DEW0018281MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCH LAND
Tag der Anmeldung: 23. Januar 1956 Bekanntgemacht am 6. Dezember 1956
DEUTSCHES PATENTAMT
Die Erfindung bezieht sich auf Relais mit Steuerung des elektromagnetischen Kreises und
abgedichteten Zungenschaltern als Kontaktgabeelemente.
Unter abgedichteten Zungenschaltern sollen im vorliegenden Fall solche verstanden werden, bei
denen die zur Kontaktgabe dienenden Zungen in zylindrisch geformten Gefäßen aus isolierendem
Material dicht eingeschlossen sind.
Relais der erwähnten Art sind an sich bekannt und werden in weitem Umfang auf dem Gebiet der
Nachrichtentechnik, besonders in Fernsprechvermittlungsanlagen, verwendet, sowie auch in anderen
Anlagen, wie Beleuchtungsanlagen.
Sie sind vorteilhaft, da die Kontakte keiner Korrosion und keinen Betriebsstörungen infolge mangelnder Ausfluchtung oder infolge Ablagerungen
von Fremdkörpern auf ihren Oberflächen ausgesetzt sind. Die Schaltelemente werden während
der Herstellung ausgefluchtet und in den Gefäßen bleibend abgedichtet, so daß eine nachträgliche
Störung der Ausfluchtung oder eine anderweitige Verstellung verhindert wird. Solche Relais haben
u. a.den Vorteil einer hohen Ansprechgeschwindig-
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keit. Bei den bekannten Relais gelang die Verwirklichung dieser Vorteile jedoch nicht ohne teilweises
Opfer anderer wünschenswerter Eigenschaften. Beispielsweise sind die Relais der letzterwähnten
Art allgemein sperriger, teuerer in der Herstellung und etwas weniger empfindlich als ähnliche
Relais mit nicht abgedichteten Kontakten.
Die bisher bekannten Relais von der Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht, sind sowohl mit
ίο innerhalb als auch mit außerhalb der Erregerspule angeordneten abgedichteten Zungenschaltereinheiten
gebaut worden. In den Fällen, in denen eine große Anzahl von Schaltereinheiten durch eine Spule gesteuert
werden soll, wurde Konstruktionen der Vorzug gegeben, bei welchen die Schaltereinheiteii
außerhalb der Spule angeordnet sind, da dann eine Spule von höherem Wirkungsgrad verwendet werden
kann. Dieser höhere Wirkungsgrad ist möglich, da die Spule kleiner ist (die Öffnung der
Spule ist bei denjenigen Konstruktionen kleiner, bei denen die Schalter außerhalb der Spule angeordnet
sind), und' da sich die erforderliche Erregungsleistung der Spule mit dem Quadrat der
mittleren Windungslänge, derselben ändert. Wo nur wenige abgedichtete Schalterelnheiten durch
eine Spule zu steuern sind, können;..; s,ie,mnerhalb
der Erregerspule oder durch diese"-.hinaufehragend
angeordnet werden, ohne daß dereriNGröße übermäßig
zunimmt.
Bei der Anwendung solcher Vorrichtungen ist eine Anzahl von Faktoren für die praktische Verwendbarkeit
und die wirtschaftliche Eignung von besonderer Bedeutung. Zu den wünschenswerten
Eigenschaften gehören unter anderem geringe Größe, Einfachheit des Aufbaues, geringe Herstellungskosten
und Leichtigkeit des Zusammenbaues sowie eine leichte Zerlegbarkeit für Reparaturen,
das Auswechseln von Teilen und zur Wartung. Die bisher bekannten Konstruktionen sind
in dieser Hinsicht nicht völlig zufriedenstellend.
Ein Hauptziel der Erfindung ist die Verbesse-■
rung von Relais mit abgedichteten Schaltereinkeiten hinsichtlich ihres magnetischen Wirkungsgrades,
ihrer Größe, Herstellungskosten und An-Sprechempfindlichkeit und die Anwendung dieser
Verbesserungen auf Relais der vorerwähnten Art mit einer Vielzahl abgedichteter, außerhalb des
Kerns angeordneter Schaltereinheiten.
Gemäß der" Erfindung umfaßt bei einem solchen Relais ein magnetischer Kreis für die Spule mindestens
eine Schaltereinheit, die in diesem Kreise mit einem magnetischen Gebilde angeordnet ist,
das ein Glied mit einer gekrümmten Fläche aufweist, die die Schaltereinheit teilweise umgibt und
diese hält. Zu diesem Zweck ist der Eisenblech kern mit Verlängerungsblechen versehen, die der
Krümmung der Gefäße der Schaltereinheiten folgen, wobei diese Verlängerungen sowohl als Wege
für den magnetischen Kraftlinienfluß dienen als auch als Klemmen für die abgedichteten Schaltereinheiten,
so daß der Zusammenbau vereinfacht und die Entnahme von Schaltereinheiten zum Auswechseln
erleichtert ist.
Die Verlängerungen des Eisenblechkerns sind so geformt, daß sie divergieren und so gekrümmt, daß
sie den Oberflächen der Gefäße der Schaltereinheiten genau folgen, wodurch die durch Konstruktionen
der erwähnten Art bedingte Sperrigkeit verringert wird und wirksamere Wege für den magnetischen
Erregungsfluß erzielt werden, was zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit führt.
Die magnetischen Glieder können aus einem elastischen, flächigen, magnetischen Material ausgestanzt
und gepreßt werden, wobei die Schaltereinheiten durch Reibungskraft in ihrer Lage gehalten
werden, die zwischen den Enden der magnetischen Glieder und den Schaltern besteht, wodurch
sich ein vereinfachter Relaisaufbau ergibt und die Herstellungs- und Wartungskosten verringert
werden. ,
Andererseits ist eine derart ausgebildete und einen elektromagnetischen Kreis steuernde Vorrichtung
besonders vorteilhaft, wenn eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Kontakten durch eine
einzige Spule gesteuert werden soli. Vorteilhafterweise ist die Anordnung der Kontaktgabevorrichtungen
innerhalb einer Öffnung des Mittelteiles der Spule, d. h. des Kerns, vorgesehen. Eine solche Konstruktion
hat zur Folge, daß im wesentlichender gesamte induzierte Kraftlinienfluß durch die
Schaltereinheiten hindurchgeht, so daß die größtmögliche Empfindlichkeit der . Schaltereinheiten
verwirklicht werden kann. Hierbei ist jedoch keine wirksame Erweiterung für die Unterbringung
einer großen Anzahl von Schaltereinheiten möglieh, da die Spule hierdurch übermäßig groß werden
würde. Bei einer Vergrößerung · der Spulenöffnung würde die mittlere. Windungslänge entsprechend zunehmen und damit der Wirkungsgrad
und die Empfindlichkeit verringert werden. Wenn eine verhältnismäßig kleine Zahl von Kontaktgabe- .
vorrichtungen durch eine einzige Spule gesteuert werden soll, können diese innerhalb des Kernes
angeordnet werden, ohne daß dieser dadurch übermäßig vergrößert und ohne daß der magnetische
Widerstand über den Mindestbetrag hinaus, der durch die Schalter hereingebracht wird, erhöht
wird. Diese Konstruktion ist besonders vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung, da ■ sie die Ver^
wendung neuartiger magnetischer Gebilde ermöglicht, welche in Zusammenwirkung.mit der Spule
und den Schaltereinheiten ein zusammengebautes Relais bilden, dessen Teile durch das Einsetzen
der abgedichteten Schaltereinheiten in die Spule und durch besonders geformte Enden des magnetisehen
Gebildes zusammengehalten werden, wobei die abgedichteten Schaltereinheiten wie Keile wirken,
welche die Relaisteile im zusammengebauten Zustand halten. Diese neuartige Konstruktion ist
besonders zur Herstellung und zum Zusammenbau auf maschinellem Wege für die Großserienherstellung
geeignet, was eine beträchtliche Kosteneinsparung gegenüber den bisher bekannten Relais der
erwähnten Art ermöglicht.
Das elektromagnetische Gebilde ist für das Zusammenwirken
mit einer Vielzahl·1 von Schalterein-
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heiten so ausgebildet und angeordnet, daß sich ein magnetisch wirksames und in seinem Aufbau einfaches
Relais ergibt.
Ferner wird das magnetische Gebilde aus Abschnitten bestehend hergestellt, die leicht mit der
Erregerspule und mit den abgedichteten Schaltereinheiten zusammengebaut werden können und im
zusammengebauten Zustand durch Reibungskräfte gehalten werden, wobei die abgedichteten Zungen-Schaltereinheiten
nach Art von Keilen wirken, wodurch sowohl der Zusammenbau als auch das Zerlegen
erleichtert wird.
Bei einer beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung besteht das magnetische Gebilde aus
zwei ähnlichen Abschnitten, von denen jeder einen mittleren U-förmigen Teil aufweist und mit Endteilen
von rinnen- oder trogförmiger Gestalt versehen ist, wobei die Mittelteile so ausgebildet sind,
daß sie auf der Spule sitzen und durch Reibung auf dieser haftenbleiben, während die Endteile so
gestaltet sind, daß sie an den Schaltereinheiten Reibungsangriff haben. Die beiden Abschnitte können
auf die Spule einander gegenüberliegend aufgesetzt werden, so daß sie zylindrische Elemente bilden,
von denen jedes eine der Schaltereinheiten umgreift und sich von den Mittelteilen erstreckt, welche ein
mit der Spule magnetisch eng gekoppeltes Joch bilden. Die abgedichteten Zungenschaltereinheiten
wirken als Keile und werden zwischen die zylindrischen Elemente und den Kern der Spule eingesetzt,
um diese Teile im zusammengebauten Zustand zu halten.
Die vorangehenden und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be-Schreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt
Fig. ι eine Vorderansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht im waagerechten Schnitt nach.der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte
Ausführungsform,
Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1, .
Fig. 5 eine teilweise auseinandergezogene Darstellung des Eisenblechkerns,
Fig. 6 vier zusammengefügte Kernteile mit ihren gekrümmten Enden,
Fig. 7 eine schaubildliche Darstellung einer einen elektromagnetischen Kreis steuernden Vorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 8 eine teilweise auseinandergezogene schaubildliche
Darstellung der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung, welche das Verhältnis der Wicklung, der
magnetischen Glieder und der Schaltereinheiten zeigt.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Figuren gleiche Teile.
Wie gezeigt, besteht das Relais aus drei Hauptteilen, nämlich der Spule 1, dem aus den Elementen
oder Gliedern 2, 3 und 4 bestehenden magnetischen Teil und aus einer Anzahl abgedichteter Zungenschaltereinheiten
5. Jeder dieser Hauptteile wird nachfolgend näher beschrieben, worauf die Be-Schreibung
der verschiedenen Einzelteile erfolgt. Abschließend' wird der Zusammenbau und das Zusammenwirken
der Teile näher erläutert.
Die Spule 1 kann von bekannter Konstruktion sein und kann aus einer Vielzahl von Lagen bestehen,
wobei jede Lage Windungen aus einem geeigneten hochleitfähigen Material, beispielsweise
aus Silber-, Kupfer- oder Aluminiumdraht besteht. Jede Lage ist vorzugsweise von den benachbarten
Lagen durch ein geeignetes Isoliermaterial, z. B. durch imprägniertes Papier oder durch Lagen aus
Celluloseacetat, getrennt. Die Zahl der Windungen und die Abmessungen des Drahtes hängen von der
Betriebsspannung ab. Beispielsweise kann eine Erregerspule zur Verwendung in einem Relais mit
zehn abgedichteten Schaltereinheiten und für eine Betriebsspannung von 50 Volt zwischen den Klemmen
sechsundsiebzig Lagen aufweisen, von denen jede durch 460 Windungen aus Kupferdraht gebildet
wird, so daß insgesamt 34 960 Windungen vorhanden sind.
Der Magnetkern 2 besteht aus sich ergänzenden im wesentlichen L-förmigen Blechen 3 und 4, aus
einem geeigneten magnetischen Material wie Weicheisen. Das Blech 3 unterscheidet sich vom Blech 4
nur in der Länge seines Kernschenkels, die übrigen Schenkel beider Bleche sind mit geeigneten
Winkeln gebogen und an ihren Enden so geformt, daß sie elastisch an der Oberfläche der Schaltergefäße
anliegen und diese sicher in ihrer Lage halten. Wie Fig. 5 zeigt, wird der Kern 2 dadurch
gebildet, daß abwechselnd ein Blech mit einem langen Kernschenkel α und ein Blech mit einem
kurzen Kernschenkel b aneinanderliegen und der lange Kernschenkel α jeweils Stoßverbindung mit
einem kurzen Kernschenkel b hat, und umgekehrt. Auf diese Weise ergibt jede Gruppe von vier aneinander
anliegenden Blechen ein H-förmiges Gebilde, bei welchem die unteren und oberen Außenschenkel
der verschiedenen Bleche sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, so daß sie an den
Schaltereinheiten anliegen, wobei sie entsprechend der Lage der Schaltereinheiten gebogen und geformt
sind. Wie insbesondere in Fig. 6 dargestellt ist, wiederholt sich die beschriebene Anordnung »»'
für je vier Bleche, so daß eine abwechselnde Versetzung der Stoßstellen durch das ganze Blechpaket
erhalten wird, wodurch der magnetische Widerstand verringert wird. Die Bleche werden
mit der beschriebenen abwechselnden Anordnung aufeinandergelegt und durch Haltebolzen 16 und
Muttern 32 zusammengespannt. Außerdem dienen die magnetischen Glieder 2, 3 und 4 als Wege geringen
magnetischen Widerstands für die Weiterleitung des durch die Spule 1 induzierten Kraftflusses
durch die Spule zu den einzelnen Schaltereinheiten zur Bildung eines Erregungsflusses, wobei
der magnetische Fluß von dem geschichteten Kern 2 über die divergierenden Glieder 3, die die
Glieder 3 und die Zungen 7 trennenden Luftspalte, über die Zungen (und über die die Zungenkontakte
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trennenden Luftspalte, wenn die Kontakte geöffnet sind), die Luftspalte an den entgegengesetzten
Enden der Schaltereinheiten über die magnetischen Teile 4 und zurück zum geschichteten Kern 2 verläuft.
Die magnetischen Kraftlinienwege durch den Kern 2 können bei der Betrachtung der Glieder 29
und 30 in Fig. 5 sowie der an diesen anliegenden Teile verfolgt werden. Ein offenbarer magnetischer
Kraftlinienweg, welcher die Glieder 29 und 30 verbindet,
verläuft über den feinen Luftspalt an der . Stoßstelle zwischen diesen Gliedern. Andere und
weniger offenbare Wege sind durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Einer dieser Wege verläuft über
den feinen Luftspalt zwischen den aneinander anliegenden Kontaktflächen der Glieder 29 und 28
über den senkrechten Abschnitt des Gliedes 28 an der anliegenden Stoßstelle zwischen den Gliedern
29 und 30 vorbei und über den feinen Luftspalt, der die benachbarten Flächen der Glieder 28 und
30 trennt. Ein weiterer paralleler Kraftlinienweg verläuft über den feinen Luftspalt, der die benachbarten
Flächen der Glieder 29 und 28 trennt, über den senkrechten Abschnitt des Gliedes 28, den
feinen Luftspalt an der Stoßstelle zwischen den Gliedern 28 und 27, in den senkrechten Abschnitt
des Gliedes 27 und über den feinen Luftspalt, der die benachbarten Flächen der Glieder 27 und 30
trennt. Andere ähnliche parallele Wege bestehen über ähnliche geschichtete Glieder, die ebenfalls
den Gliedern 29 und 30 benachbart sind, jedoch an deren entgegengesetzter Seite anliegen. Die sich
wiederholende Versetzung der geschichteten Glieder ergibt ähnliche magnetische Kraftlinienwege um
jede Stoßstelle herum mit Ausnahme der zwei äußeren Stoßstellen, und für diese bestehen im
wesentlichen ähnliche Wege über die äußeren Halteglieder 26. Durch diese oder ähnliche Anordnungen
wird ein magnetischer Weg von geriiigem magnetischem Widerstand erzielt.
Die abgedichteten Schaltereinheiten 5 (vgl. Fig. 4) haben die Form eines zylindrischen Gefäßes
8 aus elektrisch isolierendem unmagnetischem Material, wie Glas, in welches sich zwei Zungen 7
von im wesentlichen entgegengesetzten Enden erstrecken. Diese Zungen 7, welche aus magnetischem
Material, z. B. Weicheisen, bestehen und'die mit einem anderen Material überzogen sein oder Edelmetallkontaktflächen
haben können, sind so angeordnet, daß sie sich an ihren inneren Enden, die beim Fehlen eines magnetischen Kraftlinienflusses
durch einen geringen Abstand voneinander 'ge-,, trennt sind, überlappen. Durch das Induzieren
eines magnetischen Kraftlinienflusses in den Zungen werden die Enden aneinander zur Anlage
gebracht, wodurch ein elektrischer Strompfad über die Schaltereinheit von der einen Elektrode 6
zur entgegengesetzten Elektrode 6' geschlossen wird. Für den Zusammenbau der vorgenannten
Hauptteile und als Stütze für die verbindenden Klemmen sind Stütz- und Hilfsglieder erforderlich.
Die Stützglieder 11 sind den Enden der Wicklung ι unmittelbar benachbart angeordnet und
können aus einem beliebigen geeigneten unmagnetischen Material, wie Phenolharz, bestehen. Diese
Stützglieder sind mit Bohrungen für das Einsetzen der abgedichteten Zungenschalter 5 und der Klemmen
9 der abgedichteten Schaltereinheiten versehen. Das untere Stützglied- weist ebenfalls Bohrungen
zur Aufnahme von Klemmen 15 auf, von denen zwei für jede Spulenwicklung erforderlich sind.
Leitende Glieder 10, von denen zwei zur Verbindung der Elektroden 6 und 6' der abgedichteten
Schaltereinheiten mit den Klemmen 9 vorgesehen sind, können mit den Elektroden verlötet oder mit
den Klemmen 9 und den Stützgliedern 11 vernietet sein. In ähnlicher Weise können Leitungen von
der Spule 1 mit den Klemmen 15 verlötet werden, welche ebenfalls mit dem Stützglied 11 vernietet
sein können. Die abgedichteten Schaltereinheiten 5 sind in zwei Gruppen unterteilt, die auf entgegen-,
gesetzten Seiten der Erregungsspule 1 angeordnet sind. Die gekrümmten Vormagnetisierungsglieder
12 umgeben die Schaltereinheiten teilweise, erstrecken sich längs deren Achsen über den größten
Teil des Abstandes zwischen den beiden Stützgliedern 11 und können aus einem geeigneten ■dauermagnetischem
Material hergestellt sein. Die äußeren Vormagnetisierungsglieder können durch eine beliebige
geeignete Vorrichtung, z. B. durch Kitt oder Streifen 13, welch letztere in Schlitzen der Stützglieder
Ii sitzen, in ihrer Lage gehalten werden,
während die inneren Glieder durch die Schaltereinheiten selbst in ihrer Lage gehalten werden
können. Die Verwendung von Vormagnetisierungsgliedern ermöglicht eine Veränderung der Betriebseigenschaften
der Zungenschaltereinheiten, so* daß sich Schaltereinheiten mit normal geschlossenen
Kontakten und Schaltereinheiten mit magnetisch selbsthaltenden Kontakten außer den nicht vormagnetisieren
Schaltereinheiten ergeben, die normal offene Kontakte haben. Normal geschlossene
Kontakte sind solche, die geschlossen sind, wenn die Spule stromlos ist, und offen sind, wenn die
Spule erregt ist, während magnetisch selbsthaltende Kontakte solche sind, die geschlossen bleiben, nachdem
die Spule erregt, worden ist, und durch einen Rückstellimpuls von entgegengesetzter Polarität,
der durch die Spulenwicklung zugeführt wird, in die Offenstellung zurückgebracht werden. Die
magnetisch selbsthaltenden Kontakte bleiben so lange offen, bis die.Spule mit der richtigen Polarität
von neuem erregt wird. Es können entweder ■ normal geschlossene oder magnetisch selbsthaltende
Kontakte durch die Verwendung ähnlich geformter Glieder erzielt werden, wobei der Unterschied in
den Betriebseigenschaften durch einen Unterschied in der Stärke der ausgeübten Koerzitivkraft verursacht
wird. Ein Vormagnetisierungsglied mit einer mäßigen Koerzitivkraft wird verwendet, um
eine Selbsthaltung der Kontakte nach dem Schließen zu erzielen, während ein Glied mit einer
starken Koerzitivkraft verwendet wird, um normal geschlossene Kontakte zu erhalten. Die Polaritäten
der Vormagnetisierungsglieder 12 müssen entsprechend
der Polarität der Erregungsspule angeord-
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net sein, wobei das Arbeitsprinzip wie folgt ist: Bei normal geschlossenen Kontakten muß der durch die
dauermagnetischen Vormagnetisierungsglieder 12 induzierte Kraftlinienfluß von entgegengesetzter
, 5 Polarität wie der durch die Spule 1 induzierte Kraftlinienfluß sein, damit die Erregung der Spule
praktisch zu einer Aufhebung des Kraftlinienflusses in den Zungen 7 führen kann, so daß sich
diese trennen können. Bei magnetisch selbsthalten-,10 den Kontakten muß die Polarität des durch die
dauermagnetischen Vormagnetisierungsglieder 12 induzierten Kraftlinienflusses die gleiche sein wie
diejenige des durch die Erregerspule induzierten Flusses, damit der eine Fluß den anderen beim
Schließen der Kontakte unterstützt. Bei magnetisch selbsthaltenden Kontakten darf der durch die
dauermagnetischen Vormagnetisierungsglieder 12 erzeugte Kraftlinienfluß nicht so stark sein, daß
er das Schließen der Kontakte bewirkt. Da jedoch ein viel geringerer Kraftlinienfluß erforderlich ist,
die Kontakte geschlossen zu halten, als sie zu schließen, müssen die dauermagnetischen Vormagnetisierungsglieder
12 so konstruiert sein, daß sie einen ausreichenden Kraftlinienfluß haben, um die
Kontakte in der geschlossenen Stellung zu halten, nicht jedoch zu schließen, wenn sie offen sind. Die
Spule ι ist im allgemeinen so ausgelegt, daß sie
einen für die Sättigung der Zungen ausreichenden Kraftlinienfluß liefert, jedoch keinen zusätzlichen
Vormagnetisierungsfluß. Bei denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen magnetisch
selbsthaltende Kontakte vorgesehen sind, geschieht die Rückstellung durch Umkehrung der Polarität
des durch die Spule induzierten magnetischen Kraftlinienflusses, um eine ausreichende Verringerung
des resultierenden Kraftlinienflusses herbeizuführen, damit sich, die Zungen oder Kontakte
voneinander trennen können. Wenn die Vormagnetisierungsmittel für einen oder mehrere der
■40 magnetisch selbsthaltenden Schaltereinheiten derart sind, daß sie eine Polarität liefern, die derjenigen
der anderen entgegengesetzt ist, ist der Rückstellimpuls für die anderen der Erregungsimpuls für
die entgegengesetzt polarisierten Schaltereinheiten, und umgekehrt.
Wie bereits erwähnt, sind die abgedichteten Zungenschaltereinheiten 5 in zwei Gruppen auf
entgegengesetzten Seiten der Erregerspule 1 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ist es erforderlich, daß alle Schaltereinheiten einer Gruppe ähnliche Betriebseigenschaften
haben, d. h. daß alle -normal offen, alle normal geschlossen oder alle magnetisch selbsthaltend
sind. Der Grund hierfür ergibt sich aus einer Betrachtung der rechten Gruppe der abgedichteten
Schaltereinheiten, gesehen in Fig. 2, die zusätzlich durch die Bezugsziffern 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24
und 25 gekennzeichnet sind. Für eine Vormagnetisierung der Schaltereinheiten 18 und 19 müssen
zwei Vormagnetisierungsglieder 12 vorgesehen sein. Das innere Glied 12 führt jedoch zu einer halben
Vormagnetisierung der Schaltereihheit 20. Für das einwandfreie Arbeiten der letzteren muß ein
zusätzliches Glied für das Erzielen einer vollen Vormagnetisierung eingebaut werden. Wenn dieses
zusätzliche Glied eingebaut ist, ergibt sich eine volle Vormagnetisierung für die Schaltereinheit 20,
wobei jedoch gleichzeitig eine halbe Vormagnetisierung für die Schaltereinheiten 21 und 22 erzielt
wird, was den Einbau eines weiteren Vormagnetisierungsgliedes erforderlich macht. Eine ähnliche
Unsymmetrie ergibt sich durch den Zusatz jedes Vormagnetisierungsgliedes, bis das äußerste Glied
anschließend an die Schaltereinheiten 24 und 25 hinzugefügt wird. Hieraus ergibt sich, daß es erforderlich
ist, daß alle Schaltereinheiten in einer Gruppe die gleiche Vormagnetisierung haben. Zwischen
den Gruppen kann jedoch jede beliebige Kombination von Kontakten vorgesehen werden,
z. B. kann die eine Gruppe lauter normal offene Kontakte und die andere Gruppe lauter geschlossene
Kontakte enthalten, oder es kann die eine Gruppe lauter normal geschlossene Kontakte und
die andere Gruppe lauter magnetisch selbsthaltende Kontakte aufweisen, oder es kann die eine Gruppe 85
lauter normal offene Kontakte und die andere Gruppe lauter magnetisch selbsthaltende Kontakte
enthalten, oder es können beide Gruppen nur normal offene Kontakte oder normal geschlossene
Kontakte oder lauter magnetisch selbsthaltende Kontakte aufweisen.
Es kann jedoch eine Abänderung der Vormagnetisierungsglieder 12 in der Weise vorgesehen werden,
daß sich eine gesonderte Vormagnetisierung für jede Schaltereinheit ergibt, was die Verwendung
von Kontaktgabegliedern von verschiedenen Betriebseigenschaften innerhalb einer gegebenen
Gruppe ermöglicht. Diese Abänderung bedingt die Veränderung der Form der Vormagnetisierungsglieder
12 in der Weise, daß sie für jede Schaltereinheit gesonderte Zylinder bilden. Auf diese Weise
kann jede Schaltereinheit gesondert vormagnetisiert und, wie bereits erwähnt, ohne Vormagnetisierungsglied
verwendet werden, so daß sie normal arbeitet, oder in einem zylindrischen Glied von
hoher Koerzitivkraft eingeschlossen sein, so daß sie normal geschlossen ist, oder in einem zylindrischen
Glied von mittlerer Koerzitivkraft eingeschlossen sein, so daß sie magnetisch selbsthaltend ist.
Derart hergestellte Relais mit lauter normal offenen Kontakten können mit erhöhter Empfindlichkeit
durch eine Veränderung der Form der umgreifenden Elemente 3 und 4 ausgestattet werden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird die Breite dieser Elemente und ihre Lage zu den
Schaltereinheiten 5 durch den Betrag des für die Betätigung einer Schaltereinheit erforderlichen
Kraftlinienflusses bestimmt, wobei der Kraftlinienfluß seinerseits eine Funktion der Zahl der Windungen
der Erregerspule 1, des Widerstandes des magnetischen Kreises und der durch die Vormagnetisierungsglieder
12 ausgeübten Koerzitivkraft ist. Wenn Vormagnetisierungsglieder vorgesehen
sind, bestehen zwei Quellen für die Koerzitivkraft, nämlich die Erregerspule und die Vormagnetisierungsglieder.
Jede Quelle weist parallele
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magnetische Kreise für die Induktion des Magnetflusses
auf. So besitzt die Spule einen magnetischen Kreis vom Kern 2 über das magnetische Glied 3,
die Luftspalte zu den Schalterzungen 7, die Zungen selbst, die Luftspalte zu den Gliedern 4 und wieder
zurück über die magnetischen Glieder .4 zum Spulenkern 2, ferner einen weiteren magnetischen
Kreis, der vom Kern 2 über die oberen magnetischen Glieder 3, die Luftspalte und das Stützglied
11, welche die inneren waagerechten Flächen 16
(Fig. 4) der Glieder 3 von den waagerechten Flächen 17 der Vormagnetisierungsglieder 12 trennt,
die Vormagnetisierungsglieder 12 und entsprechende Teile des magnetischen Kraftlinienweges zurück
zum Kern verläuft. Wegen dieser parallelen Wege wird der Abstand zwischen . den vorerwähnten
waagerechten Flächen wesentlich größer gemacht als der Abstand von den Gliedern 4 zu den Schalterzungen,
was zur Folge hat, daß der Weg von den Gliedern zu den Zungen einen wesentlich geringeren
magnetischen Widerstand hat als der Weg von den Gliedern 4 zu den Vormagnetisierungsgliedern,
so daß der Hauptteil des durch die Spule induzierten magnetischen Kraftlinienflusses
daher dem Weg des geringsten magnetischen Widerstandes über die Schalterzungen folgt und
die Zungenkontakte schließt.
In ähnlicher Weise haben die dauermagnetischen Vormagnetisierungsglieder 12 parallele magnetische
Kreise zur Induktion eines magnetischen Kraftlinienflusses, von denen der eine offensichtlich ist
und über die Schaltereinheiten verläuft, während der andere seinen Weg über das magnetische Gebilde
und über die letztbeschriebene Bahn verläuft, da er ein magnetischer Kreislauf für den durch die
Spule induzierten Kraftlinienfluß ist. Da der in . dem letzteren magnetischen Kreis induzierte Kraftlinienfluß
keine Vormagnetisierung hervorbringt, ist es erwünscht, einen Luftspalt zwischen den
Flächen 16 und 17 vorzusehen, der von wesentlich größerer Länge als die Luft- und Glasspalte zwischen
den Vormagnetisierungsgliedern 12 und den Schalterzungen 7 ist, wodurch der Vormagnetisierungsfluß
in den Schalterzungen konzentriert wird.
Daher ist es bei den beschriebenen Konstruktionen, wenn vormagnetisierte Schaltereinheiten verwendet
werden sollen, erforderlich, die Magnetkörperendglieder 3 und 4 so auszubilden und einzubauen,
daß ihre Enden 16 von den Enden 17 der Vormagnetisierungsglieder
12 durch einen verhältnismäßig beträchtlichen Abstand voneinander getrennt
sind. Eine solche Konstruktion verhindert eine wesentliche Vergrößerung der Breite (Fig. 4) der
Magnetkörperendglieder 3 und 4 und damit der Innenflächenbereiche, von welchen aus der magnetische
Kraftlinienfluß seinen Weg über den Luftspalt zu den Schalterzungen nehmen muß, wie
vorangehend erläutert. Da der Hauptteil des Widerstandes des Gesamterregungskreises an den
vorerwähnten Spalten zwischen den Gliedern 3, 4 und den Zungen vorhanden ist, und da sich der
magnetische Widerstand jedes Spalts umgekehrt mit dem Bereich der Flächen an den Enden des
Spalts ändert, wird eine weitere wesentliche Herabsetzung des Widerstandes des magnetischen
Kreises verhindert.
Durch die Erkenntnis, daß, wie vorangehend beschrieben, ein verringerter Widerstand des Erregungskreises
zu einer erhöhten Betriebsempfindlichkeit führt, läßt sich durch die Ausschaltung der
Nebenschlußkraftlinienwege durch die Vormagnetisierungsglieder 12 bei Konstruktionen mit
lauter normal offenen Kontakten Vorteil ziehen. In diesem Fall können die Magnetkörperenden 3 und 4
längs der Achsen der Schalterenden in Richtung zu deren Mitte wesentlich verbreitert werden, um
die Flächenbereiche, benachbart diesen Luftspalten, zu vergrößern und damit einen verringerten magnetischen
Widerstand für den magnetischen Kreislauf herbeizuführen. Dieser verringerte magnetische
Widerstand wirkt sich in einer Verringerung der Zahl der Amperewindungen der Erregerspule,
welche für den Betrieb der Schaltereinheiten erforderlich ist, aus.
Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform sind vier abgedichtete Zungenschaltereinheiten
35 in einer Erregungsspule 36 üblicher Art so angeordnet, daß ihre Enden aus der Spule
herausragen. Die abgedichteten Zungenschaltereinheiten können je die Form eines zylindrischen
Gefäßes 37 aus einem elektrisch isolierenden unmagnetischen Material, beispielsweise Glas, haben,
das zwei Zungen 38 umgibt, die sich in das Gefäß 37 von entgegengesetzten Enden erstrecken. Die
Zungen 38, die aus magnetischem Material, wie Weicheisen, bestehen und mit einem anderen Material
überzogen sein oder Edelmetallkontaktflächen haben können, sind so angeordnet, daß sie sich an
ihren inneren Enden, welche normalerweise einen geringen Abstand voneinander haben, überlappen.
Durch das Induzieren-eines magnetischen Kraftlinienflusses
in den Zungen durch die Spule 36 ziehen sich die Enden gegenseitig an, und da die
Zungen sehr biegsam sind, bewegen sich ihre inneren Enden in Richtung zueinander, bis sie sich
treffen, wodurch ein elektrischer Pfad durch die Schaltereinheit von der einen Elektrode 39 zur entgegengesetzten
Elektrode 39 geschlossen wird.
Die Enden der abgedichteten Zungenschaltereinheiten 35 sind von angepaßten zylinderförmigen
Gliedern 40 umgeben, welche jeweils einen Teil von zwei gleichartigen magnetischen Gebilden 41 bilden,
die νοΓζι^λνείΒε aus einem beliebigen geeigneten
und elastischen, flächigen, magnetisierbaren Material herausgestanzt sind. Eine solche Herste!-
lung der Glieder ist wirtschaftlich besonders vorteilhaft, da sie billige Massenproduktion ermöglicht.
Die Form der magnetischen Gebilde 41 ist besonders wichtig, da gerade diese Form zusammen
mit der Form der abgedichteten Schaltereinheiten 35 die Selbsthaltung der Zungen ergibt, wie
nachstehend näher erläutert wird.
Bei der in Fig. 8 gegebenen Darstellung sind eines der magnetischen Gebilde 41 und die beiden
diesem zugeordneten Schaltereinheiten 35 aus der Spule 36 herausgenommen, während '. das andere
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magnetische Glied und die beiden diesem zugeordneten Schaltereinheiten in der Spule angeordnet
dargestellt sind. Für das Herausnehmen eines der magnetischen Gebilde müssen die Schaltereinheiten
an den Enden herausgezogen werden, und zwar nicht nur, weil die Spule das Herausziehen in einer
anderen Richtung verhindern würde, sondern auch, weil die Abmessung 43 (Fig. 8) geringer ist als der
doppelte Durchmesser der Schaltereinheiten, und
ferner, weil die Glieder 40 so gestaltet sind, daß sie die Schaltereinheiten teilweise umgeben. Aus
der Zeichnung ergibt sich, daß, wenn die Spule nicht durch das eine magnetische Gebilde und die
diesem zugeordneten Schalter eingeschlossen wäre,
trotzdem eine Sicherung der Schaltereinheiten innerhalb des magnetischen Gebildes bestehen würde,
da, obwohl die erste Schaltereinheit in das magnetische Gebilde von der Seite oder vom Ende des
Gebildes eingeführt werden kann, die zweite
Schaltereinheit nur vom Ende eingeführt werden kann. Wenn die zweite Schaltereinheit eingesetzt
ist, sind diese und die erste Schaltereinheit innerhalb der zylinderförmigen Glieder 40 gesichert, da
die Kanten, zwischen welchen die Abmessung 43 gerechnet ist, ausreichend weit um die Schaltereinheiten
gebogen sind, so daß sich ein fester Sitz ergibt, wenn beide Schaltereinheiten eingebaut sind.
Hieraus ergibt sich ferner, daß, wenn die Schaltereinheiten am Gebilde gesichert sind, das Gebilde in
ähnlicher Weise mit den Schaltereinheiten verriegelt ist; d. h., das Gebilde kann von den Schaltereinheiten
(wenn beide Schaltereinheiten eingesetzt sind) nur durch endweises Verschieben längs der
Achse der Schaltereinheiten getrennt werden. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der engen Passung
der zylinderförmigen Glieder 40 auf den abgedichteten Schaltereinheiten 35 ergibt, besteht darin,
daß eine Reibungskraft zwischen den magnetischen Gliedern und den Schaltereinheiten wirksam ist,
welche jeder Kraft entgegenwirkt, die das Bestreben hat, die Schaltereinheiten herauszuziehen.
Obwohl diese Kraft nicht groß genug ist, das Herausziehen völlig zu verhindern, reicht sie jedoch
aus, eine unbeabsichtigte Trennung, wenn kein besonderer Kraftaufwand erfolgt, zu verhindern.
Wenn nun die Spule.wieder eingesetzt wird, muß
diese, wie ersichtlich, in die mit Formpassung ausgebildete Ausnehmung des magnetischen Gebildes
eingebracht werden, bevor die abgedichteten Schalter eingebaut werden, so daß der Basisabschnitt 44
des magnetischen Gebildes unmittelbar an der einen Seite der Spule anliegt und die versetzten Abschnitte
42 des magnetischen Gebildes an den Enden der Spule eng anliegen. Der Betrag der durch die
Abschnitte 42 zwischen dem Basisabschnitt 44 und den zylindrischen Abschnitten 40 herbeigeführten
Versetzung wird durch die Dicke der Spulenwicklung bestimmt und ist im wesentlichen gleich
dieser, damit eine einwandfreie Ausfluchtung der zylinderförmigen Glieder 40 und der Spulenöffnung
erzielt werden kann. Wenn die durch die Abschnitte 42 erreichte Versetzung wesentlich größer
als die Dicke der anliegenden Spulenwicklung ist, wird der Basisabschnitt 44 nach dem Zusammenbau
nicht fest in Anlage an der Seite der Spule gehalten, während, wenn die Versetzung wesentlich
geringer als die Dicke der benachbarten Spulenwicklung ist, sich die Schaltereinheit und der innere
Teil der Spule stören, wenn die Schaltereinheit eingesetzt werden soll, so daß der Zusammenbau
unmöglich ist.
In ähnlicher Weise hängt die Breite des Basisabschnitts 44 des magnetischen Gebildes von der
Breite der Seite der Spule ab, so daß diese ausreichend groß sein muß, damit eine enge Passung
der versetzten Abschnitte 42 an den Spulenenden erzielt werden kann.
Die Spule selbst wird vorzugsweise mit einem Silber-, Kupfer- oder Aluminiumdraht oder einem
Draht aus einem anderen hochleitfähigen Material gewickelt, wobei die Lagen der Wicklung voneinander
durch ein beliebiges geeignetes Material, wie imprägniertes. Papier, Celluloseacetat oder PoIyäthylenterephthalat,
getrennt sind, wobei die Verwendung des letzteren besonders vorteilhaft ist.
Die besondere Form der Spule ist nicht kritisch, mit der Ausnahme, daß sie in entsprechender
Weise die Abmessungen des magnetischen Gebildes, wie vorangehend beschrieben, bestimmt. Geeignete
Klemmen oder Leitungen 45 können zur Herstellung von Verbindungen zur Spule von einer nicht
gezeigten Betriebsspannungsquelle vorgesehen sein. Die Zahl der erforderlichen Drahtwindungen verändert
sich in Abhängigkeit von dem Betrag der Betriebsspannung und des Betriebsstroms. Eine
Spule, die beispielsweise für eine Quelle von 20 Volt Gleichstrom gewickelt ist, weist 191 Windungen
in jeder von 67 Lagen auf, was insgesamt 12 797 Windungen ergibt.
Der Zusammenbau des Relais kann in der Weise geschehen, daß zuerst die beiden magnetischen
Gebilde 41 und die Spule 36 in der in der Zeichnung gezeigten Weise miteinander vereinigt werden
und dann die vier abgedichteten Zungenschalter durch die zylinderförmigen Glieder 40 an einem
Ende der magnetischen Gebilde durch die Spule eingesetzt und dann in die zylinderförmigen
Glieder am entgegengesetzten Ende der magnetischen Gebilde eingesetzt werden.
Das Auseinandernehmen des Relais kann in ahnlieber Weise in der umgekehrten Reihenfolge geschehen.
Die abgedichteten Schaltereinheiten müssen zuerst entfernt werden, um die übrigen Teile
aus ihrer Verbindung lösen zu können. Nach dem Herausnehmen der Schaltereinheiten können die
magnetischen Teile aus der Spule ausgebaut werden, womit die Zerlegung beendet ist.
Der Zusammenbau bzw. das Zerlegen kann daher, wie vorangehend erläutert, in außerordentlich
einfacher Weise geschehen und erfordert in keiner iao
Weise das Festziehen, Befestigen oder Lockern von Bolzen, Schrauben, Muttern u.dgl. Wegen dieses
Merkmals ist der Erfindungsgegenstand besonders zur Massenherstellung geeignet und läßt sich mit
geringen Kosten zusammenbauen. In gleicherweise ist das einfache Zerlegen ein großer Vorteil, da es
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das Auswechseln unbrauchbar gewordener Bauelemente durch Prüf- oder Wartungspersonal in
einfacher und rascher Weise ermöglicht.
Es bestehen zwei Hauptkreise für den magnetischen Kraftlinienfluß, der durch die Erregerspule
induziert wird, und jeder dieser Kreise umfaßt ein magnetisches Gebilde 41, die beiden diesem zugeordneten
abgedichteten Zungenschalter 35 und die Quelle für den magnetischen Kraftlinienfluß,
d. h. die Spule 36. Die elektrischen Verbindungen zu jeder Schaltereinheit können durch Befestigungen
von Leitern an den Elektroden 39, \velche an den Schalterenden vorgesehen sind, hergestellt
werden. Die Kontakte werden bei der Erregung der Erregerspule 36 in der vorangehend beschriebenen
Weise betätigt.
Claims (12)
1. Zungenrelais mit einer Erregerspule, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer
Kreis für die Spule mindestens eine Schaltereinheit umfaßt, die in diesem Kreis mit einem
magnetischen Gebilde angeordnet ist, das ein Glied mit einer gekrümmten Fläche aufweist,
die die Schaltereinheit teilweise umgibt und diese hält.
2. Relais nach Anspruch 1 mit. einer Anzahl in dem magnetischen Kreis angeordneter abgedichteter
Schaltereinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gebilde geformte Glieder mit gekrümmten Flächen an ihren
Enden aufweist, welche die Schaltereinheiten teilweise umgeben und diese halten.
3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinheiten magnetisch
parallel und axial parallel angeordnet sind und jede Schaltereinheit im magnetischen Kreis in
Reihe geschaltet ist.
4. Relais nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Schaltereinheit außerhalb der Spule angeordnet ist und das magnetische Gebilde mit seiner gekrümmten
Fläche an seinem Ende an der Schaltereinheit anliegt und diese festhält.
5. Relais nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
magnetische Gebilde ein Glied aufweist, das innerhalb der Spule angeordnet ist und sich aus
dieser heraus erstreckt, wobei der überstehende Teil an seinen Enden das Glied mit der gekrümmten
Fläche trägt.
6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß. das in der Spule gelagerte magnetische
Glied durch eine Vielzahl von Blechen gebildet wird.
7. Relais nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
magnetische Gebilde ferner Vormagnetisierungsmittel aufweist, die anliegend an jeder Schaltereinheit
angeordnet sind, um diese nach dem Stromloswerden der Spule und bis letztere einen magnetischen Kraftlinienfluß von einer
gegebenen entgegengesetzten Polarität induziert, in ihrer eingeschalteten Stellung zu halten.
8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische
Gebilde ferner Vormagnetisierungsmittel ■ aufweist, die anliegend an jeder Schaltereinheit angeordnet
sind, um diese einzuschalten und in ihrer eingeschalteten Stellung zu halten, bis die
Spule einen Kraftlinienfluß von einer gegebenen Polarität induziert, wobei die Vormagnetisierungsmittel
so angeordnet sind, daß sie das Öffnen der Schaltereinheit bewirken, wenn die Erregerspule einen Kraftlinienfluß hervorruft.
9. Relais nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gebilde
ferner Vormagnetisierungsmittel für jeden Schalter der erwärmten Anzahl aufweist, wobei
bestimmte Vormagnetisierungsmittel von der einen Polarität und andere von der entgegengesetzten
Polarität sind und der Kraftlinienfluß erstgenannter Vormagnetisierungsmittel die ihnen zugeordneten Schalter nach dem
Erregen und Aberregen der Spule in ihrer eingeschalteten Stellung halten, während die Verringerung
des Kraftlinienflusses in den anderen Vormagnetisierungsmitteln bewirkt, daß die
diesen zugeordneten Schalter'aus ihrer eingeschalteten
Stellung gleichzeitig mit der Erregung und Aberregung der Spule freigegeben
werden.
10. Relais nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spule eine Öffnung aufweist und jede Schaltereinheit durch die Spulenöffnung hindurchragt.
11. Relais nach Anspruch 10 mit einer Anzahl
Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gebilde zwei U-förmige Glieder
außerhalb der Spule aufweist, deren halbzylinderförmige Enden die Schaltereinheiten auf
ihren entgegengesetzten Seiten teilweise umgeben.
12. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der U-förmigen Glieder einen ebenen Basisteil und zwei rechtwinklige Verlängerungen aufweist, die nach der gleichen
Richtung zeigen, sowie Endabschnitte im rechten Winkel zu jeder Verlängerung, welche im
wesentlichen in der gleichen Ebene liegen, sich jedoch in entgegengesetzten . Richtungen erstrecken.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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