DE961466C - Selbsthaltendes Relais - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4. APEIL 1957

S 38120 VIII c 12ig

Nürnberg

Selbsthaltendes Relais

Gegenstand der Erfindung ist ein elektromagnetisches selbsthaltendes Relais. Diese Relais sind bekanntlich so gebaut, daß eine einmalige kurze Erregung genügt, um den Anker in die Arbeitsstellung zu bringen, in der dieser dann so lange gehalten wird, bis er durch eine nochmalige Erregung wieder abgeworfen wird. Die Haltung des Ankers in der Arbeitsstellung erfolgt hierbei entweder mit mechanischen oder elektromagnetischen Mitteln. Derartige Relais werden vorzugsweise in Anlagen der Fernmeldetechnik verwendet, bei denen es darauf ankommt, daß während der Arbeitsperiode keine oder nur eine geringe elektrische Leistung verbraucht wird. Aber auch für die Steuerung von Maschinen, insbesondere zu deren Fernsteuerung, werden derartige Relais mit Vorteil verwendet.

Es sind bereits eine Reihe von Ausführungen für derartige selbsthaltende Relais bekannt. Eine auf mechanischer Grundlage beruhende Anordnung sieht beispielsweise zwei Einzelrelais vor, deren Anker sich bei der Erregung des einen Relais gegenseitig sperren. Eine andere Ausführung sieht einen in seiner Arbeitsstellung verriegelbaren Anker vor, wobei ein am Anker befestigter Riegelhebel in einer Kulisse geführt wird und den Anker bei aufeinanderfolgenden Erregungen abwechslungsweise festhält und wieder freigibt. Andere Ausführungen weisen zum Halten des Ankers im angezogenen Zustande einen kleinen Dauermagneten auf oder nutzen die bei der Verwendung geeigneter Werkstoffe im magnetischen Kreis nach der Anzugserregung verbleibende Remanenz aus. Das

Abwerfen des Ankers erfolgt durch nochmalige Erregung über eine Hilfswicklung derart, daß die magnetische Kraftwirkung der Richtung des Dauerbzw, remanenten Magnetismus entgegengerichtet ist. Es sind nun an sich auch Relais bekannt, die eine von einem Hilfselektromagneten beeinflußte Sperreinrichtung aufweisen, die bei Außerbetriebsetzung des Elektromagneten und des Hilfselektromagneten den Anker in seiner Arbeitslage sichern, ίο doch bedingen diese Ausführungen einen beträchtlichen konstruktiven Aufwand und großen Platzbedarf.

Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, die Nachteile dieser bekannten Konstruktionen zu vermeiden, die unter anderem darin zu sehen sind, daß z. B. durch die Anwendung zweier Relais verhältnismäßig viel Platz beansprucht und daß die Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Abfallen des Ankers bei den Ausführungen

mit Haftmagneten infolge von Erschütterungen oder infolge von Stromstößen, die von außen zufällig in der Leitung induziert werden, nicht in allen Fällen ausreicht.

Bei einem elektromagnetischen selbsthaltenden Relais, insbesondere für Fernmeldeanlagen, mit mechanischer Verriegelung der Arbeitsstellung wird erfindungsgemäß die mechanische Verriegelung durch einen Teil des zum Anzug erforderlichen Kraftflusses betätigt.

Der Aufbau und die Wirkungsweise des Relais seien an Hand einiger Ausfuhrungsformen im einzelnen erläutert.

Abb. ι zeigt ein Relais mit einem besonderen Magnetsystem zur Zurückführung des Sperrgliedes,

Abb. 2 eine Teilansicht der Konstruktion nach Abb. ι zur Erläuterung der Wirkung des Sperrgliedes,

Abb. 3 und 4 Schaltungsmöglichkeiten der Erreger- und der Auslösewicklung,

Abb. 6 bis 9 geben schließlich drei weitere Ausführungen des Relais wieder.

Konstruktionsteile, die die gleiche Funktion erfüllen, sind in den Abbildungen gleich beziffert. Es bedeutet 1 den Kern, 7 den Anker, 10 die Erregerwicklung des Relais, 6 den mit dem Anker 7 fest verbundenen Ankerwinkel mit Anschlag 5 und 2 den Federkontaktsatz. Das mechanische Sperrglied und die Auslösevorrichtung sind in Abb. 1 als Topf- oder Ringmagnetsystem ausgebildet, das aus dem Magnetkörper 3, der Erregerwicklung 9 und dem unter der Spannung einer Feder 11 stehenden Sperrbolzen 4 besteht. Solange das Relais noch nicht erregt ist, liegt der Sperrbolzen 4 auf dem Anschlag 5 auf. Wird das Relais über seine Wicklung 10 erstmals erregt, so wird der Anker 7 bis zum Anschlag am Kern 1 angezogen und betätigt über den Ankerwinkel 6 den Federsatz 2.

Gleichzeitig wird durch die seitliche Ver-Schiebung des Ankerwinkels 6 und des Anschlages 5 der Sperrbolzen 4 durch die Feder 11 in eine geeignet angebrachte Aussparung des Anschlages 5 gedruckt und verhindert nach Fortfall der Erregung ein Abfallen des Ankers 7. Zum Abwerfen des Ankers 7 wird das Auslösemagnetsystem über seine Wicklung 9 erregt. Dadurch wird der Sperrbolzen 4 gegen die Kraft der Feder 11 und den seitlich wirkenden Druck des Federsatzes 2 aus der Aussparung des Anschlages 5 herausgezogen, und der Anker 7 fällt ab. Nach Beendigung der Erregung des Auslösemagnetsystems kommt der Sperrbolzen 4 durch Einwirkung der Feder 11 wieder auf den Anschlag 5 zu liegen.

Bei einer größere» Zahl von Federsätzen 2 ist der auf dem Sperrbolzen 4 ruhende seitliche Druck sehr groß und daher zum Zurückführen des Sperrbolzens 4 ein verhältnismäßig großer Kraftaufwand, d. h. ein hoher Strom in der Wicklung 9 des Auslösesystems erforderlich. Um diesen Kraftaufwand und damit den Erregerstrom im Auslösemagnetsystem herabzusetzen, wird die Aussparung des Anschlages 5 so gestaltet, daß der Anker 7 beim Aufhören der erstmaligen Erregung wieder um einen kleinen Bruchteil des Ankerhubes, etwa um 0,05 bis o,i mm, zurückfallen kann. Zwischen dem Kern 1 und dem Anker 7 bildet sich demnach ein geringer Luftspalt 12 aus. Die Güte der Kontaktgabe des Federsatzes 2 wird durch jenen kleinen Rückfall des Ankers 7 nicht beeinflußt. Auf dem Kern 1 des Relais wird ferner eine zusätzliche Hilfswicklung 8 aufgebracht. Zum Abwerfen des Ankers 7 wird sowohl das Auslösemagnetsystem über die Wicklung 9 als auch das Relais über die Hilfswicklung 8 erregt. Durch die Erregung des Relais wird der Anker 7 erneut angezogen und damit der auf dem Sperrbolzen 4 lastende seitliche, vom Federsatz 2 herrührende Druck aufgehoben. Da der vom Federsatz 2 auf den Anker 7 ausgeübte Gegendruck wesentlich größer ist als der Druck der Feder 11 auf den Sperrbolzen 4 und außerdem der Fallweg des Sperrbolzens 4 größer ist als der seitliche Verschiebungsweg des Anschlages 5, kann der Sperrbolzen 4 auch bei gleichzeitiger Aufhebung beider Erregungen nicht mehr in der Aussparung des Anschlages 5 zum Eingriff kommen. Wegen des sehr kleinen Luftspaltes 12, der nur einen Bruchteil des normalen Ankerhubes beträgt, ist die zum erneuten Ankeranzug über die Hilfswicklung 8 aufzubringende Kraftwirkung wesentlich geringer als die, die von der Wicklung 10 zum erstmaligen Ankeranzug aufgebracht werden muß. Ebenso ist jetzt auch die notwendige Erregung des Auslösersystems durch die Wicklung 9 wesentlich geringer, als sie ohne die zusätzliche Hilfswicklung 8 erforderlich wäre.

Die auf diese Weise erzielte Kraftverminderung ist vor allem dann von wesentlichem Vorteil, wenn das Relais, wie etwa bei Wählsternschaltern üblich, in einer Relaiskette liegt. Mittels der Hilfswicklung 8 kann nämlich der für das Abwerfen des Ankers 7 erforderliche Erregerstrom in der Wicklung 9 an den Erregerstrom zur erstmaligen Betätigung weiterer Relais, deren Wicklungen 10 in Reihe oder parallel zur Wicklung 9 liegen, so angepaßt werden, daß sich eine sehr günstige Dimensionierung der Schaltung ergibt. Die Hilfs-

wicklung 8 kann entweder als selbständige Wicklung (vgl. Abb. 4) oder als Teil der Wicklung 10 (vgl. Abb. 3) ausgebildet sein. Ferner kann die Hilfswicklung 8 je nach Erfordernis in Reihe (Abb. 4) oder parallel zur Wicklung 9 geschaltet werden.

Eine weitere Verbesserung des erfindungsmäßigen Sperrelais wurde durch den Fortfall des besonderen Auslösemagnetsystems und seinen Ersatz durch einen am Relaiskern 1 angebrachten Hilfspol 13 erzielt, der hier bei der erstmaligen Erregung des Relais den Eingriff des mechanischen Sperrgliedes bewirkt (vgl. Abb. 5). Solange das Relais noch nicht erregt wurde, befindet sich der Sperrbolzen 4 durch den Einfluß der Zugfeder 11 über dem Anschlag 5. Wird jetzt das Relais über seine Wicklung 10· erstmalig erregt, so zieht es seinen Anker 7 bis zum Anschlag am Kern 1 an. Durch die gleichzeitige Verschiebung des An-

Schlages 5 kommt der Sperrbolzen 4 über die Aussparung des Anschlages 5 zu liegen und wird durch den bei der Erregung des Relais magnetisch gewordenen Hilfspol 13 in die Aussparung des Anschlages 5 gezogen. Sperrbolzen 4 und Anschlag 5

erhalten ein Spiel, das so bemessen ist, daß der Anker 7 bei Unterbrechung der erstmaligen Erregung um etwa 0,05 bis 0,1 mm zurückfallen kann, jedoch ein vollständiges Abwerfen des Ankers 7 verhindert wird. Das wird erreicht,

indem der Abstand zwischen dem Hilfspol 13 und dem Anschlag 5 größer gemacht wird als der Rückfallweg des Ankers 7, so daß die Feder 11 den Sperrbolzen 4 nicht schon vor dem Wirksamwerden der Sperrvorrichtung aus der Aussparung des

Anschlages 5 herausziehen kann. Durch den seitlichen Druck des Federsatzes 2 wird der Sperrbolzen 4 gegen die Kraft der Feder 11 in der Aussparung festgehalten. Zum öffnen der Kontakte des Federsatzes 2 wird das Relais über die Hilfswicklung 8 erneut erregt, so daß der Anker 7 kurzzeitig angezogen wird. Da der Ankerluftspalt 12, wie bereits oben ausgeführt, sehr klein ist, ist nur eine geringe Erregung für den nochmaligen Ankeranzug erforderlich. Diese Erregung reicht zwar aus, den Anker 7 anzuziehen, sie ist aber kleiner als die Zugkraft der Feder 11, so* daß diese den Sperrbolzen 4 aus der Aussparung des Anschlages 5 herausziehen kann. Bei Unterbrechung der Erregung kann daher der Anker 7 abfallen.

Die Hilfswicklung 8 kann wieder als eigene Wicklung oder als Teil der Wicklung 10 ausgebildet sein.

Eine weitere Verbesserung dieses Relais wird erzielt, wenn der Sperrbolzen 4 als permanent-

magnetischer, längs magnetisierter Stab ausgebildet wird und die Erregung über die Wicklung 10 so gewählt wird, daß der am Relaiskern 1 angebrachte Hilfspol 13 eine zum Sperrbolzen 4 entgegengesetzte Polarität erhält. Andererseits werden

auch die Auslösebedingungen günstiger, wenn die erneute Erregung über die Hilfswicklung 8 derart wirkt, daß der Sperrbolzen 4 die gleiche Polarität annimmt wie der Hilfspol 13.

Die Abb. 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sperrelais, bei welchem ebenfalls die zwischen dem Anker 7 und dem Kern 1 bei der Erregung des Relais auftretenden Anzugskräfte gleichzeitig zur Bestätigung eines als Sperrklinke ausgebildeten Sperrgliedes 4 ausgenutzt werden. Die Sperrklinke 4 ist hier drehbar am Kern 1 angeordnet. Der Anker 7 hat wieder einen besonderen Hilfspol 13 mit einem Anschlag 5. Wird das Relais in bekannter Weise über seine Wicklung 10 erregt, so wird das unter der Spannung der Feder 11 stehende Sperrglied 4 durch die zwischen ihm und dem Hilfspol 13 auftretenden magnetischen Anziehungskräfte angezogen und legt sich bei ganz angezogenem Anker 7 auf dem Hilfspol 13 auf. Bei Beendigung der Erregung fällt der Anker 7 durch den Gegendruck des Federsatzes 2, wie oben mehrfach erwähnt, um etwa 0,05 bis ο, ι mm zurück, und das Sperrglied 4 wird infolge des seitlich wirkenden Druckes des Federsatzes 2 durch den Anschlag 5 gehalten. Bei erneuter Erregung über die Hilfswicklung 8 zieht der Anker 7 an, und der Anschlag 5 gibt das Sperrglied 4 frei, das nach Aufhören der Klemmwirkung durch die Feder 11 in die Ausgangslage zurückgezogen wird, da die infolge der jetzt schwächeren Erregung auftretenden Kräfte zwischen dem Hilfspol 13 und dem Sperrglied 4 zum Halten des Sperrgliedes 4 nicht ausreichen. Bei Unterbrechung der Erregung über die Hilfswicklung 8 fällt der Anker 7 ab. Auch hier kann die Wicklung 8 wieder getrennt oder als ein Teil der Wicklung 10, wie gs oben näher beschrieben, ausgebildet sein.

Eine weitere Verbesserung dieser Anordnung wird erzielt, wenn das Sperrglied 4 aus einem Material hoher Koerzitivkraft besteht und die Polarität der Erregung entsprechend gewählt wird. Wird bei der erstmaligen Erregung des Relais das Sperrglied 4 gegenüber dem Hilfspol 13 entgegengesetzt magnetisiert, so wird damit die Anzugswirkung zwischen den beiden verstärkt, während andererseits durch eine Gegenerregung, die so gewählt ist, daß zwischen dem Sperrglied 4 und dem Hilfspol 13 gleiche Polarität zustande kommt, der Auslösevorgang begünstigt wird.

Die Abb. 8 und 9 zeigen noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sperrelais. Als mechanisches Sperrglied 4 wird hier ein mit Polschuhen versehener permanenter Magnet verwendet, das durch ein vom Anker 7 des Relais ausgehendes magnetisches Streufeld gesteuert wird. Zu diesem Zweck ist der Anker 7 beispielsweise mit einem U-förmigen, abgewinkelten Hilfspol 13 versehen, dessen einer Schenkel gleichzeitig einen Anschlag 5 trägt. Dem Hilfspol 13 gegenüber ist das Sperrglied 4 durch eine unmagnetische Zwischenlage 14 drehbar am Kern 1 des Relais gelagert. Die Polarität des Sperrgliedes 4 ist hierbei derart gewählt, daß dem den Anschlag 5 tragenden Schenkel des Hilfspoles 13 ein Nordpol und dem anderen Schenkel ein Südpol gegenübersteht, wenn bei der Erregung des Relais über seine Wicklung 10 im Anker 7 und im Hilfspol 13 ein Südpol erzeugt wird. Da gleich-

namige Pole sich anziehen, und umgekehrt, wird das Sperrglied4 von dem den Anschlags tragenden Schenkel bis zur Auflage auf diesem bei voll angezogenem Anker J angezogen. Bei Unterbrechung der Erregung wird das Sperrglied 4 durch den Restmagnetismus und den infolge des Ankerabfalls dagegenliegenden Anschlag 5 in seiner Sperrlage gehalten. Der Rückfallweg des Ankers ist wieder so gewählt, daß sich zwischen Anker 7 und Kern 1 ein Luftspalt 12 von etwa 0,05 bis 0,1 mm ergibt.

Zum Auslösen des Relais wird dieses über seine

Hilfswicklung 8 nunmehr so erregt, daß im Anker 7 und im Hilfspol 13 ein Nordpol erzeugt wird. Da durch die erneute Erregung des Relais der Anker 7 wieder angezogen und damit die Klemmwirkung des Anschlages 5 auf das Sperrglied 4 aufgehoben wird, kippt dieses jetzt bis zur Auflage auf den anderen Schenkel des Hilfspoles 13 um. Bei Unterbrechung der Erregung kann daher der Anker 7 abfallen.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektromagnetisches, selbsthaltendes Relais, insbesondere für Fernmeldeanlagen mit mechanischer Verriegelung der Arbeitsstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verriegelung durch einen Teil des zum Anzug erforderlichen magnetischen Kraftflusses betätigt wird.
2. 2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des magnetischen Kraftflusses über einen am Anker befestigten Hilfspol und den aus Weicheisen bestehenden, am Kern beweglich angebrachten Sperriegel zur Auswirkung kommt.
3. 3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei erstmaliger Erregung angezogene Anker durch den von demselben Kraftfluß betätigten Sperriegel mit Hilfe eines Anschlages nach kurzem Rückfallweg festgehalten wird und bei erneuter, aber geringerer Erregung des Relais nach Rückgang des Sperriegels wieder zum völligen Abfall freigegeben wird.
4. 4. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgang des Sperriegels durch eine gespannte Feder bewirkt wird.
5. 5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgang des Sperriegels durch einen Teil des Erregungskraftflusses bewirkt wird.
6. 6. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch ι oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperriegel als längs magnetisierter, permanenter Magnet ausgebildet ist.
7. 7. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperriegel wippenartig ausgebildet ist und daß dessen beide Schenkel je einem am Anker befestigten Hilfspol gegenüberstehen.
8. 8. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch ι oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lösung der Sperre bewirkende Erregung mit einer geringeren Amperewindungszahl erfolgt als die Anzugserregung.
9. 9. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lösung bewirkende Erregung über eine Hilfswicklung oder über einen Teil der normalen Relaiswicklung erfolgt.

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   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 824081.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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