EP1174897A2

EP1174897A2 - Magnetsystem für ein elektromagnetisches Relais

Info

Publication number: EP1174897A2
Application number: EP01116564A
Authority: EP
Inventors: Johannes Oberndorfer; Friedrich Plappert; Herbert Elsinger
Original assignee: Matsushita Electric Works Europe AG
Current assignee: Panasonic Electric Works Europe AG
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2002-01-23
Also published as: EP1174897A3; US6538540B2; US20020021198A1; JP2002110016A

Abstract

Ein Magnetsystem für ein elektromagnetisches Relais weist mindestens zwei die gesamte Länge einer gemeinsamen Spule 18 parallel durchsetzende, magnetisch getrennte Eisenteile 15, 16 auf, deren jedes Teil eines eigenen Magnetkreises zur Betätigung eines in diesem liegenden Ankers zum Antrieb eines zugehörigen Kontaktsystems ist. Um den von der Spule 18 erzeugten Magnetfluß bei minimaler Verlustleistung optimal auszunutzen und Streuflüsse weitgehend zu vermeiden, ist der Abstand zwischen den Eisenteilen 15, 16 im Innern der Spule 18 wesentlich kleiner als die größte Querschnittsabmessung jedes Eisenteils 15, 16. <IMAGE> <IMAGE> <IMAGE> <IMAGE> <IMAGE>

Description

In modernen Sicherheitsschaltungen, wie sie etwa im Versorgungsstromkreis von Werkzeugmaschinen, Toren, Feuerungsanlagen und medizinischen Geräten eingesetzt werden, wird eine zweikanalige Ansteuerung und Abschaltung verlangt, bei der der unbeabsichtigte Betrieb nur eines Kanals noch nicht zu einem Einschalten des genannten Versorgungsstromkreises führt. Ferner wird gefordert, daß bei Ausfall eines Kanals (etwa infolge Kontaktverschweißung) der andere Kanal noch abschaltet

Ein Beispiel für eine derartige Sicherheitsschaltung findet sich in DE-C-4 441 171. Dort sind zwei Relais vorgesehen, wobei die Spule jedes der beiden Relais mit einem Kontakt des jeweils anderen Relais so zusammengeschaltet ist, daß sich die Relais gegenseitig überwachen und ein Durchschalten des Versorgungsstromkreises der zu steuernden Maschine nur dann erfolgt, wenn beide Relais ordnungsgemäß funktionieren. Das Vorhandensein zweier Relais macht die bekannte Schaltung jedoch verhältnismäßig aufwendig.

DE-A-3 705 918 offenbart ein elektromagnetisches Relais mit einem Magnetsystem, dessen einzige Spule von einem insgesamt U-förmigen Eisenteil durchsetzt wird. Ein Schenkel des Eisenteils ist in zwei Teile aufgeteilt, so daß auf derselben Seite der Spule zwei parallele Magnetkreise mit jeweils einem zugeordneten Klappanker vorhanden sind. Die Anordnung soll gewährleisten, daß dann, wenn der von einem Anker angetriebene Kontakt verschweißt, der gesamte Magnetfluß durch diesen Anker verläuft und daher der andere Anker bei der nächsten Erregung der Spule nicht mehr schließen kann. Dieses Relais gestattet es zwar, zwei Stromkreise in gewisser Weise unabhängig voneinander zu schalten; die Trennung reicht aber nicht aus, um die eingangs genannte Sicherheitsanforderung zu erfüllen.

Aus US-A-4,833,435 ist ein elektromagnetisches Relais mit einem Magnetsystem bekannt, das die im ersten Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist. Die bei diesem Relais vorhandene einzige Spule wird von zwei generell U-förmigen Eisenteilen durchsetzt, deren im Innern der Spule gelegenen Abschnitte parallel und in Abstand voneinander verlaufen und die jeweils einen eigenen Magnetkreis zur Betätigung eines in diesem liegenden Ankers zum Antrieb eines zugehörigen Kontaktsystems bilden. Die Anordnung soll gewährleisten, daß dann, wenn einer der beiden Kontakte verschweißt, der andere noch öffnet. Bei diesem Magnetsystem ergibt sich eine hohe Spulenverlustleistung mit den daraus resultierenden Erwärmungsproblemen.

Aus AT-B-221 148 ist ein elektromagnetisches Relais bekannt, bei dem eine Spule von einem aus zwei Teilen aufgebauten mantelförmigen Joch umgeben ist. Jedes Jochteil ist aus einem gestanzten und gebogenen Blechstück aufgebaut. An beide Jochteile sind Fahnen angeformt, die das Innere der Spule parallel aneinanderliegend durchsetzen. An jedem der Jochteile sind ein oder mehrere, bei Erregung der Spule synchron arbeitende Klappanker angeordnet. Ein derartiges Relais ist für die eingangs erwähnte zweikanalige Ansteuerung in Sicherheitsschaltanlagen weder bestimmt noch geeignet.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Magnetsystemen für elektromagnetische Relais nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Magnetsystem für ein Relais anzugeben, das den Aufbau einer Sicherheitsschaltung bei geringer Spulenverlustleistung gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Die danach vorgesehene enge Anordnung der den einzelnen Magnetkreisen zugeordneten Eisenteile im Innern der Spulenanordnung gestattet es, einen kleineren Spulenquerschnitt und damit eine geringere Spulenverlustleistung zu verwirklichen, im wesentlichen den gesamten von der Spulenanordnung erzeugten Magnetfluß in die Magnetkreise einzukoppeln und Streuflüsse weitgehend zu vermeiden.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß trotz der engen Anordnung der Eisenteile eine ausreichende magnetische Entkopplung zwischen den Magnetkreisen erreicht wird, um das für Sicherheitsschaltungen erforderliche unabhängige Schaltverhalten der von den einzelnen Magnetkreisen angesteuerten Kontaktsysteme zu erreichen.

Infolge der geringen Verlustleistung, die aus dem kleinen Spulenquerschnitt und der Mehfachnutzung des von der Spule erzeugten Magnetflusses relultiert, sowie der zusätzlichen Streuflußminderung werden Erwärmungsprobleme verringert.

Die Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Anspruch 2 bis 4 führen zur weiteren Optimierung des Wirkungsgrades durch noch bessere Ausnutzung des von der Spulenanordnung erzeugten Magnetflusses.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 bedeutet eine räumlich gleichmäßige Ausnutzung des Magnetflusses der Spule mit geringen Streuflüssen und damit eine weitere Optimierung bezüglich Spulenverlusten.

Die gepolte Ausführung nach Anspruch 6 ist für den Einsatz des Magnetsystems bei vielen Relaisanwendungen zweckmäßig.

Die Weiterbildung nach Anspruch 7 ermöglicht es, den von der Spule erzeugten Magnetfluß in einfacher Weise in die einzelnen Magnetkreise einzukoppeln. Dabei betreffen die Gestaltungen nach Anspruch 8 und 9 ein Magnetsystem, das auch in seinem mechanischen Aufbau und bezüglich der bei Betätigung auftretenden Kräfte mechanisch ausgeglichen ist.

Weitere Gestaltungsvarianten des Magnetsystems sind in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.

In der Zweispulen-Version nach Anspruch 12 spricht bei (unbeabsichtigter) Erregung nur einer Spule allenfalls ein Anker an. Die fehlerhafte Einschaltung eines Hauptstromkreises läßt sich dann durch Serienschaltung von Relaiskontakten wie bei herkömmlichen Sicherheitsschaltungen unterbinden. Bei annähernd gleicher Empfindlichkeit der Magnetkreise erfolgt bei Erregung nur einer Spule kein Schaltvorgang; d.h. eine unbeabsichtigte Erregung bleibt ohne Wirkung. Erst nach Erregung beider Spulen werden beide Anker betätigt.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 13 ergibt den zusätzlichen Vorteil einer definierten Reihenfolge im Anziehen der beiden Anker. Beispielsweise kann der Anker mit der geringeren Ansprechempfindlichkeit zur Betätigung eines nur zum Führen des Laststroms ausgebildeten Kontaktes vorgesehen sein. Gleichzeitig wird eine fehlerhafte Ansteuerung durch das alleinige Ansprechen des empfindlicheren Ankers erkannt. Die unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten können durch unterschiedliche Magnetisierungen bzw. Federcharakteristiken oder unsymmetrische Spulenwicklungen oder durch Kombination dieser Maßnahmen erreicht werden.

In der Weiterbildung nach Anspruch 14 ist bei gleichen Spulen der Wickelvorgang besonders einfach durchführbar. Bei unterschiedlichen Spulen ergibt sich die Möglichkeit, die Halteerregung zu variieren.

Aufgrund der weiteren in Anspruch 15 genannten Maßnahme kann das Relais so betrieben werden, daß der zum Halten der Anker benötigte Strom und damit Verluste und Erwärmung verringert werden.

Der Grundgedanke der Erfindung und Ausführungsbeispiele derselben werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1a: bis 1e schematische Querschnitte durch Magnetspulen mit den sie durchsetzenden Eisenteilen;
Fig. 2: eine schematisierte, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetsystems im Ruhezustand;
Fig. 3 und 4: das Magnetsystem nach Fig. 2 bei Erregung beider Spulen bzw. nur einer Spule;
Fig. 5 und 6: ein Magnetsystem mit zwei Drehankern in schematischen, zerlegten Darstellungen;
Fig. 7: eine perspektivische Darstellung des Magnetsystems nach Fig. 5 und 6 im zusammengebauten Zustand;
Fig. 8: eine teilweise geschnittene Stirnansicht des Magnetsystems nach Fig. 7;
Fig. 9: eine schematische Darstellung eines gepolten Magnetsystems mit vier Ankern; und
Fig. 10: eine schematische Darstellung eines gepolten Magnetsystems mit zwei Ankern in einer weiteren Variante.

Fig. 1a zeigt schematisch die Verhältnisse bei Verwendung zweier Relais, deren jedes ein im Querschnitt quadratisches Eisenteil 15, 16, eine Umspritzung 17 und eine Spule 18 aufweist. Bei einer bestimmten, zur Ansteuerung eines vorgegebenen Kontaktsystems angenommenen Ampèrewindungszahl der Spule 18 und einer entsprechenden Querschnittsfläche des Eisenteils 15, 16 (die so bemessen ist, daß das Eisen nicht in Sättigung geht) habe jede Spule eine Leistungsaufnahme von 500 mW, woraus sich eine Gesamtleistung von 1000 mW ergibt.

Fig. 1b zeigt die Verhältnisse bei einem Relais etwa gemäß dem Stand der Technik nach US-A-4,833,435. Der dort erhebliche Abstand s zwischen den Eisenteilen 15, 16 führt zu einer Leistungsaufnahme der Spule 18, die gegenüber dem Fall zweier getrennter Spulen nach Fig. 1a nicht verbessert, möglicherweise sogar verschlechtert ist und bis zu 1200 mW betragen kann.

Die in Fig. 1c schematisch veranschaulichte erfindungsgemäße Gestaltung, bei der die beiden im Querschnitt quadratischen Eisenteile 15, 16 dicht aneinandergerückt sind, ergibt eine Spule 18 mit rechteckigem Querschnitt und einer Leistungsaufnahme von rund 650 mW.

Die Gestaltungen nach Fig. 1d und 1e sind insofern weiter optimiert, als bei stets gleicher Querschnittsfläche jedes Eisenteils der Querschnitt der Spule 18 weiter verkleinert und damit die von ihr aufgenommene Leistung verringert ist. Fig. 1d zeigt dabei zwei im Querschnitt rechteckige Eisenteile 15', 16', die einen quadratischen Gesamtquerschnitt ergeben und zu einer Leistungsaufnahme der Spule 18 von etwa 625 mW führen, während der nach Fig. 1e gewählte kreisrunde Gesamtquerschnitt der Eisenteilanordnung 15", 16" zu einer Spule 18 mit einer Leistungsaufnahme von nur noch 595 mW führt.

Bei den anhand der schematischen Darstellungen nach Fig. 1a bis 1e erläuterten Gestaltungen ist angenommen, daß die Durchflutung jedes einzelnen Eisenteils unverändert ist. Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1c bis 1e führt zu einem minimalen Spulenquerschnitt, der eine geringe Spulenverlustleistung ermöglicht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele von elektromagnetischen Relais erläutert, die mit dem erfindungsgemäßen Magnetsystem arbeiten.

Das in Fig. 2 gezeigte Magnetsystem weist zwei Eisenteile 20, 21 auf, deren Mittelschenkel parallel und in einem Abstand s voneinander verlaufen und gemeinsam zwei längs der gleichen Achse angeordnete Spulen 22, 23 durchsetzen. In dem Ausführungsbeispiel sind die beiden Spulen 22, 23 auf einen gemeinsamen Spulenkörper 24 mit einem isolierenden Mittelflansch 25 gewickelt. Die aus dem Spulenkörper 24 herausragenden Schenkel 26, 27 des Eisenteils 20 und die entsprechenden Schenkel 28, 29 des Eisenteils 21 verlaufen in entgegengesetzten Richtungen und sind an ihren Enden unter Bildung von Polschuhen 30...33 nach oben gekröpft.

Zwischen den Polschuhen 30, 31 des Eisenteils 20 ist ein Drehanker 34 um seine senkrechte Mittelachse schwenkbar gelagert. In dem in Fig. 2 gezeigten Ruhezustand des Magnetsystems bei nicht erregten Spulen 22, 23 liegt der Drehanker 34 mit seinen großen Ankerpolflächen 35, 36 an dem Polschuhen 30, 31 des Eisenteils 20 an. In gleicher Weise ist zwischen den Polschuhen 32, 33 des anderen Eisenteils 21 ein Drehanker 37 um seine senkrechte Mittelachse schwenkbar gelagert, der in der Ruhestellung mit seinen großen Ankerpolflächen 38, 39 an den Polschuhen 32, 33 anliegt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Spulen 22, 23 ebenso wie die Eisenteile 20, 21 gleich aufgebaut und symmetrisch zueinander angeordnet. Auch die Drehanker 34, 37 sind in gleicher Weise aufgebaut und angeordnet, wobei jedoch der Drehanker 34 eine höhere Ansprechempfindlichkeit hat als der Drehanker 37. Darauf wird weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 4 noch näher eingegangen. Je nach den Erfordernissen des speziellen Anwendungsfalls können die Eisenteile 20, 21 und die Spulen 22, 23 auch unsymmetrisch dimensioniert sein.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung sind beide Spulen 22, 23 erregt. Ihre in gleicher Richtung erzeugten gleich starken Magnetflüsse teilen sich auf die beiden Eisenteile 20, 21 auf, so daß die Hälfte des gesamten erzeugten Magnetflusses zur Betätigung jedes Drehankers 34, 37 zur Verfügung steht. Diese sind durch die zwischen den Polschuhen 30, 31 und den kleinen Ankerpolflächen 40, 41 des in Fig. 3 linken Drehankers 34 bzw. zwischen den Polschuhen 32, 33 und den kleinen Ankerpolflächen 42, 43 des rechten Drehankers 37 wirkenden Kräfte gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt worden und nehmen nun die in Fig. 3 gezeigte Stellung ein.

In Fig. 4 ist der Zustand gezeigt, in dem nur die Spule 22 oder nur die Spule 23 erregt worden ist. Der von der erregten Spule 22 oder 23 erzeugte Magnetfluß teilt sich wie vorher auf die beiden Eisenteile 20, 21 im wesentlichen gleichmäßig auf.

Die bei dem linken Drehanker 34 angenommene höhere Ansprechempfindlichkeit wird in dem Ausführungsbeispiel dadurch erzeugt, daß die zwischen zwei Ankerplatten 44, 45 angeordneten Dauermagnete 46, 47, die den Drehanker 34 in seiner Ruhestellung halten, kleiner oder schwächer sind als die in dem rechten Drehanker 37 an entsprechenden Stellen angeordneten Dauermagnete 48, 49.

Die von den Spulen 22, 23 erzeugten Magnetflüsse und die Stärke der Dauermagnete 46...49 sind so gewählt, daß bei Erregung nur einer Spule 22 oder 23 nur der linke Drehanker 34 mit der höheren Ansprechempfindlichkeit anzieht, während der weniger empfindliche rechte Drehanker 37 in seiner Ruhestellung verbleibt. Diese Schaltstellung läßt sich beispielsweise durch von den Ankern betätigte (nicht gezeigte) Kontakte erfassen. Die Betätigung dieser Kontakte erfolgt über (nicht gezeigte) Betätiger, die an am Anker angeformten Betätigungsstücken 50...53 anliegen.

Statt die Drehanker 34, 37 mit unterschiedlich starken Dauermagneten 46...49 zu versehen, läßt sich eine unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit auch durch unterschiedliche Federkräfte erzielen.

Die anhand von Fig. 4 erläuterte Unsymmetrie im Schaltverhalten der beiden Drehanker 34, 37 bedeutet nicht nur, daß bei Erregung nur einer der beiden Spulen 22, 23, etwa im Falle einer fehlerhaften Auslösung, nur einer der Drehanker anspricht. Sie führt auch dazu, daß bei Beginn der Erregung beider Spulen 22, 23 zuerst der linke Drehanker 34 und erst danach der rechte Drehanker 37 in die Arbeitsstellung schwenkt. Dieses Verhalten kann dazu ausgenutzt werden, daß mit dem später schaltenden Drehanker 37 die den Laststrom schaltenden Kontakte betätigt werden.

Sind bei Erregung beider Spulen 22 und 23 beide Drehanker 34 und 37 in die in Fig. 3 gezeigte Arbeitsstellung bewegt worden, so kann eine der beiden Spulen 22 oder 23 abgeschaltet werden. Der von der erregt bleibenden Spule erzeugte reduzierte Magnetfluß reicht aus, um die Drehanker 34, 37 in ihrer Arbeitsstellung zu halten. Alternativ könnte der Magnetfluß jeder der beiden Spulen reduziert werden, indem ein Haltekontakt (Arbeitskontakt) in den Spulenerregerkreisen Vorwiderstände zuschaltet und so die Verlustleistung reduziert.

Das Magnetsystem nach Fig. 5 bis 8 umfaßt eine Spule 59, deren Spulenkörper 60 von zwei C-förmigen Eisenteilen 61, 62 durchsetzt wird. Die mittleren Abschnitte der Eisenteile durchsetzen die Spule 59 parallel und in geringem Abstand s voneinander. Die beiden Schenkel des Eisenteils 61 bilden ein oberes Paar von in Fig. 5 vorderen Spulenpolflächen 63, 66 und ein oberes Paar von hinteren Spulenpolflächen 64, 65; die Schenkel des Eisenteils 62 bilden ein unteres Paar von vorderen Spulenpolflächen 63', 66' und unteres Paar von hinteren Spulenpolflächen 64', 65'.

Die Spule 59 ist von einem zweiteiligen Spulengehäuse umgeben, dessen obere Hälfte 67 einen nach oben ragenden Lagerzapfen 68 bildet, während die bezüglich der oberen Hälfte 67 identisch gestaltete untere Hälfte 67' einen nach unten ragenden, mit dem Lagerzapfen 68 koaxialen Lagerzapfen 68' trägt. Um den jeweiligen Lagerzapfen 68, 68' drehbar ist ein insgesamt etwa H-förmiger oberer bzw. unterer Anker 70, 70' gelagert.

Der Anker 70 enthält zwei die parallelen Schenkel einer H-Form bildenden Ankerplatten 71, 72 (vergl. auch Fig. 8), zwischen denen zwei Dauermagnete 73, 73' angeordnet sind. Die Ankerteile 71...73 werden von einer sie weitgehend umschließenden Kunststoff-Ummantelung 74 zusammengehalten.

Das in Fig. 5 bis 7 linke Ende der vorderen Ankerplatte 71 ragt aus der Ummantelung 74 nach unten heraus und bildet eine große Ankerpolfläche 75, während das linke Ende der hinteren Ankerplatte 72 nur in einem kurzen Abschnitt freiliegt und eine kleine Ankerpolfläche 78 bildet. In gleicher Weise ragt das rechte Ende der Ankerplatte 72 nach unten aus der Ummantelung 74 heraus und bildet eine große Ankerpolfläche 76, während das rechte Ende der Ankerplatte 71 nur in einem kurzen Abschnitt freiliegt und eine kleine Ankerpolfläche 77 bildet. Im zusammengebauten Zustand stehen die der Längsmittelebene des Ankers 70 zugewandten großen Ankerpolflächen 75, 76 den Spulenpolflächen 63, 64 des Eisenteils 61 gegenüber, wobei diese Flächen nahezu gleich groß sind.

Der untere Anker 70' ist mit dem oberen Anker 70 identisch ausgebildet, wobei die der Längsmittelebene des Ankers 70' zugewandten großen Ankerpolflächen 75', 76' den Spulenpolflächen 63' bzw. 64' des Eisenteils 62 gegenüberstehen. Wegen der identischen Gestaltung der beiden Anker 70, 70' ergibt sich die in Fig. 6 und 8 angedeutete entgegengesetzte Polarisierung der Dauermagnete 73, 73'.

Wie der obigen Beschreibung zu entnehmen, weist das Magnetsystem nach Fig. 5 bis 8 zwei Magnetkreise auf, deren einer das Eisenteil 61 mit den oberen Spulenpolflächen 63, 64, 65 und 66 und den oberen Anker 70 und deren anderer das Eisenteil 62 mit den unteren Spulenpolflächen 63', 64', 65' und 66' und den unteren Anker 70' enthält. Die so gebildeten Magnetkreise liegen in um 180° um die Spulenachse verteilten Ebenen (in diesem Fall also in derselben geometrischen Ebene).

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bis 8 zeigt eine monostabile Ausführung des Magnetsystems. In der in Fig. 7 gezeigten Ruhelage liegen bei nicht erregter Spule 59 die großen Ankerpolflächen 75, 76 an den oberen Spulenpolflächen 63, 64 und die großen Ankerpolflächen 75', 76' an den unteren Spulenpolflächen 63', 64' an. Wird die Spule 59 so beaufschlagt, daß sie an den Spulenpolflächen 63, 63', 65, 65' einen S-Pol und an den Spulenpolflächen 64, 64', 66, 66' einen N-Pol erzeugt, so werden die beiden Anker 70, 70' in entgegengesetztem Drehsinn in ihrer Arbeitslage geschwenkt, bis die kleinen Ankerpolflächen 77, 78 der Ankerplatten 71, 72 an den Spulenpolflächen 65, 66 und die kleinen Ankerpolflächen 77', 78' der Ankerplatten 71', 72' an den Spulenpolflächen 65', 66' anliegen.

Die Bewegung der Anker 70, 70' läßt sich an den in Fig. 7 durch große Pfeile angedeuteten Stellen auf Kontaktfedersätze eines elektromagnetischen Relais übertragen. Dabei ist angenommen, daß jeder Anker 70, 70' zwei Kontaktfedern beispielsweise derart betätigt, daß in jeder Ankerstellung jeweils ein Relaiskontakt offen und einer geschlossen ist.

Wird die Spule 59 abgeschaltet, so kehren, da es sich um ein monostabiles Magnetsystem handelt, die Anker 70, 70' in die in Fig. 7 gezeigte Ruhelage zurück, weil die Anziehungskräfte zwischen den Spulenpolflächen 63, 64, 63', 64' und den großen Ankerpolflächen 75, 76, 75', 76' wesentlich größer sind als zwischen den Spulenpolflächen 65, 66, 65', 66' und den kleinen Ankerpolflächen 77, 78, 77', 78'.

Die erwähnte gegenläufige Drehung der beiden Anker 70, 70' beim Ein- und Ausschalten der Spule 59 bedeutet, daß die in dem Magnetsystem auftretenden Kräfte und Drehmomente einander aufheben, so daß bei Betätigung keine Kräfte nach außen übertragen werden.

In einer nicht gezeigten Variante können die in den Ankern untergebrachten Dauermagnete auch gleichsinnig gepolt sein, wobei die Anker dann bei Erregung der Spule gleich gerichtete Drehbewegungen ausführen. In diesem Fall ist es auch möglich, die beiden Anker mechanisch miteinander zu koppeln.

Die schematische Darstellung der Fig. 9 betrifft ein Magnetsystem, das grundsätzlich ähnlich wie in Fig. 5 bis 8 aufgebaut sein kann, jedoch vier um jeweils 90° um die Spulenachse herum angeordnete Drehanker 80, 80', 81, 81' aufweist. Wie angedeutet, enthält jeder der Drehanker zwei Ankerplatten 82 und einen dazwischen angeordneten Dauermagnet 83.

Die Spule 84 wird in Axialrichtung von vier C-förmigen Eisenteilen 85, 85', 86, 86' durchsetzt, deren mittlere Abschnitte im Querschnitt jeweils kreissektorförmig gestaltet sind und miteinander den Innenquerschnitt der Spule 84 bis auf gegenseitige geringe Abstände und eine (nicht gezeigte) gemeinsame Umspritzung völlig ausfüllen. Die aus der Spule 84 austretenden und senkrecht zur Spulenachse verlaufenden Jochschenkel 87, 87', 88, 88' liegen zwischen den Enden der jeweiligen Ankerplatten 82.

In diesem Fall weist das Magnetsystem also vier Magnetkreise auf, deren jedes eines der dieselbe Spule 84 durchsetzenden Eisenteile 85, 85', 86, 86' und einen der Drehanker 80, 80', 81, 81' enthält. Die so gebildeten Magnetkreise liegen in um 90° um die Spulenachse verteilten Ebenen (d.h. in zwei geometrischen Ebenen).

Bei dem in Fig. 10 schematisch dargestellten gepolten Magnetsystem wird die Spule 90 von zwei C-förmigen Eisenteilen 91, 91' durchsetzt, deren jeweilige Spulenpolflächen 92, 92' und 93, 93' in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die im Innern der Spule 90 liegenden mittleren Abschnitte sind so gestaltet, daß sie sich zu einem quadratischen Gesamtquerschnitt gemäß Fig. 1d ergänzen.

Zwischen den Enden des Eisenteils 91 ist ein zur Achse der Spule 90 paralleler Dauermagnet 94 angeordnet, der so magnetisiert ist, daß er einen mittleren N-Pol und an seinen beiden Enden jeweils einen S-Pol aufweist. An einer mittleren Stelle des Dauermagnets 94 ist ein stabförmiger Anker 95 schwenkbar derart gelagert, daß er in seinen beiden Endstellungen mit jeweils einem seiner Enden die betreffende Spulenpolfläche 92 bzw. 93 berührt.

Das in Fig. 10 gezeigte Magnetsystem weist wie das nach Fig. 5 bis 8 zwei Magnetkreise auf, in um 680° um die Spulenachse verteilten Ebenen (d.h. in derselben geometrischen Ebene) liegen.

Das Magnetsystem nach Fig. 10 ist bistabil. In der veranschaulichten Stellung bei ausgeschalteter Spule 90 wird der Anker 95 durch den Magnetfluß des Dauermagneten 94 in der gezeigten Endstellung gehalten. Wird die Spule 90 so beaufschlagt, daß sie an der Spulenpolfläche 92 einen N-Pol erzeugt, so wird das in Fig. 10 linke Ende des Ankers 95 von der Spulenpolfläche 92 abgestoßen und der Anker in seine entgegengesetzte Stellung zur Anlage an der Spulenpolfläche 93 umgeschaltet, an der er nach Abschalten der Spule 90 durch den Dauermagnet 94 gehalten wird.

Das gleiche Schaltverhalten ergibt sich in dem im übrigen identisch gestalteten und bestückten unteren Magnetkreis, der das Eisenteil 91' mit den Spulenpolflächen 92', 93', den Dauermagnet 94' und den Anker 95' enthält.

Das Magnetsystem nach Fig. 10 kann durch außermittige Magnetisierung der Magnete 94, 94' in ein monostabiles System umgewandelt werden.

In einer nicht dargestellten Variante kann das Magnetsystem nach Fig. 10 auch ungepolt sein. Bei einer solchen Gestaltung entfallen die Dauermagnete 94, 94', und die Anker 95, 95' sind nicht um ihre Mitte sondern um jeweils ein Ende an der betreffenden Spulenpolfläche schwenkbar gelagert.

Anstelle der gezeigten Anordnung von zwei Ankern auf gegenüberliegenden Seiten der Spule (Fig. 5 bis 8 und 10) oder von vier gleichwinklig um die Spulenachse verteilten Ankern (Fig. 9) sind auch Magnetsysteme mit drei oder mehr als vier um die Spulenachse gleichwinklig verteilten Magnetkreisen denkbar. In jedem Fall wird durch die räumlich verteilte und gleichmäßige Anordnung der Eisenteile der von der Spule erzeugte Magnetfluß bei geringstmöglicher Spulenverlustleistung mehrfach genutzt. Die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Magnetkreise ist dabei vernachlässigbar gering, und die Streuflüsse sind minimiert.

Bezugszeichenliste
15, 16	Eisenteile	63...66	Spulenpolflächen
17	Umspritzung	67	Spulengehäusehälfte
18	Spule	68	Lagerzapfen
20, 21	Eisenteile	70	Anker
22, 23	Spulen	71, 72	Ankerplatten
24	Spulenkörper	73	Dauermagnete
25	Mittelflansch	74	Ummantelung
26...29	Jochschenkel	75, 76	große Ankerpolflächen
30...33	Polschuhe	77, 78	kleine Ankerpolflächen
34	Drehanker	80, 81	Drehanker
35, 36	große Ankerpolflächen	82	Ankerplatten
37	Drehanker	83	Dauermagnet
38, 39	große Ankerpolflächen	84	Spule
40...43	kleine Ankerpolflächen	85, 86	Eisenteile
44, 45	Ankerplatten	87, 88	Jochschenkel
46...49	Dauermagnete	90	Spule
50...53	Betätigungsstücke	91	Eisenteil
59	Spule	92, 93	Spulenpolflächen
60	Spulenkörper	94	Dauermagnet
61, 62	Eisenteile	95	Anker

Claims

Magnetsystem für ein elektromagnetisches Relais mit mindestens zwei die gesamte Länge einer gemeinsamen Spulenanordnung (18; 22, 23; 59; 84; 90) parallel durchsetzenden, magnetisch getrennten Eisenteilen (15, 16; 20, 21; 61, 62; 85, 86; 91, 91') deren jedes Teil eines eigenen Magnetkreises zur Betätigung eines in diesem liegenden Ankers (34, 37; 70, 70'; 80, 80', 81, 81'; 95, 95') zum Antrieb eines zugehörigen Kontaktsystems ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (s) zwischen den Eisenteilen (15, 16; 20, 21; 61, 62; 85, 86; 91, 91') im Innern der Spulenanordnung (18; 22, 23; 59; 84; 90) wesentlich kleiner ist als die größte Querschnittsabmessung jedes Eisenteils.
Magnetsystem nach Anspruch 1, wobei die Eisenteile (15, 16; 20, 21; 61, 62; 85, 86; 91, 91') so gestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, daß das Verhältnis aus ihrem Gesamtumfang zu ihrer Gesamtfläche möglichst klein ist.
Magnetsystem nach Anspruch 2, wobei der von den Eisenteilen (15', 16'; 91, 91') einschließlich der dazwischen vorhandenen Abstände (s) bestimmte Gesamtquerschnitt im wesentlichen quadratisch ist.
Magnetsystem nach Anspruch 2, wobei der von den Eisenteilen (15", 16"; 85, 86) einschließlich der dazwischen vorhandenen Abstände (s) bestimmte Gesamtquerschnitt im wesentlichen kreisförmig ist.
Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von der Achse der Spulenanordnung (59; 84; 90) und dem jeweiligen Anker (70, 70'; 80, 80', 81, 81'; 95, 95') definierten Magnetkreisebenen im wesentlichen gleichwinklig um die Achse verteilt sind.
Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Magnetkreis einen Dauermagnet (46...49; 73, 73'; 83; 94, 94') enthält.
Magnetsystem nach Anspruch 6, wobei jeder Anker (34, 37; 70, 70'; 80, 80', 81, 81') im wesentlichen H-förmig gestaltet ist, um eine zur Achse der Spulenanordnung (22, 23; 59; 84) senkrechte Lagerachse schwenkbar ist und zwei die parallelen Schenkel der H-Form bildenden Ankerplatten (44, 45; 71, 72; 82) mit einem dazwischen angeordneten Dauermagnet (46...49; 73, 73'; 83) aufweist.
Magnetsystem nach Anspruch 7, wobei zwei Magnetkreise vorhanden und die Lagerachsen der beiden Anker (70, 70') koaxial sind.
Magnetsystem nach Anspruch 8, wobei die Dauermagnete (73, 73') der beiden Anker (70, 70') in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind.
Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jeder Magnetkreis einen zwischen den Enden eines C-förmigen Eisenteils (91, 91') im wesentlichen parallel zur Achse der Spulenanordnung (90) verlaufenden Dauermagnet (94, 94'), der einen mittleren Pol und an seinen Enden gleichnamige, zu dem mittleren Pol entgegengesetzte Pole aufweist, und einen an einer mittleren Stelle des Dauermagneten schwenkbar gelagerten Anker (95, 95') enthält.
Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei vier Magnetkreise vorhanden sind, die im wesentlichen in zwei zueinander senkrechten Ebenen verlaufen.
Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zwei Magnetkreise vorhanden sind und die Spulenanordnung zwei unabhängig voneinander erregbare Spulen (22, 23) enthält, und wobei die Anker (34, 37) so ausgelegt sind, daß beide Anker nur bei Erregung beider Spulen anziehen.
Magnetsystem nach Anspruch 12, wobei die Anker (34, 37) samt den von ihnen zu betätigenden Kontaktanordnungen unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit aufweisen.
Magnetsystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Spulen (22, 23) zur Erzeugung jeweils gleicher Magnetflüsse ausgelegt sind.
Magnetsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei mindestens eine der Spulen (22, 23) so ausgelegt ist, daß sie einen beide Anker (34, 37) in ihrer angezogenen Stellung haltenden Magnetfluß erzeugt.