- und Montagekosten, wobei
die Ankerflächen durch
eine asymmetrische Form leicht identifizierbar sind, so dass folglich
nur einer Seite oberflächenbehandelt
werden muss und was dem Montagepersonal hilft, die behandelte Seite
leicht zu identifizieren.
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Ein
weiteres neues Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein mechanischer
Dämpfer
in der Form eines dünnen
Blechs, das über
dem Anker montiert ist, um die Belastung, die mit dem Wiedereinschalten
der Schaltung verbunden ist, von den Polkontaktflächen weg
zu führen.
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Ein
noch weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Klappe,
die zur externen Montage des Betätigungszapfens
dient und somit die Gefahr, dass Fremdpartikel während der Montage in das Relais
eindringen, stark reduziert.
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Die
Klappeneinrichtung mit einer obenan vorgesehenen Öffnung zur
Einführung
des Zapfens schnappt in eine Vertiefung auf der Abdeckung des Relais
ein und ermöglicht
eine Installation des Zapfens nach dem Einbau der Abdeckung des
Relaisgehäuses.
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Die
neuen Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung betrachtet
werden, sind in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben. Die Erfindung selbst gemeinsam mit weiteren Aufgaben
und ihren Vorteilen wird am besten aus der folgenden Beschreibung
verstanden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen wird.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Elemente
in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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1 zeigt
eine Explosionssicht der Baugruppe des Relais gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2A zeigt
eine perspektivische Ansicht und 2B und 2C zeigen
zwei Seitenansichten des Magnetjochs des Relais nach 1.
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3A und 3B zeigen
perspektivische Ansichten, die mögliche
Ausführungsformen
des Jochs darstellen, das eine Öffnung
oder Ausnehmung in dem unteren Zentralarm der U-Form aufweist.
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4A zeigt
eine perspektivische Ansicht der Klemmvorrichtung, und 4B und 4C zeigen
die verschiedenen Ansichtarten der Klemmvorrichtung.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die den Anker veranschaulicht, wie
er in Bezug auf das Magnetjoch positioniert ist.
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6 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die die Deckelklappe und ihre Schnappverschlusslage bezüglich der
Gehäuseabdeckung
des Relais veranschaulicht.
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7 zeigt
eine Seitenansicht des U-förmigen
Jochs und eines Permanentmagneten nach dem Stand der Technik.
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8 zeigt
eine Seitenansicht des Relais in seinem entregten Zustand.
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9 zeigt
eine Seitenansicht des Relais in seinem erregten Zustand.
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10 zeigt
eine Seitenansicht des Relais gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung mit einem neuartigen Dämpfersystem unter
Veranschaulichung des Relais in seinem entregten Zustand.
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11A zeigt eine perspektivische Ansicht der Klappenabdeckung. 11B zeigt eine Draufsicht, die die Positionierung
des Ankers bezüglich
der Klappenabdeckung veranschaulicht.
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12A, 12B und 12C zeigen Seitenansichten, die veranschaulichen,
wie die Dämpfereinrichtung
funktioniert.
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Relais gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein Relais zeigt, das eine Gehäuseabdeckung 1 aufweist,
die durch eine Schnappverschlussbasis 2 verschlossen wird.
Wie zu ersehen, weist der Magnetkreis des Relais ein U-förmiges Joch 15 aus
einem weichmagnetischen Material auf, an dem ein Permanentmagnet 18 angebracht
ist (in 1 nicht gezeigt). Ein Arm 15b des
Jochs ist von einem Spulenkörper 11 umgeben,
um den eine Wicklungsspule gewickelt ist und der einen Spulenkern 10 bildet.
Der andere Arm des Jochs, der freie Arm 15a, verläuft durch
eine Öffnung 16 in
einer Stützunterlage 9,
so dass die Unterseite des Magnetjochs in der Stützunterlage 9 eingeschlossen
ist. In der oberen Fläche
des Arms 15a sind mechanisch zwei Kerben eingekerbt, die
die obere Polfläche
des freien Arms in eine zentrale Polfläche und zwei Schulter- oder
Seitenflächen
unterteilt. Ein Anker 6 ist direkt über dem Magnetjoch befestigt
und schwenkt durch Kippen um die beiden Schulterflächen des
freien Arms 15a des Magnetjochs. Sowohl der Anker 6 als
auch das Joch 15 sind aus einem „weichmagnetischen" Material hergestellt.
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Die
Geometrie des Ankers 6 bietet sich selbst für einen
weiteren Vorteil der Erfindung an. Es hat sich als wirtschaftlich
erwiesen, lediglich eine Seite des Ankers einer Oberflächenbehandlung
zu unterziehen oder mit einer qualitativeren Behandlung zu versehen,
und zwar die Seite, die dem Magnetkern gegenüber liegt und ihn berührt. In
dieser ersten Ausführungsform
hat der Anker eine asymmetrische Form, um den Montagearbeitern eine
schnelle und fast automatische Identifikation der behandelten Seite
zu ermöglichen.
Die Erfindung sollte jedoch nicht auf diese Bauart beschränkt sein.
Alternativ kann der Anker zur Markierung seiner Seiten Unterscheidungsmerkmale
aufweisen, um den Montagearbeitern zu ermöglichen, seine Seiten schnell
und automatisch zu identifizieren, damit sie den Anker korrekt in
das Relais einbauen.
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In
der ersten Ausführungsform
ist der Anker 6 durch eine asymmetrische paddel- oder schafelförmige Blechplatte
mit einem breiten Ende sowie einem schmalen Ende gebildet, wobei
das breite Ende die zwei seitlichen Schultern des Jochs überdeckt, während das
schmale Ende den Spulenkern 10 überlappt, wenn der Magnetkreis
deaktiviert ist. (Siehe 5, die den Anker veranschaulicht,
wie er bezüglich
des Magnetjochs positioniert ist.) Wenn der Magnetkreis durch Zuführung von
Strom zu der Wicklung aktiviert wird, kippt der Anker unter der
Spannkraft der Feder 8, wobei ein Ende der Feder 8 an
einem vorspringenden Arm an dem breiten Ende des Ankers 6 eingehängt ist,
während
das andere Ende der Feder 8 an einer Klemmvorrichtung 7 eingehängt ist, die
an dem freien Arm 15a des Magnetjochs befestigt ist. Die
Feder 8 neigt dazu, den Anker 6 in die Richtung
der Öffnung
oder Trennung von dem Arm 15b zu kippen.
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2A, 2B und 2C zeigen
jeweils eine perspektivische Ansicht und zwei Seitenansichten des
Magnetjochs 15. Ein Permanentmagnet 18 ist zwischen
den zwei Armen des Jochs platziert sowie an dem schmäleren Arm 15b angelötet und
bildet den Kern des Magnetkerns. Der Teil des Jochs unterhalb des
Magneten wird als magnetischer Nebenschluss oder Shunt bezeichnet.
Der Permanentmagnet 18 ruft eine Zirkulation des Magnetflusses
in dem Pfad hervor, der sowohl durch das Joch 15 als auch den
Anker 6 gebildet ist, wie in 2B dargestellt,
so dass, wenn der Anker auf dem Arm 15b ruht, die magnetische
Wirkung den Anker 6 gegen die Kraft der Feder 8 in
Stellung hält.
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2A und 2C zeigen
auch zwei Kerben an der oberen Fläche des freien Arms 15a,
die die Polflächen
in eine größere zentrale
Polfläche
und zwei kleinere seitliche Schulterflächen unterteilen. Während Wiedereinschaltzyklen
des Relais wird eine ziemlich große Druckeinwirkung herbeigeführt und durch
die Polflächen
des Jochs 15 sowie den Anker 6 aufgenommen. Eine
derartige Beanspruchung bei Wiedereinschaltung wird durch eine Klemmvorrichtung 7,
die als Nächstes
erläutert
wird, wesentlich verringert.
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3A und 3B zeigen
zwei mögliche Ausführungsformen
des Magnetjochs 15 mit einer Öffnung oder Ausnehmung in dem
unteren Zentralarm 15c der U-Form. Die Öffnung 15' kann in Form eines
Bohrloches, wie in 3A, oder durch eine Anzahl von
Kerben, wie in 3B, gebildet sein. Die Öffnung 15' ermöglicht eine
bessere Steuerung der Öffnung
des Relais, d.h. eine Überwindung
der Magnetkraft, die den auf dem Arm 15b ruhenden Anker 6 zurückhält, und
ermöglicht
dem Anker, unter der Wirkung der Kraft der Feder 8 zu kippen.
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4A, 4B und 4C zeigen
verschiedene Ansichten einer Klemme 7 mit einer Anzahl
von vorspringenden Seitenarmen, die ihr ermöglichen, um den freien Arm 15a des
Magnetjochs eng geklemmt zu werden. Es ist ein schräg vorspringender
Teil 7'' an einem Ende
der Klemmvorrichtung 7 vorgesehen, der einem geschlossenen
Ende der Feder 8 ermöglicht,
an der Klemme 7 eingehängt
zu werden. An dem entgegen gesetzten Ende der Klemmvorrichtung sind
zwei schräg
verlaufende Flächen 7' vorgesehen,
die eine Stütze
oder Auflage für den
Anker 6 bereitstellen. Die beiden schräg verlaufenden Flächen 7' stellen auch
eine weitere nützliche Funktion
bereit, indem sie die Drehung des Ankers 6 begrenzen sowie
eine Verlagerung des Ankers 6 vermeiden, die durch die
Zugkraft der Feder 8 verursacht wird, wenn der Magnetkreis öffnet.
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Wie
vorstehend erläutert,
ist eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, zur Reduzierung
der Arbeits- und Herstellungskosten die Montage zu vereinfachen.
Der offene Haken der Stützfeder
in einem Relais nach dem Stand der Technik kann sich einfach verwickeln
und eine Störung
während
des Montagevorgangs nach sich ziehen. Die vorspringenden Teile des
Ankers 6 und der Klemmvorrichtung 7 erlauben die
Verwendung einer Feder 8 mit geschlossene Enden aufweisenden
Haken, was die Montage des Relais erleichtert.
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Eine
weitere Verbesserung des Aufbaus als auch der Montage des Relais
besteht in einem neuen Klappendeckel 20, der das Risiko
minimiert, dass Fremdpartikel in das Relais eindringen. 6 zeigt den
Klappendeckel 20 und seine Schnappverschlussbeziehung zu
der Gehäuseabdeckung 1 des Relais.
Die Klappe 20 weist eine zentrale Öffnung 19 für die Einführung des
Betätigungszapfens 21 von außen und
seine Montage auf, die es ermöglicht,
die Gehäuseabdeckung 1 des
Relais in einer früheren Phase
einzubauen, als nach dem Stand der Technik möglich. Die Gehäuseabdeckung 1 ist
mit einer geringfügig
eingeformten Vertiefung im oberen Teil der Abdeckung mit zwei auskragenden
Merkmalen 22 versehen, die einen Schnappverschluss mit
den Fenstern 23 in der Klappe bilden. Die Gehäuseabdeckung 1 ist
ferner im oberen Teil mit einem kleinen offenen Loch versehen, damit
der Zapfen 21 durchgehen kann. Mit dem Klappendeckel 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Gehäuseabdeckung 1 zuerst
installiert werden, wobei nur das kleine Loch an der Oberseite offen
und freigelegt bleibt. Als nächstes
wird der Zapfen 21 durch die Öffnung 19 der Klappe
hindurchgeführt,
wobei die Klappenvorrichtung 20 mit dem Zapfen 21 auf
die Relaisabdeckung 1 aufgeschnappt und die Relaismontage
beendet wird.
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Um
darüber
hinausgehend die Vorteile des optimierten Aufbaus gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verstehen, soll zunächst
ein Überblick über die
grundsätzliche
Arbeitsweise von elektromagnetischen Relais der Bauart mit Kippanker
gegeben werden. Bei diesen Relaistypen muss der Magnetkreis stets
einen Pfad bereitstellen, damit der Fluss des Magneten durch die
Luftspalte zwischen dem Anker und dem Magnetjoch hindurchgeht. Dieser
offene Pfad A beginnt bei einem Pol des Magneten, endet bei dem
anderen Pol und wird durch den Permanentmagneten geschlossen. Es
gibt auch, damit das Relais funktioniert, einen weiteren Pfad B
in dem Magnetkreis des Relais für
den durch den Stromfluss in der Spule hervorgerufenen Fluss, der
durch den gleichen Anker und dieselben Luftspalte fließt, wie
im Pfad A. Der Pfad B kann jedoch nicht wie beim Pfad A durch den
Permanentmagneten geschlossen werden. Der Grund hierfür liegt
darin, dass der Permanentmagnet aus einem „hartmagnetischen" Material hergestellt
ist und eine viel geringere Permeabilität als der Magnetkreis, der
aus einem „weichmagnetischen" Material hergestellt
ist, aufweist. Deshalb ist ein weiterer sekundärer Kreis C erforderlich, der
ein anderes Problem verursacht, weil der Fluss des Permanentmagneten
jetzt zwei Pfade A und C aufweist um zu fließen, anstatt wie vorher lediglich
einen. Das bedeutet, dass lediglich eine bestimmte Menge des Flusses
des Permanentmagneten benutzt wird, um den Anker und das Joch tatsächlich zusammenzuhalten.
Der verbleibende Teil des Flusses des Permanentmagneten wird durch
den Sekundärkreis
aufgebraucht.
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7 zeigt
ein Relais nach dem Stand der Technik, bei dem der Permanentmagnet 18 außerhalb
des U-förmigen
Magnetjochs angeordnet und an dem unteren Zentralarm 15c des
Jochs angebracht ist. Die Anordnung des Permanentmagneten an der Außenseite
des U-förmigen
Jochs hat zwei magnetische Kreise zur Folge. Der Kreis C verläuft zwischen dem
Permanentmagneten und dem zentralen unteren Arm 15c des
U-förmigen Teils.
Der andere Kreis A verläuft
durch die U-förmigen Arme
des Jochs und den Anker, der auf den Armen der U-Form ruht. Die externe
Anordnung des Permanentmagneten bedeutet, dass ein Teil des Flusses
verloren geht, was einen hochintensiven Magneten in der Größenordnung von
100 μVA
erforderlich macht, um die Magnetkraft zu erhalten, die erforderlich
ist, um den Anker gegen die kippende Wirkung der Feder zu halten.
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In
der vorliegenden Erfindung ist der Magnetkreis des Relais optimiert
durch: 1) einen Permanentmagneten, der viel näher an dem Anker und intern
innerhalb des U-förmigen
Jochs platziert ist; und 2) ein optimiertes U-förmiges Magnetjoch mit einem
Sekundärkreis,
der eine reduzierte Quer schnittsfläche in der Form der zentralen
Polfläche
des Jochs aufweist.
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Der
Permanentmagnet ist im Inneren des U-förmigen Jochs eingebaut, durch
Löten an
einem Arm des Jochs befestigt und nahe und parallel zu dem unteren
Zentralarm 15c angeordnet. Die Lage des Permanentmagneten
bedeutet, dass es keinen Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten
und dem Joch gibt, was eine verlustfreie Zirkulation des magnetischen
Flusses erleichtert. Zusätzlich
erlaubt dieser Aufbau den zwei gebildeten Magnetkreisen A und B
(siehe 2B) dort, wo sie zusammentreffen, die
gleiche Richtung zu haben, wodurch eine optimale magnetische Wirkung
erzielt wird, um den Anker 6 in einer ruhenden Position
auf dem Joch 15 zu halten, und die Verwendung eines Permanentmagneten einer
viel kleineren Intensität
in der Größenordnung von
30 μVA oder
dergleichen, verglichen mit einem herkömmlichen Relais von ungefähr 100 μVA, ermöglicht wird.
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Der
optimierte Aufbau des Jochs ermöglicht weiterhin
die Verwendung eines kleineren und kostengünstigeren Permanentmagneten
in dem Relais. 8 und 9 veranschaulichen
die Funktionsweise des Relais mit einem optimierten Aufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung. In 8 ist der Magnetkreis deaktiviert,
d.h. die Spule ist NICHT durch Stromzuführung erregt. Wenn die Spule
entregt ist, fließt
der Fluss des Permanentmagneten 18, der in dem Innenraum
zwischen den zwei Armen des Jochs 15 angeordnet ist, von
einem Pol zum anderen, indem er zwei verschiedenen Pfaden folgt:
1) durch den unteren Teil des Jochs 15 und 2) durch den
Anker 6 unter Strömung
durch die Polflächen
des Jochs 15 und die Luftspalte, die den Anker 6 und
das Joch 15 voneinander trennen. Dieser Fluss überwindet
die Gegenkraft der Feder 8 und drückt den Anker 6 eng an
das Magnetjoch 15. Da der Anker 6 aufgrund der Kraft
des Flusses des Permanentmagneten eng an dem Joch 15 gehalten
wird, befindet sich der Zapfen 21 in einer „eingezogenen" Stellung in dem
Innenraum der Gehäuseabdeckung 1 des
Relais.
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In 9 ist
der Magnetkreis aktiviert, d.h. die Spule ist durch Stromzuführung erregt.
Wenn die Spule erregt ist, erzeugt sie einen magnetischen Wechselfluss
in dem Magnetkreis. Dieser Fluss fließt durch den Anker 6,
einen der Arme des Jochs 15 hinunter, durch den magnetischen
Nebenschluss oder Shunt (den Teil des Jochs 15 unterhalb
des Permanentmagneten 18) hindurch und den anderen Arm
hinauf, um den Magnetkreis zu schließen. Der magnetische Wechselfluss
ruft eine Schwingung des Flusses durch die Luftspalte zwischen dem
Anker 6 und dem Joch 15 hervor, was eine ähnliche
Schwingung der Magnetkraft, die den Anker 6 und das Joch 15 zusammenhält, herbeiführt. Wenn
der Strom ausreichend groß ist,
wird der alternierende Magnetfluss in die entgegen gesetzte Richtung
des Permanentmagnetflusses erzeugt und überwindet diesen, wodurch er
seine Wirkung aufhebt und verursacht, dass die den Anker 6 and
das Joch 15 zusammenhaltende Magnetkraft unter das Niveau
absinkt, die zur Überwindung
der Gegenkraft der Feder 8 notwendig ist, um den Anker 6 vom
Kippen abzuhalten. Der Anker 6 kippt von dem Magnetjoch 15 weg,
und das Kippen vergrößert den
Luftspalt zwischen ihm und dem Joch 15. An diesem Punkt
wird der magnetische Widerstand in dem Magnetkreis des Relais vergrößert, während der
Magnetfluss in dem Kreis verringert wird, was den Kreis daran hindert,
sich selbst wieder zu schließen.
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Wenn
der Anker kippt, schiebt er den Zapfen 21 nach oben und
drückt
das Ende des Zapfens durch die Öffnung
in der Abdeckung 1, um auf einen Auslösemechanismus einzuwirken.
Eine der Mechanismen, die das Relais gemäß der vorliegenden Erfindung
einsetzen können,
ist das Auslösen
eines Fehlerstromschutzschalters. In Fehlerstromschutzschaltern
wird ein Fehlerstrom durch einen Magnetkern, d.h. einen Stromtransformator,
detektiert, der ein elektromagnetisches Relais wie bei der vorliegenden
Erfindung speist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es Vorrichtungen, wie
Fehlerstromschutzschaltern, bei sehr niedriger Leistung, von z.B.
30 μVA,
auszulösen,
jedoch alle Merkmale und die Stabilität von Hochleistungsrelais unter
gleichzeitiger Verwendung von eines viel kleineren und kostengünstigeren
Magnetkerns zu haben.
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Nachdem
der Anker 6 in die Offenstellung wegkippt, wird das Relais
durch einen externen Druck auf den Zapfen 21, um ihn zurück in das
Gehäuse
zu drücken,
wieder eingeschaltet. Wenn der Zapfen 21 in den Innenraum
der Abdeckung zurück geschoben
wird, wird der Anker 6 gegen das Joch 15 gedrückt, bis
die Luftspalten zwischen ihnen klein genug sind, um dem Fluss des
Permanentmagneten zu ermöglichen,
die zwei Teile mit dem auf dem Joch ruhenden Anker zusammenzuhalten,
und um den Magnetkreis zurück
in seinen deaktivierten Zustand zu überführen. Während des Wiedereinschalt-
oder Rückstellzyklus
des Relais, schwenkt der Anker 6 um die Ränder der
zwei seitlichen und kleineren Polflächen des Jochs 15 herum.
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Der
Kippmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung verlängert
beträchtlich
die Lebensdauer des elektromagnetischen Relais. Die Gestaltung des
Jochs, das eine mit dem Anker in Kontakt stehende obere Fläche aufweist,
die mechanisch in eine zentrale Polfläche und zwei Seitenflächen aufgeteilt ist,
ermöglicht
es, dass der Flussverlauf hauptsächlich
zu der zentralen Polfläche
mit einem größeren Flächeninhalt
geleitet wird, während
die Öffnungs-/Schließbetätigungen
in erster Linie auf die seitlichen Flächen mit kleineren Flächeninhalten
gerichtet werden. Da die meiste Abnutzung, die durch die Öffnungs-/Schließbewegungen
des Relais verursacht wird, auf die zwei seitlichen Flächen konzentriert
ist, bleiben während
der Lebensdauer des Relais die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der
maßgeblichen
magnetischen Polflächen
wenig beeinträchtigt.
Zusätzlich
erzeugt die mechanische Auftrennung der oberen Fläche des
Jochs zwei Kerben oder Zwischenräume,
die die beiden seitlichen Flächen
von der zentralen Polfläche
trennen und es auf diese Weise ermöglichen, dass sich lose Partikel, die
aufgrund von Beanspruchung und Reibung während der Öffnungs-/Schließvorgänge des
Ankers erzeugt werden, in den Kerben ansammeln, anstatt die zentrale
Polfläche
zu erreichen und die magnetischen Merkmale des Kreises zu beeinflussen.
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10 zeigt
eine Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit
einem neuen Anker und einem Dämpfermechanismus
zeigt. 11A und 12A zeigen
den Dämpfer
in der Form einer Blatt- oder Klappenabdeckung 30, die
bevorzugt aus einem metallischen Blech hergestellt ist, auf der
Oberseite des Ankers montiert ist und den Anker von der Rückstelleinwirkung
des Zapfens 21 trennt. Auf der Sei te der Klappenabdeckung 30,
die dem Anker 6 gegenüberliegt,
ist ein vorspringender Arm 31 vorgesehen, der an die Blechabdeckung durch
Schweißen
oder Löten
angebracht werden kann. Der vorspringende Arm 31 und der
Biegeteil 30' an
einem Ende der Klappenabdeckung 30 liefern die Kraft, die
erforderlich ist, um die Klappenabdeckung 30 bei den Wiedereinschalteinwirkungen
des Rückstellzapfens
zu drücken
und zurückzubringen. Der
vorspringende Arm 31 und ein zugehöriger Hohlraum 32,
der durch eine Tasche in dem Anker 6 gebildet ist, definieren
den Berührungspunkt,
bei dem die Rückstellkraft
auf den Anker 6 übertragen
wird und den Anker 6 gegen das Joch 15 drückt, um
das Relais wieder einzuschalten. 12B zeigt
eine Draufsicht unter Veranschaulichung des Ankers, wie er in Bezug
auf die Klappenabdeckung 30 positioniert ist. In der Figur
erstreckt sich ein Ende der Dämpferabdeckung 30 über dem
Kippende des Ankers 6 und ermöglicht der Feder 8,
an dem Ende der Dämpferabdeckung 30 sowie
an dem vorspringenden Arm des Ankers 6 eingehängt zu werden.
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Um
die vorteilhaften Merkmale des neuen Dämpfers gemäß der Erfindung vollständig zu
erfassen, ist es wichtig, einen Auslöse- oder Schnellschließbetrieb
in einer Vorrichtung, wie z.B. einer Fehlerstromschutzrichtung,
zu betrachten. Während dieses
Vorgangs beträgt
die dynamische Energie, die durch die Fehlerstromschutzvorrichtung
zur Rückstellung
des Relais aufgewandt wird, ungefähr das Zehnfache der Energie,
die erforderlich ist, um das Relais zu schließen. Wenn das Relais rückgesetzt wird,
wird diese große
Energiemenge dem Anker zugeführt,
um das Relais zu schließen.
Tests haben gezeigt, dass bei derartigen Wiedereinschaltvorgängen die
normale Abnutzung des Relais zunächst an
den Polflächen 15a auftritt,
wo der Anker beim Kippen mit dem Magnetjoch in Berührung steht.
Nachdem das Relais über
eine Zeitdauer hinweg benutzt worden ist, und nach einer Anzahl
von Öffnungs-/Schließvorgängen, tritt
die Abnutzung an den Polflächen 15b über dem
Spulenkern auf, wo die Energie auf den Anker gerichtet wird, um
das Relais zu schließen.
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Die
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem neuen Kippmechanismus und einem
Jochaufbau mit einer zentralen Fläche und zwei seitlichen Flächen minimiert
die Abnutzung oder den Verschleiß an den Polflächen 15a.
Die vorstehend beschriebene neue Dämpfereinrichtung verringert
die Beanspruchung und Abnutzung an der verbleibenden Polkontaktfläche 15b. 12A, 12B und 12C veranschaulichen, in welcher Weise die Dämpfereinrichtung
funktioniert, um die Polflächen des
Jochs 15 und den Anker 6 von dem Großteil der Beanspruchung
beim Wiedereinschalten zu entlasten. Nachdem das Relais ausgelöst worden
ist, kann es durch einen von außen
ausgeübten
Druck auf den Zapfen 21, um diesen in die Abdeckung zurück zu drängen, rückgestellt
oder wieder eingeschaltet werden. Wenn der Zapfen 21 zurück in den
Innenraum der Abdeckung gedrückt
wird, um das Relais zurückzusetzen,
wird die Rückstellkraft
nicht direkt auf den Anker 6 übertragen, da der Anker 6 gegenüber dem Zapfen
durch die Dämpferabdeckung 30 abgeschirmt
ist. Die Rückstellenergie
wird stattdessen auf die Dämpferabdeckung 30 gerichtet
und anschließend über den
Berührungspunkt 32 auf
den Anker 6 übertragen.