DE7047116U

DE7047116U - Magnetsystem fur hochempfindlich ein stellbare elektrische Haftrelais

Info

Publication number: DE7047116U
Application number: DE7047116U
Authority: DE
Original assignee: Felten & Guilleaume Schaltanlagen GmbH
Current assignee: Felten & Guilleaume Schaltanlagen GmbH
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1970-12-21
Publication date: 1971-03-18
Also published as: DE2062885A1; DE2062885C3; DE2062885B2

Description

Anmelder: Feiten & Guilleaume Schaltanlagen GmbH 415 Krefeld Am Neuerhof

Fl 31916 5 Köln- Mülheim, den l8. Dezember 1970

Dr.H/Wz .

Magnetsystem für hochempfindlich einstellbare elektrische Haftrelais

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem für hochempfindlich einstellbare elektrische Haftrelais mit einem Dauermagneten, bei dem die wirksame magnetomotorische Kraft durch Schwenken seiner Nord-SUd-Aohse einstellbar ist und einem Weichelsensystem, das aus einem magnetischen Hebenschluß zu den Dauermagneten, zwei Polschuhen, von denen einer die Erregerwicklung trägt, und dem Kippanker besteht.

Derartige hochempfindlich einstellbare elektrische Haftrelais werden in elektrischen Schaltungen benc'tigt, in denen es darauf ankommt, Schaltvorgänge mit sehr kleinen elektrischen Strömen sicher zu steuern. Sie werden zweckmäßig so aufgebaut, daß ein Anker durch die von einem Magnetfluß erzeugte Kraft lic angezogenen Zustand gehalten wird. Ein auf einem Polschuh angeordneter,

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aus diesem und einer Leiterspule bestehender Elektromagnet erzeugt einen Gegenfluß, durch den die Haftkraft auf den Anker auf- i .srehoben wird, so daß dieser abfällt und den Schaltvorgang auslöst. : Die Fertigungstoleranzen der Einzelteile eines solchen Relais ) lassen nur eine sehr grobe Einstellung der Haftkraft zu. Daher ] sollen diese Relais so aufgebaut sein, daß der im Spalt zwischen Anker und Polschuh wirksame Magnetfluß so einstellbar ist, daß durch die Fertigungstoleranzen sich ergebende Stückschwankungtm der Haftkraft ausgeglichen werden können. Dieser Ausgleich soll so genau wie möglich erfolgen können.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse einen Im Umriß kreisförmigen Dauermagneten, dessen Nord-Süd-Achse in Richtung eines Kreisdurchmessers liegt, gegenüber einem System von zwei Pclschuhen so anzuordnen, daß der in diesen Polschuhen und dem , Anker erzeugte Fluß durch Schwenken der Nord-Süd-Achse des Magneten eingestellt werden kann (DT-PS 1 194 056). Diese Einstell- \ mögllchkeit ist aber sehr grob, weil sie den vollen, vom Dauermagneten erzeugten Fluß betrifft.

Es 1st daher auch schon bekannt, die wirksame magnetomotorische Kraft des Dauermagneten durch einen Weicheisennebensohluß so zu schwächen, daß nur der relativ kleine Restfluß eingestellt zu werden braucht (DT-PS 1 6^9 196). Bei gleicher prozentualer Einstellmöglichkeit betrifft eine solche Einstellung dann nur kleine Absolutwerte und wird dadurch absolut gesehen entsprechend empfindlicher. Wenn der durch den Elektromagneten erzeugte Gegenfluß aber so vermindert werden soll, daß kleinste elektrische Ströme zu ihrer Erzeugung ausreichen, das Relais also wirklich hochempfindlich 1st, so erweist sich auch diese Anordnung als nicht ausreichend.

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E3 ist auch in den bekannten Anordnungen schon davon gesprochen worden, statt eines einzigen mehr als einen bzw. zwei Dauermagnete zu verwenden (DT-OS 1 659 196, DT-AS 1 162 483), cLceh dient diese Maßnahme nicht zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Relais, sondern ist im wesentlichen konstruktionsmäßig bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen, in wirtschaftlicher Weiser herzustellenden Mitteln eine hochempfindliche Einstellung des Magnetsystems zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, Λ' magnetischen Weg durch denjenigen der beiden Polschu die Erregerwicklung nicht trägt, ein weiterer Dauermagnet .,erhaltet ist, dessen wirksame magnetomotorische Kraft durch Schwenken seiner Nord-Süd-Achse einstellbar ist.

In der Durchführung des Erfindungsgedankens liegt der erste der Dauermagneten an der Nebenschlußplatte drehbar an, während der zweite der Dauermagneten im ersten Polschuh drehbar eingesetzt 1st, während der andere Polschuh die Erregerwicklung trägt und bei Fließen eines Stromes durch dieselbe zum Elektromagneten wird.

Weiterhin ist das erfindungsgemäße Magnetsystem so aufgebaut, daß der erste Dauermagnet Über die magnetischen Widerstände des Magnetkreises im Arbeitsluftspalt des Relais einen stärkeren, grob regelbaren Magnetfluß erzeugt, während der zweite Dauermagnet Über die magnetischen Widerstände des Magnetkreises hier einen schwächeren Magnetfluß zur Folge hat, so daß dem resultierenden Fluß eine Haftkraft des Relais entspricht, die den Anker auch bei mechanischer Erschütterung des Relais sicher hält, aber schon von einem, durch einen sehr geringen elektrischen Strom in der Erregerwicklung des Elektromagneten erzeugten Gegenfluß aufgehoben wird.

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Zweckmäßigerweise liegt der Anker des erfindungsgemäßen Magnetsystems kippbar auf zwei Ankerlagern des einen Polschuhes und bei?. Ansiehen »pit- seinem keilstumpff8rtni£en Vorderteil auf dem anderen Polschuh auf.

Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße hochempfindliche Relais so verwendet, daß es bei seinem Abfallen die Schaltklinke eines Fehlerstromschutzs.chalters auslöst.

mit der Erfindung erzielten Verteile bestehen insbesondere darin, daß nunmehr verhältnismäßig grobe Fertigungstoleranzen für die Teile des Magnetsystems zugelassen werden können, da ihre Auswirkung einmal grob, also über einen großen Bereich, durch den ersten Dauermagneten, sodann aber mit großer Feinheit durch den zweiten Dauermagneten ausgeglichen werden kann. Gröbere Fertigungstoleranzen bedeuten aber eine wirtschaftliche Herstellung. Dies wird noch dadurch unterstützt, daß die verwendeten Teile herstellungstechnisch günstige Formen besitzen. So lassen sich die kreisrunden Dauermagnete aus Sintermaterial besonders vorteilhaft fertigen. Die drehbare Lagerung der Dauermagnete ist wegen der Kreisform einfach durchzuführen. Das aus dem Nebenschluß und den Polschuhen bestehende Weicheisengebilde ist ein einfaches Stanzteil aus Blech gleichmäßiger Wandstärke, desgleichen der Anker. Alle Teile sind dabei kräftig, so daß das ganze System ein sehr robustes Relais ergibt. Die Kippankeranordnung hat den besonderen Vorteil, daß bei der Betätigung des Ankers sehr geringe Reibungskräfte wirksam werden, wodurch die Emfpindlichkeit weiter erhöht wird. Schließlich ist die nunmehr mögliche, sehr feine Einstellung der Haftkraft überhaupt erst die Vorbedingung dafür, noch höher empfindliche Relais zu schaffen als sie dem derzeitigen Stand der Technik entsprechen.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.

7C4711618.3.71

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Pig. 1 Scheaiatisohs Ansicht des afs

Fig. 2 MZgZ)*.tisches Schaltbild des »*agnetsystems

In der in Fig. 1 dargestellten schematischen Ansicht des Magnetsystems ist zunächst ein Dauermagnet PMl gezeigt. Dieser liegt drehbar an einem magnetischen Nebenschluß N_ an, wobei die LuftsplatenLNl und LN2 entstehen. De^ magnetische Nebenschluß N ist Teil eines Weicheisenkreises, der weiterhin aus dem linken Polschuh 2. *-i*>d d#5! rechten Polschuh 2 besteht und durch den Anker _A geschlossen wird.

In dem linken Polschuh I^ ist ein zweiter Dauermagnet PM2 drehbar eingelassen. Der linke Polschuh I^ wird dadurch in die Teile 11 bis 15 aufgeteilt. Zunächst setzt sich der Querschnitt dss magnetischen Nebenschlusses N im Unterteil 11 des Polschuhes I^ fort. Er ist durch eine Ausnehmung geachwächt* Die Teile 12 bis 15 umgeben den drehbaren Dauermagneten PM2. Der linke Polschuh endet in den beiden Ankerlagern 16 und 17.

Auf den Ankerlagern 16 und 17 liegt der Anker A auf, wobei sich die Luftspalte LlAl und L1A2 bilden. D.^.e Ankerlager 16 und 17 und die Auflagestelle des Ankers A_ sind in bekannter Weise so auegebildet, daß der Anker hlnr eine Kippbewegung vollführen kann. Der zwischen den Ankerlagern 16 und 17 liegende Teil des Ankers A_ ist mit Al bezeichnet. Der Anktr liegt in seinem stumpfkeilförmig zulaufenden finde auf dem rechten Polschuh 2 auf. Dieser rechte Polschuh 2 trägt eine Drahtwicklung. Wird diese von einem elektrischen Strom durchflossen, se entsteht der Elektromagnet EM zwischen den Teilen 21 und 22 des rechten Polschuhes.

Fig. 2 zeigt das magnetische Schaltbild des Magnatsystems. Der Dauermagnet PMl erzeugt die tragnetisohe Durchflutung oder magnetomotorische Kraft(3p_M1. Diese bewirkt das Fließen feines niagne-

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tischen Teilflusses zunächst über den magnetischen Widerstand ^RLN1 ^und ^LNg ^{durch den} magnetischen Nebenschluß j£ mit dem magnetischen Widerstand PL,. Der magnetische Wido~3cand R ist dabei allgemein bestimmt durch die Gleichung:

R = ^λ M₉

worin 1 die Länge des betreffenden Teilstückes und q der Flächen inhalt seines Querschnittes ist.

ist die Permeabilität des Materials dieses Teilstückes, wobei it dessen relative Permeabilität und α die Permeabilität des leeren Raumes ist.

Ein weiterer Teilfluß fließt unter der Wirkung der Durchflutung (^?p_M1 in die Polschuhe I^ und ,2. Im linken Polschuh I^ fi idert er zunächst den magnetischen Teilwiderstand R-. vor. Dieser wird durch die im Eisen dieses Polschuhes vorgesehene Ausr.ehim.ng in seiner Größe eingestellt. Sodann führt der Weg dieses Flusses rund um den zweiten Dauermagneten PM2 herum. Die Teilstücke dieses Weges haben die magnetischen Widerstände R₁₂ bis R₁C* Dem durch die Durchflutung(@L - erzeugten Fluß überlagert sich hi* aber ein zweiter Fluß, der durch die von dem zweiten Dauernd -^n erzeugte Durchflutung{fc5p_M2 erzeugt wird. Da der Magnet PM2 drehbar ist, ist dieser Anteil wiederum einstellbar. Der Gesamtfluß durchsetzt das Teilstück 15 und gabelt sich sodann, da der linke Polschuh in die beiden Ankerlager 16 und 17 ausläuft. Hier findet er den magnetischen Widerstand Rj.. und Rr_Ap der beiden Luftspalte zwischen den Ankerlagern und dem Anker vor und durchsetzt sodann das die beiden Ankerlager überdeckende Teilstück Al des Ankers mit dem magnetischen Widerstand R_A1♦ Von dort laufen zwei Teilflüsse durch die magnetischen Widerstände R.. und R.p der Teilstücke Al und A2 zur stumpfkeiifö'rmigen Spitze des Ankers.

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Der ·;■ -5 Teil dec von dei Dur-hflutun.^ (h)™-. erzeugton Flusses f.lieLx oer die magnetischen Teil ilderstä. de R₂- und FL^ des rechten Folschuhes 2. In diesem ist der Au siöseiIuS wirksam, der durch die vcn dem Elektromagnet an EM erzeugte Durchflvtung^™ bewirkt wird. Die auf den Anker des Magnetaystems ausgeübte Kraft wird durch den aus allen Tei.lfl aasen resultierenden Gesamtfluß bestiiamt, der im Luftspalt LA^ zwischen Ankerlager X und recntem Polschuh 2 wlncsam wird. Bei derartigen Relais wird der Anker zunäohst zua Aufliegen auf dem »chten Polschuh gebracht. Die durch die Dauermagnete erzeugten Flüsse bewirken, daß er in diesem Zustand, auf dem Polschuh haftet, auch entgegen einer z.B den Anker von den Polen wegziehtncle;t Kraft einer Spiralfeder. Die magnetomotorische KreftQ?,-. des ElekXKOmagneten EM bewirkt bei richtiger Polung einen üe?enfluß, der diese Haftung aufhebt, so daß di« Perter den Anker abziehen kann und das Relais auslöst. Sie ergibt sich aus dere Produkt der Windungszahl der Spule mit don sio durchfließenden Strom, ^e kleiner der Strom ist, der zur Auslösung genügt, desto empfindlicher ist das Relais, desto mehr Kommt es nber auch darauf en, d-ß die Haltekraft auf den Anker genau einstellbar 1st. Da sie sehr klein ist, würde die normalerweise durch einen Dauermagneten erzeugte Durchflutung zu groß sein, wsnn dieser Magnet voll in den Weicheisenkreis eingeschaltet würde. Daher verwendet «nan nur einen Teil des erzeugten Flusses, Indern man den Nebenschluß N für den Magnoten PMl vorsieht.

Durch Schwenken dür Nord-SUd-Achse dieses Magnaten ist die Größe der wirksamen Durchflutung ©_pM1 zwar einstellbar. Die im Luftspalt bei LAS benötigte Haftkraft muß aber um so genauer einstellbar sein, Je kleiner sie ist. Es zeigt '"ich, da£ die Einstellung durch Verschwenken des Magneten PMl zu grob ist. Wird ein bestimmter Schwellwert unter3jhritten, so haftet der Anker nicht mehr, insbesondere wenn das Relais mechanischen Erschütterungen ausgesetzt 1st. Bei zu grober Einstellmöglichkeit muß die Haftkraft daher so groß eingestellt werden, daß eine entsprechende Sicherheit besteht. Demlt aber w⁴rJ das Gerät entsprechend unempfindlich.

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In der berchriebenen erfindungsgeraäSan Anordnung ist in don Zug des einen der beiden, durch dio von dem Magneten PMl erzeugte Durchf lu*-.ung bewirkten, Teilflüsse ein zweiter einstellbarer Magnet PM2 so eingesc altet, daß er, wiederum unter Anordnung von Nebenschlüssen, einen verhältnismäßig kleinen und dah« sehr ger.au einstellbaren Gegenfiuß erzeugt, mit dessen Hilfe die Haltekraft so genau über dem Schwellvrert liegend eingestellt werden kann, daß der zur Auslösung notwendige Strom auf einöm Mindestwert gehalten werden kann, das Gerät also hcOhstempfindlich wird.

Das Magnetsystem wird, wie aus dem Gesagten hervorgeht, mit Hilf· des Dauermagneten PKl grob und nach Fixierung desselben durch den zweiten Magneten euf Höchstempfindlichkeir ei.gestellt.

Claims

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Anspruchs;

1. Magnetsystem für hochempfindlich einstellbare elektrische Haftrelais mit einem Dauermagneten, bei dem die wirksame magnetomotorische Kraft durch Schwenken seiner Nord-Süd-Achse einstellbar 1st und einem Weicheisensystem, das aus einem magnetischen Nebenschluß zu dem Dauermagneten, zwei Polschuhen, von denen einer die Erregerwicklung tragt, und dem Kippanker besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in den magnetischen Weg durch denjenigen der beiden Polschuhe, der die Erregerwicklung nicht trägt, ein weiterer Dauermagnet eingeschaltet ist, dessen wirksame magnetomotorische Kraft durch Schwenken seiner Nord-Süd-Achse einstellbar ist.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h η e t, daß der erste der Dauermagneten (PMl) an der Tebenschlußplatte (N) drehbar anliegt, während der zweite der Dauermagnete (PM2) im ersten Polschuh (Ij drehbar eingesetzt ist, während der andere Polschuh (2) die Erregerwicklung trägt und bei Schließen eines Stromes durch dieselbe zum Elektromagneten (EM) wird.

\ Z>. Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn- < zeichnet, daß der vom ersten Dauermagneten (PMl) über

die magnetischen Widerstände (R) des Mignetkreises im Arbeitsluftspalt (LA2) des Relais einen stärkeren, grob regelbaren Magnetfluß erzeugt, während der vom zweiten Dauermagneten (PM2) über die magnetischen Widerstände (R) des Magnetkreises hier einen schwächeren Magnetfluß zur Folge hat, so daß dem resv.ltierenden Fluß eine Haftkraft des Relais entspricht, die den Anker auch bei mechanischer Erschütterung des Relais sioher hält, aber schon nuf einen, durch einen sehr geringen elektrischen Strom der Erregerwicklung des Elektromagneten (EM) erzeugten Qegenfluß aufgehoben wird.

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4. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker kippbar auf zwei Ankerlagern (16, 17) des einen 'olschuhes (l_) und in angezogenem Zustand mit seinem kei!stumpfförmigen Vorderteil auf dem andere* Polschuh (2', aufliegt.

^c. Magnet system nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais bei seinem Abfallen die Schaltklinke eines Fehlerstromschutzschalters auslöst.