DE862804C

DE862804C - Elektromagnetisches Relais mit Rueckstellfeder

Info

Publication number: DE862804C
Application number: DEL3518D
Authority: DE
Inventors: Henri Perret
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1942-12-21
Filing date: 1943-01-16
Publication date: 1953-01-12
Also published as: FR900447A; GB577545A; BE453635A; US2455699A; CH234436A; NL58512C

Description

Relais finden in der Elektrotechnik allgemein Verwendung und bestehen in der Hauptsache aus einem Elektromagneten und einem Anker. Letzterer steht meistens unter der Wirkung einer Feder und kann sowohl als Klappanker, als Drehanker wie auch als Tauchanker ausgebildet sein. Ungeachtet dieser Ausführungsarten kann man bei allen Relais je nach der Verwendung zwei Hauptgruppen unterscheiden. Bei der ersten Gruppe muß das Relais in ίο einem bestimmten Zeitpunkt eine gewisse Arbeit leisten, was ohne Schwierigkeiten durch genügende Erregung des Elektromagneten erreicht wird. Bei der zweiten Gruppe muß das Relais seine Arbeit bei einer ganz bestimmten Erregung ausführen, und zwar sollte, auch bei Grenzerregung, die Bewegung sicher und eindeutig erfolgen.

Die Erfindung bezieht sich auf Relais der zweiten Gruppe. Bei solchen Relais hat die magnetische Anziehungskraft in Funktion des Ankerabstandes einen hyperbolischen Verlauf, während die Rückstellkraft der Gegenfeder linear verläuft. Um ein sauberes Arbeiten zu erzielen, muß man die Rückstellfeder vorspannen. Steigert man nun die Erregung eines solchen Relais, so beginnt der Anker sich zu bewegen, sobald die magnetische Anziehungskraft gegenüber der Vorspannung der Rückstellfeder überwiegt. Da die Fläche zwischen der Kurve der magnetischen Anziehungskraft und

der Kurve der Rückstellkraft der Gegenfeder, beide Kräfte in Abhängigkeit des Ankerweges dargestellt, ein Maß für das Arbeitsvermögen des Ankers darstellt, so· ist leicht einzusehen, daß- dieses Arbeitsvermögen klein bleibt, da beide Kurven einen ähn- - ■ liehen, steigenden Verlauf haben. Abgesehen von. diesem geringen Arbeitsvermögen wirkt es sich für gewisse Anweridungszwecke, z. B. bei Installationsselbstschaltern, als besonders nachteilig aus, daß ίο mit solchen Relais kein sicheres Ansprechen für eine bestimmte vorgegebene Erregung erzielt werden kann.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun ein Relais zu schaffen, dessen Anker ein vergrößertes Arbeitsvermögen und eine größere Sicherheit im zeitlichen Ansprechen aufweist.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Leitkurvenanordnung so unter Federwirkung steht und an dem Reliaisanker angebracht ist, daß der Relaisariker in seiner Ruhestellung festgehalten und erst bei einer elektromagnetischen Anziehungskraft, die einer ganz bestimmten Relaiserregung zugeordnet ist, freigegeben wird..

Die Zeichnung zeigt eine Reihe von Ausführungsbeispielen und einige Diagramme.

' Fig. i'zSfgt ein- Ausfüh'rungsbeispiel als Tauchankerrelais;

Fig. 2, 3, 4 und 5 stellen Diagramme dar; ' Fig. 6 zeigt eine' Form des Ankers und Fig. 7 ein Ausfü'hrungsbeispiel als Drehankerrelais, während

" Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel als Klappankerrelais und

Fig. 9 eine Seitenansicht der Fig. 8_: darstellt; Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Relaisankers und

Fig. 11 eine Seitenansicht dazu. Nach der Fig. 1 ist 1 ein rotationssymmetrischer Reläisanker, der an seiner untersten Stelle mit einem Wulst versehen ist und etwas weiter oben einen Arretierring 2· trägt. Der Spulenkörper 3 trägt die Erregerwicklung 4 und ist an seiner unteren Fläche mit zwei Lagernasen 5 ausgerüstet, in deren Mittelpunkt 6 je ein Winkelhebel 7 leicht beweglich angelenkt ist. Die Rollen β' sind an dem einen Schenkel der Winkelhebel 7 leicht drehbar gelagert. Die beiden anderen Schenkel der Winkelhebel 7 sind einander zugekehrt und durch eine Achse 12 miteinander gelenkig verbunden. An der Achse 12 greift eine Regulierfeder 13 an, welche um den Drehpunkt 14 drehbar gelagert ist und mittels der Regulierschraube 15 so eingestellt werden kann, daß die Rollen 8 gegen den Relaisanker 1 in Richtung der Pfeile 9 gedrückt werden. 55" Die Rückstellfeder to stützt sich auf dem im Innern des Spulenkörpers 3 vorstehenden Rand 11 ab und sucht den Relaisanker 1 nach unten zu drücken.

■ Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeilspiels gemäß der Erfindung ist nun die folgende: Soll der Relaisanker 1 in die Erregerspule hineinbewegt werden, so muß einmal, die Kraft der Rückstellfeder 10 überwunden werden. Außerdem müssen aber auch noch über die Rollen 8 die Winkelhebel 7 entgegen der Wirkung der Regulierfeder 13 nach außen gedrückt werden. Durch die Wirkung der Winkelhebel ,7 auf den Relaisanker ii wird nun sowohl der Einsatz der Bewegung des Relaiisankers als auch der Verlauf derselben in der beabsichtigten Weise beeinflußt.

Um diesen Einfluß klar verständlich zu machen, wurde in der Fig. 2 der Verlauf der magnetischen Anziehungskraft P_M und die Rückstellkraft Pp der Gegenfeder in Funktion des Ankerwegesi ί dargestellt. Der Verlauf der magnetischen Anziehungskraft Pμ in Funktion des Ankerabstandes s hat hyperbolischen Charakter, während die Rückstellkraft Pp der Gegenfeder linear verläuft. Diese beiden Kräfte wirken einander entgegen. Durch Umklappen der: Kurve für Pp um die x-Achse kann man die . magnetische Anziehungskraft und die Federrückstellkraft besser miteinander vergleichen. Um ein sauberes Arbeiten zu erzielen, muß man die Rückstellfeder vorspannen, so daß ihre Charakteristik nicht im Nullpunkt beginnt. Eine Be- : 85 : wegung des Relaisankers erfolgt erst indem Augenblick, im welchem P_M ^ Pp geworden ist. Die schraffierte Fache zwischen den Kurven P₁^ und Pp der Fig. 2 etLtspridht dabei dem gesamten, dem Anker am Ende der Bewegung innewohnenden Arbeits- go vermögen in Form von kinetischer Energie, also auch dem Arbeitsvermögen, das das Relais in Erfüllung seiner Funktion herzugeben vermag. Dieses Arbeitsvermögen ist, verglichen mit dem Arbeitsvermögen der eingangs erwähnten Relais der erstem Gruppe, ziemlich gering. Für ein sicheres zeitliches Ansprechen des Relais ist es nun besonders wichtig, daß der Winkel α zwischen den Kurven für P_M: = f(s) und Pp = f(s) für die Abszisse s = 0 möglichst groß wird. Dies wird erfindungsgemäß ioo dadurch erreicht, daß man der Kurve Pp = f(s) einen''abfallenden statt -einen steigenden Verlauf gibt. Diese Änderung wird durch die Wirkung der Witikelhebel 7 auf den Relaisanker 1 erzielt, wobei man es ganz in der Hand hat, durch entsprechende Anordnung der Winfcelhebel 7 und Gestaltung der Wulstform einen günstigen Verlauf der neuen Kurve zu erzielen. Für die Wulstform nach Fig. 3 ergibt sich z. B. für die Gegenkraft eine Kurve G = f(s) nach Fig. 4. Daran ist bemerkenswert, daß die Kurve G = f(s), welche in der Fig. 4 bereits umgeklappt dargestellt wurde, keinen kontinuierlichen Verlauf zeigt, sondern bei den Stellena., b, c, d Unstetigkeittsstellen aufweist. Zur Erklärung d'er Knicke ist aus Fig. 3, ersichtlich, daß die Erzeugende der gewählten Wulstform aus drei einzelnen Linien, zwei Geraden und einem Kreisbogen zusammengesetzt ist. Denkt man sich nun die Rollen S auf jeder dieser Linien nacheinander abrollend und ermittelt dabei jeweils die Kraft-Weg-Kurve, so erhält man für die Linie I einen nach rechts abfallenden Verlauf der Gegenkraft G, da das Drehmoment der Winkelhebel 7 sich zwar wegen der verhältnismäßig kleinen Verdrehung des Hebels nur wenig ändert, hingegen aber der wirksame Hebelarm zunimmt und demzufolge die Gegenkraft

etwa nach der Kurve I der Fig. 4 abnimmt. Bewegt sich die Rolle 8 über den Kreisbogen II, so ist leicht ersichtlich, daß die entsprechende Kurve II in der Fig. 4 einen ausgeprägter fallenden Verlauf als Kurve I hat, für die Stelle mit dem größten Radius zu Null und für den unteren Teil des Kreisbogens negativ wird, weil die Gegenkraft jetzt in gleicher Richtung wie die magnetische Anziehungskraft Pi^ wirkt. Für die Linie III unterstützt die Wirkung der Rolle ebenfalls die magnetische Anziehungskraft, und die entsprechende Kurve III in Fig. 4 verläuft daher ganz im negativen Gebiet, und zwar so, daß für wachsendes s die wirksame Kraft leicht abnimmt. Dadurch sind die Knicke α und b der Kurve G = f(s) ohne weiteres gegeben. Die Knicke c und d entstehen im Moment, in dem die Berührung zwischen den Rollen S und dem Anker 1 plötzlich aufhört. Die durch die Rollen auf den Anker ausgeübte Kraft muß dann plötzlich Null werden.

Die durch die magnetische Anziehungskraft P^ des Elektromagneten total zu überwindende Gegenkraft P_A setzt sich, abgesehen vom Ankergewicht, zusammen aus der Gegenkraft P₀ , die durch die Rollen S ausgeübt wird und der Rückstellkraft P_F der Gegenfeder 10. In der Fig. 5 ist diese resultierende Gegenkraft P_A in Verbindung mit der magnetischen Anziehungskraft Pμ dargestellt. Die Kurve P_A = f(s) ist dabei um die Vorspannung der Gegenfeder 10 nach oben verschoben. Aus der Fig. 5 geht hervor, daß durch die neue Einrichtung tatsächlich der als günstig erkannte abfallende Verlauf der .P^-Kurve erreicht wird. Aus der Charakteristik eines Relais gemäß der Erfindung erkennt man als Hauptvorteile gegenüber einem gewöhnlichen Relais: 1. Um ein Vielfaches größerer Winkel α, wodurch ein sicheres und eindeutiges Ansprechen bei einer bestimmten Erregung gewährleistet ist; 2. größeres Arbeitsvermögen, dargestellt durch die größere Fläche, welche zwischen den Kurven P^ und P_A eingeschlossen ist.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die leichte Regulierbarkeit der Ansprechgrenze durch Einstellen des Druckes der Regulierfeder 13 auf die Winkelhebel 7 und dadurch, daß die Neigung zum Brummen stark unterdrückt ist. Die Gestalt der Wulstform des Ankers 1 kann selbstverständlich auch eine andere sein, als sie in Fig. 3 dargestellt wurde, und dementsprechend kann auch die Relaischarakteristik den weitgehendsten Anforderungen angepaßt werden. Insbesondere kann durch entsprechende Wahl der Winkel an der Wulstflanke das Verhältnis der Abschnitte A : B in der Fig. 5 vergrößert oder verkleinert werden. Im weiteren kann durch Veränderung des Durchmessers der Rolle 8 und des Krümmungsradius des Ankerwulstes der Abschnitt C in der Fig. 5 ebenfalls verändert werden. Die Größe B kann übrigens ganz eliminiert werden, wenn man dem Relaisanker 1 eine Form nach Fig. 6 gibt. In diesem Fall brauchen die Rollen nur aus der Ankereinschnürung gehoben zu werden und können sich dann während der ganzen Bewegung auf der Mantelfläche abwälzen, ohne auf den Anker in Richtung der Bewegung weder im einen noch-im anderen Sinn eine Wirkung zu haben.

Der Relaisanker braucht außerdem nicht als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet zu sein, sondern kann jede andere zweckmäßige Form aufweisen. Ferner kann er auch, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, röhrenförmig sein, und die Leitflächen können als besondere Ansätze angebracht sein. Statt zwei Ansätzen kann auch nur einer, an besonders geeigneter Stelle vorgesehen, vorhanden sein. Zwecks Unterdrückung von Wirbelströmen kann die zuletzt erwähnte Ausführung außerdem geschlitzt sein.

Die Erfindung beschränkt sich keineswegs, auf Tauchankerrelais, sondern kann ebensogut bei Drehanker- und Klappankerrelais zur Anwendung kommen. Fig. 7 läßt eine solche Anwendung auf ein Drehankerrelais und Fig. 8 auf ein Klappankerrelais erkennen.

Claims

Patentansprüche: 8-

1. Elektromagnetisches Relais mit Rückstellfeder, dadurch gekennzeichnet, daß an einem rotationssymmetrischen Relaisanker eine aus zwei Kegelflächen und aus einem Ausschnitt aus einer Toroidfläche bestehende Leitkurvenanordniu-ng so angeordnet ist und unter Federwirkung steht, daß der Relaisanker in einer Ausgangslage festgehalten wird und erst bei einer elektromagnetischen Anziehungskraft, die einer ganz bestimmten Relaiserregung zugeordnet ist, freigegeben wird, wobei die Charakteristik für die resultierende Rückstellkraft beim Anfang der Ankerbewegung einen stark fallenden Verlauf besitzt.

2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkurvenanordnung an einem rotationssymmetrischen Relaisanker angebracht ist und aus zwei Kegelflächen und einem Ausschnitt aus einer Toroidfläche .besteht, welche so zueinander angeordnet sind, daß eine Relaischarakteristik mit fallendem Verlauf entsteht.

3. Elektromagnetisches Relais nach den Ansprüchen ι und 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Leitkurvenanordnung versehener Relaisanker unter der Wirkung einer Gegenfeder steht und als Tauchanker mit einem Solenoid zusammen arbeitet.

4. Elektromagnetisches Relais nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkurvenanordnung einen zylindrischen Teil enthält.

5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leitkurvenanordnung tragende Anker ein Drehanker ist.

6. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leitkurvenanordnung tragende Anker ein Klappanker ist.

7. Elektromagnetisches Relais nach An-

spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Rollen die Federwirkung auf die Leitkurvenanordnung übertragen.

.

8. Elektromagnetisches Relais nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaisanker rohrförmig und mit einem Schlitz versehen ist.

9. Elektromagnetisches Relais nach den Ansprüchen i, 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, ■daß die Leitkurvenanordnung ansatzartig dem rohrförmigen Teil des Relaisankers angeschlossen ist.

10. Elektromagnetisches Relais nach den Ansprüchen i, 3, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaisanker aus -Blech zu Rohrf orm gebogen ist und an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen Ansätze aufweist, die die Leitkurvenanordnung darstellen.

11. Elektromagnetisches Relais nach den Ansprüchen i, 3 und 7j dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rollen an dem einen Schenkel von zwei in bezug auf die Achse des Tauchankers einander gegenüberliegenden Winkelhebeln sitzen, deren andere Schenkel aneinander zugekehrt unter dem Einfluß einer regulierbaren Blattfeder stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5615 12.52