DE965430C - Elektrischer Steuermagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Steuermagnete, wie sie in elektromagnetischen Schaltvorrichtungen wie Relais u. dgl. Verwendung finden.

Das in Telefonanlagen häufig verwendete »Kellog«Relais hat einen magnetischen Kreis, der zu>r Hauptsache aus einem Joch, einem Kern mit einer Spule und einem Anker besteht. Das Joch besteht aus einem vergleichsweise breiten, L-förmig abgewinkelten Metallstreifen aus ferromagnetischem Werkstoff; der Kern, gewöhnlich von rundem Querschnitt, geht von dem kürzeren Jochschenkel aus und erstreckt sich parallel zu dem längeren. Der winklig gebogene Anker ist an seinem Scheitel auf der Vorderkante des Joches gelagert, so daß seine Schwenkachse senkrecht zur Längsachse des Kernes steht. Die Polfläche des Ankers wirkt mit der Stirnfläche des Kernes zusammen und steht infolgedessen in der Arbeitsstellung im wesentlichen senkrecht zu dessen Längsachse. Der auf der anderen Seite dar Schwenkachse liegende Ankerschenkel ist mit einem oder mehreren Armen od. dgl. verbunden oder versehen, die die Schaltstifte der auf dem längeren Jochschenkel auf der dem Kern abgewendeten Seite angeordneten Kontaktfedersätze betätigen. Da das Joch mit seiner flachen Seite längs des Kernes verläuft, ist der magnetische Streufluß zwischen diesen Teilen sehr groß <und die Empfindlichkeit des Relais infolgedessen 'unzureichend.

Um die Empfindlichkeit eines Relais zu erhöhen, wurde bereits vorgeschlagen, den Anker und den diesen anziehenden Teil des Kernes derart anzuordnen, daß die der Schwenkachse zunächst liegende Begrenzungslinie zur Polfläche am Anker

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bei der Ankerbewegung einen wesentlichen kleineren Weg zurückzulegen hat als die entsprechende, von der Schwenkachse am weitesten entfernt liegende Begrenziungslinie. Der Anker ist also in radialer Richtung kurz, bzw. machen die Längsabmessiungen der Polfläche in dieser Richtung einen verhältnismäßig großen Teil der Gesamtlänge des Ankers aus. Diese Anordnung bringt jedoch im Vergleich zu bekannten Relais keine wesentliche ίο Verbesserung, falls der magnetische Streufluß nicht klein gehalten werden kann, und beim Kellog-Relais bringt sie keine höhere Empfindlichkeit, da bei einem kurzen Anker der Kern in diesem Fall dem Joch so nahe kommt, daß die Empfindlichkeit eher ab- als zunimmt. Darüber hinaus hängt beim KeI-log-Relais die Länge der Ankerzunge vom Durchmesser der Relaiswiekkmg ab, wodurch die Möglichkeit, den magnetischen Kreis optimal zu bemessen, unzulässig beschränkt wird.

Es sind auch Relais bekannt, deren Magnete je einen dreischenkligen flachen Kern besitzen, wobei sich der Anker an den Kernschenkeln abstützt und von einer am Mittelschenkel angeordneten, parallel einer zur Längsachse der Schenkel sich erstrekkenden Polfläche angezogen wird. Der Anker erstreckt sich somit in der Längsrichtung des Relais. Ein Relais dieser Art weist einen geringen Streufluß auf zwischen dem eigentlichen Kern, d. h. dem mittleren Schenkel und dem Joch, d. h. den beiden Seitenschenkeln, so daß eine geeignete Abmessung des Ankers eine bedeutungsvolle Verbesserung der Empfindlichkeit herbeiführt. Andererseits wird aber das Relais verhältnismäßig länger als ein »Kellog« Relais.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Relais zu schaffen, dessen magnetischer Streufluß gering ist, und zw^Tar mit einem vom Joch winklig herausragenden Anker wie im bekannten Kellog-Relais. Dies wird mit Hilfe eines an sich bekannten, oben beschriebenen dreischenkligen Kernes erreicht, und gemäß der Erfindung ist der mittlere, die Erregerspule tragende Schenkel aus der von den Jochschenkeln gebildeten Ebene herausgeführt, und die Polfläche des Ankers steht in seiner Arbeitsstellung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Mittelschenkels. Dabei ist es vorteilhaft, den senkrechten Abstand zwischen dem mittleren Schenkel und der Schwenkachse des Ankers kurzer auszubilden, als den Abstand zwischen jedem Jochschenkel und dem mittleren Schenkel längs der Schwenkachse gemessen.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt Fig. ι zeigt ein Relais in der Draufsicht, Fig. 2 in Seitenansicht,

Fig. 3 in Ansicht von vorn,
Fig. 4 in Ansicht von unten,
Fig. 5 Joch und Kern des Relais nach Fig. 1 bis 4 im Grundriß,

Fig. 6 Joch und Kern in der Ansicht von vorn.

Das Joch ist mit 1, der Kern mit 2 und der

Anker mit 3 bezeichnet. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, bilden Joch und Kern zusammen eine E-förmige Einheit mit einem Mittelschenkel 2 und zwei Seitenschenkeln i_a und ij. Der Mittelschenkel trägt die Erregerspule, die Seitenschenkel sind mitein-. ander durch Ouerstücke i_c und i,; verbunden. Wie Fig. 6 zeigt, sind die Teile i_c und i_rf in solcher Weise abgebogen, daß der Mittelschenkel oder Kern auf einer höheren Ebene liegt als die Seitenschenkel. Der Kern 2 wird aus einem unteren Teil 2_a, der vorzugsweise mit den Schenkeln i_B und ij, aus einem Stück besteht, und einem oberen Teil 2;,. zur Verstärkung des Kernquerschnittes, gebildet.

Der Anker 3 besitzt eine Zunge 4 und zwei im Winkel gegen diese abgebogene Schenkel 5„ und 5₆. Er liegt mit seinem Scheitel gegen die Kanten der Stirnflächen der Schenkel τ_α und ΐ_δ an. Die wirksame Polfläche des Ankers wird durch die Stirnfläche des Kernes 2 bestimmt, wie Fig. 3 veranschaulicht. Der Anker wird in seiner Lage durch ein gabelförmiges Blech 6 gehalten, dessen nach auswärts gerichtete Fortsätze y_a und J_b in Aussparungen 8_e und 8_Ö der Ankerschenkel s_a und 5_& eingreifen. Das Blech ist an der vorderen Flanschscheibe der Erregerspule 9 befestigt.

Auf den seitlichen Jochschenkeln i_a und i& sind zwei Kontaktfedersätze io_a und io₆ mit festen und beweglichen Kontaktfedern 11 und 12 angeordnet. Die beweglichen Kontaktfedern 12 werden durch einen kammartigen Schaltstift 13 betätigt, der auf- und abwärts verschiebbar ist und in seiner oberen (Grund-) Stellung durch eine Feder 14 gehalten wird, die nach aufwärts vorgespannt ist. Jeder Federsatz ist auf einer Grundplatte 15 aufgebaut. Die Kontaktfedern 11 und 12 und die Feder 14 sind voneinander durch Isolierplättchen 16 od. dgl. getrennt, und diese Teile sind auf der Grundplatte 15 befestigt. Die Grundplatte 15 ist auf ihrem Schenkel, z. B. mittels Schrauben oder Lappen, die um den Schenkel herumgebogen sind, od. dgl. befestigt. Jeder Schaltstift greift an seinem unteren Ende mit einem Fortsatz 17 unter den zugehörigen Ankerschenkel 5₀ bzw. 5j. Die Aufwärtsbewegung des Ankers wird zweckmäßig durch eine Distanzplatte 18 unter jedem Ankerschenkel begrenzt.

Diese Anordnung unterscheidet sich von bekannten Ausführungen dadurch, daß sich der Schaltstift 13, wenn das Relais erregt wird, mit Bezug auf die Grundplatte des Kontaktfedersatzes abwärts statt aufwärts bewegt. Diese Anordnung wurde gewählt, um so viel Raum wie möglich zu sparen, und ist besonders dann zweckmäßig, wenn die Kontaktfedersätze wie in der Zeichnung auf der Oberseite der Jochschenkel angeordnet sind.

Diese Anordnung gestaltet die Lage von Kern und Jochschenkel zueinander in bezug auf die magnetischen Verhältnisse sehr günstig, weil Kern und Joch einander keine großen benachbarten Flächen zukehren. Dies gilt auch für eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, bei der die Polfläche der Ankerzunge 4 so nahe bei der Schwenkachse liegt, daß die der Schwenkachse zunächst liegende Begrenzungslinie der Polfläche einen wesentlich kürzeren Weg zurücklegt als die entsprechende, von der Schwenkachse am weitesten

entfernt liegende Begrenzungslinie. Diese Begrenzungslinien sind in Fig. 3 mit 19 bzw. 20 bezeichnet. Wie Versuche gezeigt haben, ergibt diese Anordnung eine überraschende größere Empfmdlichkeit für das Relais. Zum Vergleich sei erwähnt, daß, wenn dieses Prinzip auf ein Relais vom Kellogtyp angewendet würde, die Linie 19 dicht vor dem Joch liegen würde, das sich bei diesem Typ über die ganze Breite des Ankers erstreckt, und der große Streufluß würde keine Verbesserung der Empfindlichkeit erlauben.

Theoretische Überlegungen, die durch praktische Versuche bestätigt wurden, haben gezeigt, daß eine nennenswerte Erhöhung der Empfindlichkeit im Vergleich zu einem Kellog-Relais auch dann noch erreicht wird, wenn das Verhältnis zwischen den erwähnten Weglängen wie 1 :1,25 gewählt wird. Das Relais wird sehr empfindlich, wenn das Verhältnis gleich oder kleiner als 1 :2, z. B. 1:2 bis 1:4, gemacht wird. Eine beträchtliche Erhöhung der Empfindlichkeit erhält man, wenn die Ankerschwenkachse im wesentlichen mit der Schnittlinie der Ebenen der beiden Polflächen am Anker und am Kern zusammenfällt.

Die Weglänge der der Schwenkachse zunächst liegenden Begrenzungslinie der Polfläche darf nicht zu klein gewählt werden. Würde z. B. der Anker dicht an seiner Schwenkachse mit dem Kern in Berührung kommen, so würde an dieser Stelle ein Kurzschluß für den magnetischen Fluß entstehen, und die Empfindlichkeit würde beträchtlich zurückgehen. Ähnlich nachteilig, wenn auch weniger bemerkbar, wäre es, wenn die Weglänge zu klein gewählt würde. Zweckmäßig wird die Anordnung so getroffen, daß die Polfläche des Ankers in der Ruhestellung mit der Polfläche des Kernes einen Winkel von mindestens 1,5°, vorzugsweise 2,5° oder mehr bildet.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Konstruktion so gestaltet werden, daß der Anker und/oder der Kern bei Erregung des Relais in der Umgebung der Linie 19 der Kernpolfläche gesättigt wird, wobei sich die Sättigung in Richtung auf die Linie 20 ausdehnt in dem Maße, wie sich der Anker gegen den Kern bewegt. Die Sättigung kann z. B. in und nahe bei der Polfläche des Ankers und/ oder des Kernes auftreten. Um diesen Effekt zu erreichen¹, kann es vorteilhaft sein, in der Ruhestellung einen verhältnismäßig großen Winkel zwisehen den Polflächen von Anker und Kern einzuhalten. Es ist auch möglich, den Anker so< dünn zu machen, daß die Sättigung im wesentlichen in quer laufenden Flußwegen auftritt.

Eine solche »wandernde Sättigung« kann erwünscht sein, da dann die Resultierende der Anziehungskräfte während der Ankerbewegung in Richtung von der Schwenkachse weg verlagert wird, was eine entsprechende Verlängerung des Hebelarmes zur Folge hat. Dies beeinflußt den Verlauf der Schaltkraft in vorteilhafter W^Teise. Bei Relais wächst gewöhnlich die Ankerbelastung gegen Ende der Ankerbewegung sehr schnell an. Deswegen und im Hinblick auf die Notwendigkeit, daß die Haltekraft des angezogenen Relais mit genügendem Sicherheitsspielraum genügend groß sein muß, kann das Anwachsen der Schaltkraft wünschenswert sein.

Der Anker trägt, um das Kleben nach dem öffnen des Relaisstromkreises zu verhüten, einen Klebstift oder -streifen in Höhe oder etwas unterhalb der oberen Begrenzungslinie 20 der Polfläche.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei elektromagnetischen Relais beschränkt, die nur als Beispiel zur Erläuterung gewählt wurden, sondern kann auch in anderen elektromagnetischen Schaltvorrichtungen und¹, für viele andere Zwecke Anwendung finden.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Steuermagnet, z.B. für elektrische Schaltgeräte, wie Relais, mit einem dreisehenkligen flachen Kern aus magnetisch leitendem Material, dessen äußere Schenkel das Joch bilden, auf dessen beiden Enden die Schwenkachse des Ankers gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere, die Erregerspule tragende Schenkel aus der von den Jochschenkeln gebildeten Ebene herausgeführt ist und daß die Polfläche des Ankers in seiner Arbeitsstellung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Mittelschenkels steht.

2. Elektrischer Steuermagnet nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen dem mittleren Sehenkel -und der Schwenkachse des Ankers kürzer ist als der Abstand zwischen jedem Jochschenkel und dem mittleren Schenkel längs der Schwenkachse gemessen.

3. Elektrischer Steuermagnet nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch zwei Schenkel besitzt, die auf jeder Seite des Kernes und im wesentlichen parallel zu diesem verlaufen.

4. Elektrischer Steuermagnet nach An-Spruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker abgewinkelt ist und sich mit seinem Scheitel gegen die Stirnkanten der Jochschenkel schwenkbar anlegt.

5. Elektrischer Steuermagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ankerbewegung die seiner Schwenkachse zunächst liegende Begrenzungslinie seiner Polfläche einen beträchtlich kürzeren Weg zurücklegt als die am weitesten entfernt liegende.

6. Elektrischer Steuermagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Wege 1 : 1,25 oder weniger ist.

7. Elektrischer Steuermagnet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis ι : 2 bis ι : 4 ist.

8. Elektrischer Steuermagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polfläche des Ankers in der Ruhelage mit der Polfläche des

Kernes einen Winkel von mehr als 1,5° einschließt.

9. Elektrischer Steuermagnet nach. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel etwa 2,5° oder mehr beträgt.

10. Elektrischer Steuermagnet nach einem oder mehreren, der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch solche Abmessungen von Anker und magnetischem Kreis, daß der Anker und/oder jener Teil des Kreises, der eine den Anker anziehende Polfläche besitzt, in der Ruhelage keine oder geringe Sättigung aufweisen, während der Schaltbewegung aber und wachsend mit dieser von der Ankerschwenkachse ausgehend Sättigung auftritt.

11. Elektrischer Steuermagnet nach. Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine solche Gestalt der Ankerpolfläche, daß in und nahe bei ihr im Anker Sättigung auftritt.

12. Elektrischer Steuermagnet nach An-Spruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine solche Gestalt und Anordnung des Ankers, daß die Sättigung in dem Teil des Kraftlinien weges im Anker auftritt, der quer zur radialen Ausdehnung des Ankers verläuft.

13. Elektrischer Steuermagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für ein mit einem oder mehreren Kontaktfedersätzen ausgerüstetes Relais, dessen (deren) bewegliche Kontakte von dem Anker über Schaltstifte betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kontaktfedersätze auf derjenigen Seite des Joches sitzen, die der zu ihr parallelen Ebene durch die Kernachse gegenüberliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 474 874.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen