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Selbsttätiges elektromagnetisches Arbeitsgerät, -z. B. elektromagnetisches
Relais Bei selbsttätigen elektromagnetischen Arbeitsgeräten, wie beispielsweise
Selbstschaltern zum Schutze eines Stromnetzes oder Verbrauchsapparates gegen überlastung,
wirkt auf den Anker nicht nur die Elektromagnetkraft, sondern auch noch diejenige
einer Rückholfeder ein, die .den Anker nach erfolgtem Ansprechen in seine Ausgangsstellung
zurückbringt. Während der Anzugsbewegung des Ankers wird die Rückholfeder immer
stärker gespannt, so daß sie mit immer mehr zunehmender Kraft den Anker zurückzubringen
sucht. Diese Erscheinung ist so lange unbedeutend, als dieauftretenden Elektromagnetkräfte
um ein Vielfaches größer sind als die Rückholkraft der Feder: An .Stelle einer Federazur
Erzeugung der Rückholkraft hat man bei elektromagnetischen Relais auch schon Dauermagnete
vorgesehen. So ist es beispielsweise bei einem elektromagnetischenPendelgleichrichterbekannt,
den Anker unter den Einflüß zweier abwechselnd arbeitender Elektromagnete zu setzen,
die entsprechend der Frequenz des Wechselfeldes eine hin und her pendelnde Bewegung
des Ankers erzeugen. Es ist bei dieser bekannten Ausführung ferner noch ein Dauermagnet
vorgesehen, der in der Ruhelage des Gerätes, also bei Betriebsstillstand, den Anker
in der genauen Mittellage zwischen den Polen der Elektromagnete hält. Bei einer
weiteren bekannten Ausführung wirkt auf den Anker eines Relais außer den beiden
Polen eines Elektromagneten auch noch ein Dauermagnet ein, der den Anker in seiner
Ausgangsstellung festhält. Bei Erregen der Spule des Elektromagneten wird dem durch
denDauermagneten erzeugten Feld ein Gegenfeld aufgedrückt, sodaß die Haltekraft
:des Dauermagneten aufhört und der Anker vom Elektromagneten an-
"-ezog,-n
wird. Bei Enterregung des Elektroinagneten dauert der Abbau des elektromagnetisch
erzeugten Feldes so lange, daß der Anker durch sein eigenes Gewicht wiedy,r in die
Ausgangsstellung zurückkehrt, in d-
er er dann nach endgültigem Abbau des
elekt magnetischen Feldes vom Dauermagnete wie;ler gehalten wird.
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Abgesehen davon, daß bei .diesen bekannten Ausführungen nicht beabsichtigt
ist, durch besondereAusgestaltungdes Rückholmagneten die Schaltvorgänge im Sinne
einer bestimmten Charakteristik zu beeinflussen, handelt es sich auch hei diesen
bekannten Relais, wie beispielsweisebeiÜberstromschaltern, um solche, bei denen
die Elektromagnetkraft um ein Vielfaches größer ist als die Rückholkraft.
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Die Verhältnisse ändern sich jedoch dann, wenn die Verstellkräfte,
also z. B. die Elektromagnetkraft und die Rückholkraft, in ihrer Größe nur wenig
voneinander abweichen. Es ist z. B. bekannt, Überstromschalter oder Relais auf thermischem
Wege zur Auslösung zti bringen. Man kann sich hierzu eines Hitzedrahtes o:ier eines
Biinetallstreifens bedienen, die beispielsweise auf eine Schaltwelle einwirken und
diese entgegen einer Rückholfeder zu verdrehen suchen. Sowohl die Verstellkraft
eines Bimetallstreifens als auch diejenige eines Hitzedrahtes ist verhältnismäßig
klein. Ähnliches gilt z. B. für Erdschlußrelais, die beim Ansprechen durch Schließung
eines Kontaktes ein Signal auslösen oder einen sonstigen Schaltstromkreis schließen.
Die Kontaktgabe muß unter allen Umständen eine sichere sein, doch ist bekanntlich
bei Erdschlußrelais die auftretende Verstellkraft sehr klein, insbesondere bei elelctrodvnainischen
Relais ist zufolge Mangels an Eisen das Drehmoment gering. Als weiteres Beispiel
für ein Arbeitsgerät mit geringen Verstellkräften seien die bekannten Kontaktvoltmeter
für Spannungsregelung genannt, welche z. B. auf die. Felderregung eines Generators
einwirken oder auf einen Verstellniotor für das Einschalten vonRegulierwiders *inilen.
Beim Absinken oder Ansteigen der Spannung müssen im letzteren Falle möglichst rasch
zusätzliche Widerstände ein- oder abgeschaltet «-erden. Die von Kontaktvoltmetern
aufzubringenden Verstellkräfte sind aber gering. Als gänzlich andersgeartetes Beispiel
seien z. B. Strahlendruckmesser genannt, wie sie zur Bestimmung des Druckes der
Sonnenstrahlen verwendet werden.
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In diesen und ähnlichen Fällen ist aber nicht nur das Verhältnis zwischen
Verstellkraft und Rü ckholkraft sehr klein, es tritt -zum mindesten mitunter auch
noch eine weitere Aufgabe in Erscheinung, die mittels der bekannten Relais nicht
gelöst werden kann. So ist es beispielsweise hei den erwähnten Reglern erforderlich,
daß das Drehmoment be jeder Stellung des Reglers ein gleich große: ist. Wollte man
zur Erzielung astatischei -''ewegungsvorgänge der Verstellkraft ein( ;Feder zuordnen,
so müßte die Cliarakteristil ye,l#er Astatikfeder auf das genaueste der Charak-'teristik
der Verstellkräfte angepaßt sein, was, wenn überhaupt, nur unter Überwindun größter
Schwierigkeiten zu erreichen ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf selbsttätige elektromagnetische Arbeitsgeräte,
z. B. elektromagnetische Relais, welche unter der Wirkung einer geringen Verstellkraft
und einer Rückholkraft stehen, die durch einen 'Magneten erzeugt wird, dessen Anker
in der Ausgangs-(Ruhe-)Stellung sich in der Nähe der Magnet. pole befindet und von
diesem durch die Verstellkraft entfernt -wird. Nach der Erfindung wird vorgeschlagen,
den Magneten als Ringniagneten auszubilden, innerhalb dessen sich der Anker dreht
und dessen Wandstärke gegenüber den Enden des Drehankers in seiner Ruhestellung
am größten ist und sich in der Drehrichtung des Ankers entsprechend der erforderlichen
Höhe der Rückholkraft ändert. Eine solche Ausbildung ist nicht nur leicht herstellhar
und gestattet di° Unterbringung der erforderlichen Teile auf kleinstem Raum; es
ist auch nicht zu befürchten, daß bei längerem Gebrauch mit einer Änderung der Rückholkraft
zu rechnen ist, wie das z. B. hei den bekannten Relais der Fall ist, hei denen dem
Sie Rückholkraft erzeugenden Dauermagneten ;in Gegenfeld aufgedrückt wird. Vor allein
ist es beimErfindungsgegenstande vorteilhaft, daß durch Ausgestaltung der Wandstärke
des Ringmagneten die Größe der Rückliolkraft, der Zeitpunkt ihres Wirksam- oder
Wielerwirksarnwerdens ganz nach Belieben, und zwar bis auf das genaueste eingestellt
werden kann. Dabei besteht die Einrichtung zur Erreugung der Rückholkraft aus nichts
«-eiter als dem im Durchmesser gegebenenfalls sehr klein zu haltenden Ringmagneten
und dem zugehörigen Anker, der sich selbst bei elektromagnetischen Relais, bei denen
es auf Raumausnutzung weitest gehend ankommt, sehr leicht befestigen läßt.
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Die Zeichnung läßt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
erkennen, wobei für die Erfindung unwesentliche Einzelheiten nicht mit dargestellt
sind. Als Ausführungsbeispiel ist ein elektromagnetisches Relais angenommen. Abb.
i veranschaulicht die grundsätzliche Anordnung beim Erfindungsgegenstand. Abb. 2
läßt eine Abänderungsmöglichkeit des Ringmagneten erkennen.
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Angenommen ist ein Elektromagnet a lnit Erregerspule b, dem auf der
Schalt-,velle'c ein drehbarer Anker d zugeordnet ist. Wie auch bei sonstigen elektromagnetischen
Relais soll
bei Erregen der Spule b der Anker d aus
seiner in ausgezogenen Linien veranschaulichten Ausgangsstellung an die Pole des
Magneten a angezogen werden (A'bb. r, gestrichelte Stellung); beim Ausbleiben der
Erregung in der Spule b soll der Anker d in seine Ausgangsstellung zurückkehren.
Wollteman dieSchaltwelle c, auf welcher die nicht dargestellten Relaiskontakte zudenken
sind, unter den Einfluß einer Rückholfeder stellen, würde diese beim Übergang des
Ankers d aus seiner Ausgangsstellung in diejenige, welche durch gestrichelte Linien
veranschaulicht ist, immer stärker gespannt werden, sie würde also fortgesetzt auf
die Schaltwelle c eine Kraft ausüben, die die Relaiskontakte zu öffnen sucht. Das
könnte zur Folge haben, daß bei geringer Änderung der Erregung der Spule b das Relais
bereits abfällt oder der Anker d zu vibrieren anfängt.
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Nach der Erfindung ist beim Ausführungsbeispiel auf der Welle c ein
Weicheisenanker e drehbar angeordnet, .dessen Enden zugespitzt sein können. Um den
Ankere ist, gegebenenfalls für sich drehbar und feststellbar, ein Ringmagnet f mit
ausgeprägten Polen NundS angeordnet. An den Polen N und S ist die
Wandstärke des Ringmagneten f am größten, sie nimmt in den beiden möglichen Drehrichtungen
des Ankers e allmählich ab. Es könnte auch eine plötzliche Änderung der Wandstärke
des Ringmagneten, f, z. B. auch eine stufenweise Änderung der Wandstärke durchgeführt
sein. An Stelle eines Dauermagneten f kann man auch einen Elektromagneten verwenden.
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In der gezeichneten Ruhestellung ist die Haltekraft des Ringmagneten
f am größten, da der Luftspalt zwischen Anker e und den Polen N und
S am geringsten ist. Spricht nun das Relais a an, so wird beim Anziehen des
Ankers d mit der Schaltwelle c auch der Rückholanker e gedreht. Das hat zufolge
der Ausbildung,des Ringmagneten f .die Wirkung, daß der Luftspalt zwischen Anker
e und den Polen N und S immer größer, also die Rückholkraft des Ringmagneten f immer
geringer wird. In der gestrichelten Lage .des Rückholankers e entsprechend der gestrichelten
Lage des Relaisankers d besteht nur noch eine so geringe wirksameMagnetkraft"daß
beimAusbleiben der Erregung der Spule b der Rückholanker e und damit auch der Relaisanker
d in die Ausgangsstellung zurückgebracht werden. Während dieser Rückbewegung wächst
mehr und mehr die Rückholkraft des Ringmagneten f, wodurch das Zurückführen des
:Systems in seine Ausgangslage sichergestellt -@S 3rd.
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' `Abb. 2 veranschaulicht eine besondere Ausbildung .des Ringmagneten
f, dessen Wandstärke nicht nur an den Polen N und S am stä'X-ksten ist, sondern
im Anschluß an eine Schwächung g wieder zunimmt, sodaß gewissermaßen -der Rückholanker
e in der in Abb.2 gestrichelt veranschaulichtenLage zufolge der Verstärkungen h
der Wandstärke des Ringmagneten feine zweite Ruhestellung findet. Man kann demnach
durch das bloße Verändern der Wandstärke des Ringrnagneten f die Höbe der Rückholkraft
verändern, und zwar derart veränderlich machen, daß sie während der gesamten Bewegung
des Rückholankers e eine abnehmende, anschließend wieder zunehmende; gegebenenfalls
anschließend wieder abnehmende Höhe annimmt. Man kann demnach auf sehr einfache
Weise bei allen Anwendungsfällen die Höhe und Veränderung der Rückholkraft den jeweiligen.
Erfordernissen entsprechend bemessen.
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Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf das in derZeichnung veranschaulichteAnwendungsbeispiel
beschränkt, sondern stets dann anwendbar, wenn verhältnismäßig geringen Verstellkräften
eine Rückholkraft entgegenzuwirken sucht.