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Elektromagnetisches Relais
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit zwei stabilenschaltstellungen, die durch Überlagerung eines durch einen feststehenden Dauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregerfluss festhaltbar sind. Die Tatsache, dass bei einem der- artigenRelais zwei stabile Schaltstellungen vorhanden sind, ermöglicht es, dass auch nach Abschalten des Steuerstroms die jeweilige Schaltstellung des Relais so lange erhalten bleibt, bis der nächste Steuerimpuls den Anker in die andere Endlage umschaltet. Eine derartige Arbeitsweise wird bei bekannten Relais durch zwischengeschaltete mechanische Umkehrglieder erreicht, die jedoch eine unerwünschte Komplizierung und Verteuerung des Relais und ausserdem einen erhöhten Raumbedarf mit sich bringen.
Aus diesem Grunde wird vielfach von Haftrelais Gebrauch gemacht, die auf magnetischer Grundlage ein bistabiles Arbeiten erreichen. So ist bei bekannten Haftrelais der Ankerarm mit einem Hauptanker und einem Hilfsanker versehen, wobei sich aber der Nachteil ergibt, dass die Haltekräfte in den beiden stabilen Endlagen des Ankers nicht unabhängig voneinander einstellbar sind. Es ist daher eine Einstellung der Haltekraft am Hauptluftspalt nicht möglich, ohne dass auch eine Änderung der Kraftverhältnisse am Hilfsluftspalt eintritt. Bei, einer Reihe bekannter Ausführungsformen ist in der Arbeitslage des Ankers der Magnetkreis offen und daher gerade dann eine geringe Haltekraft vorhanden, wenn die entgegenwirkende Federkraft am grössten ist.
Aus diesem Grunde ist die Betriebssicherheit derartiger Relais gering und die Empfindlichkeit gegenüber Stoss- und Schüttelbeanspruchungen relativ gross. Ausserdem kann es bei derartigen Relaisausführungen vorkommen, dass bei zu hohem Erregerstrom nach dem Abwerfen des Ankers
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fen, bei dem die grösstmöglichen Haltekräfte in den beiden Ruhelagen des Ankers, insbesondere aber bei angezogenem Hauptanker, vorhanden sind. Das Betriebsverhalten bei angezogenem Hauptanker hat darum eine besondere Bedeutung, weil in dieser Lage die grösste rückführende Federkraft wirksam ist. Eine weitere Forderung, die mit der Abstimmung auf die Betriebsverhältnisse zusammenhängt, liegt darin, dass die Haltekräfte in den beiden Ruhelagen des Ankers sich unabhängig voneinander einstellen lassen.
Nach der Erfindung werden die gestellten Forderungen dadurch erfüllt, dass bei einem Relais der eingangs näher angegebenen Art das Betätigungsglied für den Kontaktfedersatz in der Nähe seiner Lagerstelle einen Hauptanker und in der Nähe seiner Angriffsstelle einen Hilfsanker aufweist, der eine parallel zum senkrechten Schenkel'des Joches verlaufende Bewegungsrichtung besitzt, so dass der eine Teil des jeweils wirksamen Flusses über den Hauptarbeitsluftspalt sowie über den Hilfsluftspalt, der andere Teil hingegen über einen in beiden Schaltstellungen konstanten Luftspalt verläuft.
Diese Lösung gewährleistet sowohl für den angezogenen Anker als auch für den abgefallenen Anker eine grösstmögliche Haltekraft. Die Betriebssicherheit eines derartigen Relais ist daher, unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung, relativ gross, da Stoss- und Schüttelbeanspruchungen sich auf die Kontaktsicherheit nur wenig auswirken können. Auf die Arbeitsweise des Relais ist es dabei auch ohne Einfluss, ob die Wicklung mit einem Erregerstrom beschickt wird, der erheblich über dem Betriebsw. ert liegt. Eine Rückwirkung eines überhöhten Erregerstromes im Sinne einer ungewollten-Betätigung des Ankers ist also hier nicht vorhanden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Erregerwicklung und der Dauermagnet hinsichtlich der erzeugten Magnetflüsse, bezogen auf den Hauptarbeitsluftspalt, hintereinaiderge- schaltet sind. Im übrigen lässt sich dieHaltekraft des Hilfsankers durch Veränderung der wirksamen Fläche zum Polschuh des Dauermagneten unabhängig von der Haltekraft des Hauptanhers einstellen. Aus Fertigungsgründen ist es besonders vorteilhaft, den Ankerarm mit dem Hauptanker und dem Hilfsanker aus einem Stück herzustellen.
Fig. l zeigt schematisch den baulichen Aufbau des Relais, Fig. 2 ist ein Kraft-Weg-Diagramm für die bei diesem Relais wirksamen Einstell- und Haltekräfte, Fig. 3 zeigt ein Prinzipbild für den Flussverlauf und Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die magnetischen Kreise.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l wird der am Ankerarm 7 angebrachte Hilfsanker 2 durch den Dauermagneten 4 in Richtung der Kammbewegung gezogen. Diese auf den Hilfsanker ausgeübte Kraft wirkt der Ankerzugkraft entgegen. Die Abmessungen und Lage des Hilfsankers sind so gewählt, dass bei angezogenem Hauptanker besonders dessen Kraft, bei abgefallenem Hauptanker aber die Kraft des Hilfsankers 2 überwiegt. Anker, Ankerarme. Hilfsanker und Hilfsankerarme sind aus einem Stück gefertigt. Dabei kann der Abstand zwischen dem Hilfsanker 2 und dem Dauermagneten 4 bzw. dessen Polschuh 5 durch Biegen des Hilfsankerarmes justiert werden.
Fig. 2 zeigt die bei dem Relais nach Fig. l auftretenden Kraft-Weg-Kurven, u. zw. istdieKurvel die Kraft-Weg-Charakteristik der Kontaktanordnung, die Kurve n diejenige des Magnetsystems und die Kurve m die sich aus den Kurven I und n ergebende Resultierende. Wie ersichtlich, verläuft die Resultierende in nahezu symmetrisch zur Nullinie dergestalt, dass die in den beiden Endlagen wirkenden Haltekräfte etwa gleich gross (und entgegengesetzt gerichtet) sind.
Beim Prinzipbild der Fig. 3 ist der Verlauf des Steuerflusses und des Dauerflusses durch gestrichelte bzw. ausgezogene Linien und Pfeile gekennzeichnet. In der gezeichneten Abfallstellung des Ankers 6 verläuft der Dauerfluss im wesentlichen über den kleinen Luftspalt, also über den Hilfsanker. Dieser Fluss über den Hilfsanker erzeugt in der dargestellten Ankerlage die Haltekraft. Wird der Hauptanker durch einen Steuerimpuls angezogen, verläuft nach Abschalten des Impulses der Fluss des Magneten über diesen und hält den Anker in der angezogenen Lage fest.
Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild des in Fig. 3 beschriebenen Prinzip-Flussverlaufes. Darin bedeuten U= den Generator in Gestalt des Dauermagneten 4 (Fig. l), U den Generator in Gestalt des Steuerflusserzeugers, R2 den Steuerwiderstand zwischen Hilfsanker 2 und Joch 3, R 6 den Widerstand im Kern der Erregerspule, R 8 und Rg den magnetischen Widerstand im Hauptanker 6 und in den Ankerarmen 7. Schliesslich bedeuten R7 und Rjo die Widerstände, welche im Luftspalt zwischen dem Hauptanker 6 und dem zugehörigen Polschuh sowie zwischen dem Hilfsanker 2 und dem Polschuh 5 auftreten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. ElektromagnetischesRelais mit zwei stabilenschaltstellungen, die durch Überlagerung eines durch einen feststehendenDauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregerfluss festhaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied für den Kontaktfedersatz in der Nähe seiner Lagerstelle einen Hauptanker (6) und in der Nähe seiner Angriffsstelle einen Hilfsanker (2) aufweist, der eine parallel zum senkrechten Schenkel des Joches (3) verlaufende Bewegungsrichtung besitzt, so dass der eine Teil des jeweils wirksamen Flusses über den Hauptarbeitsluftspalt (Ry) sowie über den Hilfsluftspalt (RIO), der andere Teil hingegen über einen in beiden Schaltstellungen konstanten Luftspalt (R) verläuft.