-
Elektromagnetisches Relais mit permanentem Hilfsmagneten Die Erfindung
bezieht sich auf elektro,-magnetische Relais, insbesondere auf solche für Fernmeldeanlagen.
-
Der Zweck der Erfindung ist ein, mehrfacher. Einmal soll hierdurch
erreicht werden, diel An, sprech- und Halteempfindlichkeit sowie die Abfallzeit
derartiger Relais in einem gewünschten Maß innerhalb bestimmter Grenzen zu beeinflussen,
sodann aber auch, um mit geringeren elektromagnetischen Kräften, für das Festhalten
des Ankers in seiner Arbeitslage auszukommen als bei einem Relais ohne die erfindungsgemäße
Ausbildung.
-
Insbesondere gestattet jedoch die-, Erfindung Justierungsungenauigkeiten,
Streuungen im elektromagnetischen Kreis sowie bei Verwendung von Kurzschlußwicklungen
Abweichungen ihrer vorgeschriebenen Bemessungen in einfacher Weise, ohne Veränderung
des Ankerhubes oder der Federdrucke innerhalb gegebener Grenzen auszugleichen. Da
solche Relais infolge ihres starken Bedarfs für Fernmeldeanlagen als Massenartikel
in großen Mengen gefertigt werden., so@ kommt die Bedeutung der Erfindung bereits
hierdurch zum Ausdruck. Erreicht wird dieser Zweck erfindungsgemäß dadurch, daß
ein am Relais vorgesehener permanenter Magnet als ein. auf den Anker einwirkender
verstellb-arer Hilfspol ausgebildet ist, dessen Kräfte, das Wirksamwerden des elektromagnetischen
Flusses auf den Anker durch Schwächung oder Unterstützung der magnetischen Zugkräfte
des Elektromagneten zeitlich regeln.
-
Zur Regulierung der Empfindlichkeit von Relais wurde bereits vorgeschlagen,
den Relaisanker mit einem vcrstellb.axen Weicheisenpol zu versehen:, der
durch
seine Verstellbarkeit eine Veränderung des Luftspaltes zwischen Hilfspol und Relaiskern
ermöglicht und damit auch einen Einfluß auf die Ansprechempfindlichkeit des Relais.
Eine- weitere Beeinflussung eines solchen Relais mit einem derartigen Hilfspol,
z. B. eine nachträgliche An passung der Fehlstrom- und Ansprechempfindlichkeit oder
eine Beschleunigung der Ankerbewegung und Verringerung der elektromagnetischen Haltekräfte,
wie sie durch die Anwendung der Erfindung erzielt Nverden kann, ist jedoch mit solchen
--in-stellbaren Hilfspolen aus Weicheisen nicht möglich.
-
Es wurde auch schon die Anwendung von Hilfsmagneten für elektromagnetische
Vorrichtungen vorgeschlagen. Sind diese Magneten fest angeo,rdnet, so bezwecken
sie entweder, den Anker nur bei Stromfluß bestimmter Richtung zum Anzug gelangen
zu lassen, oder ein sehr empfindliches Relais zu schaffen, dessen Anker bereits
-bei - äußerst schwachen. Strömen anspricht. Ist bei einem anderen Vorschlag für
eine polarisierte elektro,-magnetische- Vorrichtung mit einem von zwei Dauermagneten
beein.flußten Schwinganker der Hilfsmagnet verstellbar angeordnet, so dient er durch
Anpassung seiner Lage zu dem einen oder dem anderen der Magneten dazu, einen Ausgleich
des Kraftlinienflusses in beiden Magneten zu bewirken.
-
Wird dagegen der verstellbare Hilfsmagnet gemäß dem Vorschlag der
Erfindung dem Anker eines Relais so zugeordnet, daß er eine Veränderung des Luftspaltes
zwischen dem Anker und der Polfläche des Hilfsmagneten ermöglicht, so, wirkt dieser
im Gegensatz zu einem Hilfspol aus Weicheisen bereits im unerregten Zustand des
Relais auf den. Anker ein und hält -diesen, z. B. bei entsprechender Anordnung und
Bemessung auch dann noch bei der Erregung des Relais in seiner Ruhelage so, lange
fest, bis die elektromagnetischen Kräfte des Relais einen Wert erreicht haben, der
die Kräfte des Magneten um ein geringes übersteigt, und der Anker alsdann sehr schnell
aus seiner Ruhelage irr die Arbeitslage gelangt. Es können: durch den verstellbaren
Hilfsmagneten aber auch die Abfallzeiten des Ankers vergrößert werden. Ihre Bemessung
ist hierbei jedoch abhängig von der Stromrichtung, mit welcher der Strom über- das
Relais fließt. Man hat es dadurch in der Hand, in, einfacher Weise, ohne die einmal
eingestellte Lage des Hilfspols zu verändern, verschieden lange Abfallzeiten zu
erzielen. Diese, und andere Vorteile der Erfindung sind in der Beschreibung näher
erläutert.
-
Der Hilfsmagnet ist gemäß der Erfindung vorzugsweise an einem Teil
des magnetischen Kreises gelagert, er kann aber auch an einem Teil des Relais befestigt
werden, der außerhalb des magnetischen Kreises liegt. -Es können an einem Relais
in besonderen Fällen an Stelle eines Hilfsmagneten mehrere, z. B.. zwei, vorgesehen
werden, was natürlich von den Bedingungen abhängt, die an ein derartiges Relais
gestellt werden. Als Hilfsmagneten werden erfindungsgemäß sogen:annte Hochle@istungsmagnetstähle
benutzt, da sie bei kleinsten: Ausmaßen die günstigsten. magnetischen Eigenschaften
aufweisen.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher beschrieben, aber nicht hierauf beschränkt. Die Fig. i und 2 der Zeichnung
stellen ,darin den vorderen Teil eines Gleichstromrelais dar mit dem am Relaiskern
be@--festigten Hilfsmagneten, der also hier bei diesen beiden Ausführungsbeispielen
an einem Teil des magnetischen Kreises des Relais gelagert ist.
-
Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung an: einem Winkelankerrelais,
bei dem der Hilfsmagnet nicht am Kern, sondern am Joch des Magneten, so, gelagert
ist, daß es sich außerhalb, des magnetischen Kreises des Relais befindet.
-
Die Fig. q. und 5 veranschaulichen den Magneten und seine Fassung
für sich allein in verschiedenen Ausführungsformen.
-
Das in der Fig. i teilweise dargestellte Relais ist ein Flachrelais
mit flachem Kern i und seitlich hierzu angeo@rdnete-rn Anker 2. Ein; am Anker 2
befestigter Winkel 3 legt sich mit einer Abbiegung 4 gegen die Rückseite des Kernes
i und begrenzt dadurch die Ruhelage des Ankers 2", in der er durch einen bestimmten
Luftabstand von dem Kern getrennt ist.
-
Gegenüber dem freien Ende des Ankers 2 befindet sich der Hilfsmagnet
5 am Kern: i. Seine Lagerung an diesem Teil erfolgt vermittels eines Winkels 6,
der durch eine Schraube 7 damit verbanden ist und den stabsförmigen Magneten 5 mit
seinen aus einem U-förmigen Blech bestehenden-Polschuhen 8 trägt. Diese Anordnung
gestattet eine leichte Einstellung des Magneten. 5 mit seinen Polschuhen gegenüber
dem Anker 2, damit die jeweils erforderliche Abstimmung vorgenommen werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. i wird seine Verstellung durch
die Schrauben g von der Stirnseite des Kernes i aus ermöglicht.
-
Ist es z. B. erforderlich, die Anspruch- und Halteempfindlichkeit
dieses Relais zu steigern, so, wird der Hilfsmagnet 5 durch Verstellung dem Anker
so weit genähert, bis die erwünschten Werte durch Messungen festgestellt sind. Die
Zug- und Haltekräfte- des Hilfsmagneten 5 unterstützen alsdann die des Elektromagneten
in dem gewünschten Verhältnis, so daß hierdurch ein sehr einfaches Mittel gegeben
ist, um die Halte-AW und Abfallzeiten solcher Relais zu beeinflussen. Um mit möglichst
kleinen Hilfsmagneten auszukommen, werden, mit Vorteil sogenannte Hochleistungsmagnetstähle
verwendet, wie z. B. Alumin.ium-Nickel-Stähle. Je größer die hierdurch erzielte
Halteempfindlichkeit ist, um so, größer werden sich die Abfallzeiten auswirken.
In welchern Maß eine Beeinflussung dieser Eigenschaften durch Anwendung der Erfindung
praktisch möglich ist, hängt natürlich von dem Material und der Bemessung- des Magneten
ab. Folgende Wertei wurden. ermittelt bei einem ausgeführten Versuch, der an einer
in Fernmel.deanla:aen: üblichen Relaistype vorgenommen wurde, mit 1,3 mm Ankerhub,
o,i mm Klebblech und drei
fünffedrigen Kontaktsätzen mit 13 bis
15 g Kontaktdruck.
| b) Das gleiche |
| a) Relais ohne Relais mit einem |
| Hilfsmagneten Hilfsmagneten |
| gemäß der |
| Erfindung |
| AnsprEchen ......... 151 AW 148 AW |
| Auf den elektroma- |
| gnetischen Kris ent- |
| fallende Ankerend- |
| belastung ......... 300 g 165 g |
| Halte-AW nach 3oo AW |
| Vorerregung . . . . . . . 40 21 |
| Abfallzeit . . . . . . . . .. . go 175 |
Hieraus ergibt sich, daß der Hilfsmagnet 5 auf die Ansprechempfindlichket des Relais
praktisch keinen Ein:fluß ausübt, was insbesondere, darauf zurückzuführen ist, daß
seine Zugkräfte im kritischen Punkt zu schwach sind. Ist der Anker jedoch angezogen,
so verteilt sich die- Ankerbelastung von
300 g bei Verwendung eines
Hilfsmagneten zu 165 g auf den Elektromagneten und zu 135 g auf den Hilfsmagneten
5. Dies bedeutet eine Steigerung der Halteempfindlichkeit um q.7 % AW und eine Verlängerung
der Abfallzeit um 95%. Hieraus ergibt sich auch, daß der sonst zur Verlängerung
der Abfallzeit benötigte Aufwand von Kupfer für die Kurzschlußwicklungen solcherRelais
durch den Hilfsmagneten wesentlich herabgesetzt werden kann oder daß das Kupfer
durch ein Metall geringerer Leitfähigkeit, z. B, Aluminium, ersetzbar ist.
-
Die Erfindung ermöglicht aber auch, einem Relais mit Hilfspol bestimmter
Anordnung zwei verschieden lang bemessene Abfallzeiten zu geben bei einmal festgelegter
Einstellung des Hilfspols, lediglich in Abhängigkeit von der Stromrichtung. Weist
nämlich ein solches Relais ohne den Hilfsmagneten bei Stromdurchfluß in beiden Stromrichtungen
gleiche Abfallzeiten, auf, so, läßt sich durch Anwendung der Erfindung bei einem
bestimmten Abstand zwischen Anker und Hilfspol in. Abhängigkeit von der Beschaffenheit
des magnetischen Kreises und der Ankerbelastung des Relais in der einen Stromrichtung
eine etwa 6o%ige längere Abfallzeit erzielen und in der anderen Stromrichtung eine
solche von etwa i5o%. Für das Zustandekommen dieser Wirkung ist bei solcher Betätigung
des Relais natürlich die Bemessung des Abstandes zwischen Hilfspol und Anker von
großer Bedeutung, denn je kleiner dieser Abstand gewählt wird., um so, größer werden
die, Abfallzeiten werden. Die Ermöglichung einer verschiedenen Länge der Abfallzeiten
in Abhängigkeit von der Stromrichtung ist hierbei auf die, Polarität des Elektromagnetflusses
zu dem Kraftlin enfluß des Hilfsmagneten zurückzuführen, dessen Haltekräfte hierdurch
verschieden beeinflußt werden.
-
An dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsheispiel ist der Hilfsmagnet
5 in der Weise zum Anker :2 am Kern. i ,des Relais angeordnet, da.ß er den Anzugskräften,
des Elektromagneten entgegenwirkt, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Relais
herabgesetzt wird. Man, hat es nun. in. einfacher Weise in der Hand, je nach Bemessung
des Luftspaltes zwischen dem Hilfsmagneten 5 und dem Anker :2 dessen Ansprechempfindlichkeit
und damit auch die Fehlstromempfindlichkeit des Relais leicht zu bemessen.
-
Der Magnet 5 ist in dem vorliegenden. Ausführungsbeispiel in einem
bügelförmigen, am Kern i mittels einer Schraube io befestigten. Ha,lte,rs i i verstellbar
gelagert. Auf diese Weise können hier durch entsprechende Einstellung der !dem Anker
2 zugeordneten Polfläche des Magneten ohnei sonstige Änderung der Justierung des
Relais die Fehlstrom-und Ansprechempfin.dlichkeit so zueinander abgestimmt werden,
!daß beide gleich. sind. Dies ergibt mehrere Vorteile, indem hierdurch der Kontaktdruck
der Ruhekontakte bis zu Beginn der Ankerbewegung unverändert beibehalten bleibt.
Ferner kann hierdurch erreicht werden, daß bei Stromabnahme des zum Halten eines
Ankers im erregten Zustand des Relais erforderlichen Stromes der Anker bis in seine
Ruhelage zurückfällt und dadurch auch die vom Anker beeinflußten Kontakte in ihre
Ruhelage zurückgelangen. Insbesondere ist die Verwendung derart abgestimmter Relais
auch günstig als Prüfrelais in Fernsprechanlagen, weil hierdurch Doppelverbindungen
beseitigt werden. infolge des Zusammenfallens der Fehl- und - Ansprecherregung bei
praktisch gleicher Ansprechempfindlichkeit aller in der Anlage benutzter Prüfrelais.
-
Es wurde bereits bemerkt, daß an Stelle eines einzigen derartigen
Hilfsmagneten auch an einem Relais zwei solcher Hilfsmagnete vorgesehen werden können:,
die in entgegengesetzten Richtungen, auf den Anker einwirken. Der bzw. die Magnete
können natürlich auch gleich bei der Fertigung des Relais mit eingebaut werden.
Irr diesem Fall ist die einfachste Form der verstellbaren Lagerung des Magneten,
ihn in eine mit Außengewinde versehene Fassung zu befestigen, wie dies in der Fig.
5 gezeigt ist, und das Ganze in eine mit entsprechendem Gewinde versehene Bohrung
des Kernes oder anderen Teiles des Relais einzusetzen, wobei natürlich zur Vermeidung
einer Kurzschlußwirkung für die Fassung des Magneten ein unmagnetisches Material
verwendet werden muß.
-
DieLagerung des Magneten 5 kann natürlich auch am Anker des Relais
erfolgen, doch erscheint diese Anordnung weniger günstig, weil der Anker hierdurch
eine im allgemeinen unerwünschte zusätzliche Masse erhält.
-
In der Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel ein Relais mit Winkelanker
gezeigt unter Verwendung eines auf den Anker einwirkenden Hilfsmagneten. 5, .der
jedoch hier eine Lage außerhalb des magnetischen Kreises des Relais einnimmt, da
er nicht im Joch selbst angeordnet ist, sondern. durch einen isoliert daran befestigten
Arm i2 getragen wird, der in das Kontaktfederpaket 13 des Relais mit eingebaut
ist.
Der Arm 12 wird so@ bemessen, daß er mit seinem einen, Ende dem freien Ende des
Lastarmes 14 des Ankers, also dem auf die Kontaktfedern 13 einwirkenden Ankerarm
gegenübersteht. Je nach dem Luftabstand zwischen dem Hilfsn:agneten 5 und dem Ankerarm
14 läßt sich daher die Arbeitsweise dieses Relais, wie bereits zu dem Ausführungsbeispiel
der Fig. i beschrieben, innerhalb bestimmter Grenzen verändern. Die Einwirkung des
Magneten 5 auf den Ankerarm 14 kann hierbei wie bei dem genannten Ausführungsbeispiel
durch Vorstellbarkeit des Magneten 5 um seine Längsachse erfolgen oder aber auch
durch seitliche Verschiebung an seinem Träger 12, da bei entsprechender Anordnung
hierdurch ebenfalls eine Veränderung des Luftabstandes zwischen dein Lastarm und
der Polfläche des Magneten 5 erzielbar ist. Auch wirkt sich bei dieser Anordnung
die Lage :des Magneten zum Drehpunkt des Hebelarmes des Ankers aus, Natürlich kann
bei einem Relais mit Winkelanker der Hilfspol auch am Lastarm des Ankers angeordnet
werden.
-
Wird der Magnet 5 am Joch 15 unter dem Ankerarm 14 gelagert, so- kann
dies in einer der in den Fi.g. 4 und 5 veranschaulichten Arten erfolgen. Seine Kräfte
wirken dann bei dieser Lage zum Anker wie beim Ausführungsbeispiel der Fig.
2 -
den elektromagnetischen Kräften des Relais entgegen.
-
Es sollen nun noch einige besonders zweckmäßige Ausführungen zur Lagerung
des Magneten 5 am Relais beschrieben werden nach den in den Fig: q. und 5 dargestellten
Ausführungsbeispielen.
-
Die Fassung des Magneten 5 hat in der Fig. -. die Form eines Topfes
16, der an -seiner Außen. Wandung mit Gewinde versehen ist. Der Magnet
5;
bildet an seiner denn Anker zugeordneten Polfläche mit dem Topf 16 und
der zwischen Topf und Magneten angeordneten Buchse 17 aus Isoliermaterial eine Ebene,.
Die Fassung 16 besteht aus magnetischem Material, wodurch die Wirkung des. Magneten
auf den Anker infolge des dadurch erzielten Ringpolos verstärkt wird. An Stelle
eines Topfes kann als Fassung auch einem anbeiden Enden offene Gewindebuchse 18
benutzt werden, wie dies in der F'ig. 5 veranschaulicht ist, welche die! An-,vendun:g
eines Stabmagneten 5 größerer Länge gestattet.