DE1120595B - Polarized relay with three rest positions of the armature - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

S69293Vnic/21gS69293Vnic / 21g

ANMELDETAG: 8. JULI 1960REGISTRATION DATE: JULY 8, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 28. DEZEMBER 1961NOTICE THE REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: DECEMBER 28, 1961

Die Erfindung bezieht sich auf ein gepoltes Relais mit drei Ruhelagen des Ankers, insbesondere für Meß- und Regelschaltungen. Derartige Relais sind bereits bekannt, und zwar in der Ausführung, daß der Anker eine mittlere kontaktlose Ruhelage besitzt und von dieser aus, abhängig von der Richtung des Erregerstroms, in die eine oder andere Endlage geschaltet werden kann.The invention relates to a polarized relay with three rest positions of the armature, in particular for measuring and control circuits. Such relays are already known, namely in the design that the armature has a medium contactless rest position and from this, depending on the direction of the excitation current, can be switched to one or the other end position.

Allerdings entsteht bei langsam ansteigendem Erregerfluß eine schleichende Kontaktgabe. Dies hängt damit zusammen, daß sich der Dauerfluß eines derartig ausgeführten Relais in den beiden Arbeitsluftspalten mit dem Erregerfluß in der Weise überlagert, daß eine Verstellkraft auf den Anker wirksam ist, die von der den Relaisanker in die Mittelstellung fesselnden Feder weitgehend kompensiert wird. Im Ruhezustand, also bei Mittellage des Ankers, sorgt die Fesselungsfeder dafür, daß sich der Relaisanker genau zwischen beiden Polschuhen des Dauermagneten befindet. Mit einsetzendem Erregerfluß bildet sich aber ein Gleichgewichtszustand zwischen der durch den Dauermagneten bzw. den Erregerfluß bewirkten Kraft und der Kraft der Fesselungsfeder.However, with a slowly increasing flow of excitation, a creeping contact occurs. This depends together with the fact that the continuous flow of a relay designed in this way is in the two working air gaps superimposed with the excitation flow in such a way that an adjusting force is effective on the armature, the is largely compensated by the spring tying the relay armature in the middle position. In the idle state, So when the armature is in the middle, the restraint spring ensures that the relay armature is exactly between the two pole pieces of the permanent magnet. With the onset of the excitation flow, however, it forms a state of equilibrium between the force caused by the permanent magnet and the excitation flux and the power of the fettering spring.

Da eine schleichende Kontaktgabe bei Relais grundsätzlich unerwünscht ist, weil sie den Verschleiß der Schaltkontakte erheblich erhöht, ist bereits vorgeschlagen worden, eine auch bei langsam ansteigendem bzw. abfallendem Erregerfluß spontan kippende Bewegung des Relaisankers dadurch zu erreichen, daß der Mittelstellungsbereich des Ankers durch unter Federkraft stehende Anschläge begrenzt ist. Dadurch wird der Anker erst bei einem diese Federkraft überwindenden Erregerfluß bzw. einer davon erzeugten Stellkraft geschaltet. Zum Ansprechen des Relais muß also bei langsam ansteigendem Erregerfluß erst eine bestimmte Verstellkraft erreicht sein, bevor sich der Anker in Bewegung setzt und dann in die jeweilige, von der Richtung des Erregerstroms abhängige Endlage kippt. Beim Abschalten des Erregerstroms nimmt der Anker wieder die ursprünglich eingenommene Mittelstellung ein.Since a creeping contact with relays is fundamentally undesirable because it increases wear and tear the switching contacts increased significantly, has already been proposed, one even with slowly increasing or falling excitation flow to achieve spontaneous tilting movement of the relay armature in that the mid-position range of the armature is limited by spring-loaded stops. Through this the armature is only generated when this spring force overcomes or one of the excitation flow Actuating force switched. In order for the relay to respond, it must therefore first be the case with a slowly increasing excitation flow a certain adjustment force must be reached before the armature starts moving and then moves into the respective, The end position, which is dependent on the direction of the excitation current, tilts. When switching off the excitation current the anchor resumes its original central position.

Für eine Reihe von Meß- und Regelschaltungen ist es aber erforderlich, daß nach dem Abschalten der Erregung der Relaisanker die jeweils erreichte Schaltstellung beibehält. Es sind zwar bereits üngepolte und gepolte Relais bekannt, die zwei Ruhelagen des Ankers aufweisen und der Anker bei Verstellung in eine der Endlagen in der jeweilig erreichten Stellung verbleibt. Derartige als Kipprelais bezeichnete Schalt-, einrichtungen besitzen aber keine Mittelsteilung. "'For a number of measuring and control circuits, however, it is necessary that after switching off the Excitation of the relay armature the respective switch position reached maintains. There are already üngepolte and polarized relays known, the two rest positions of the armature have and the armature remains in the respective position reached when moved into one of the end positions. Such switching devices, referred to as toggle relays, do not, however, have a central division. "'

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gepoltes Relais zu schaffen, das neben einer kippenden Arbeitsweise Gepoltes Relais
mit drei Ruhelagen des AnkersThe object of the invention is to create a polarized relay which, in addition to a toggle mode of operation, has a polarized relay
with three rest positions of the anchor

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Josef Fischer, Martin Aidn und Herbert Krautwald,Josef Fischer, Martin Aidn and Herbert Krautwald,

München,
sind als Erfinder genannt wordenMunich,
have been named as inventors

drei verschieden stabile Schaltstellungen aufweisen soll. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die in Richtung der Endlagen des Ankers wirkende Dauerflußkraft und die entgegen wirkende Kraft einer Kompensationsfeder derart bemessen sind, daß die mit dem Ankerausschlag abnehmende, der Erregerkraft entgegenwirkende resultierende Kraft innerhalb des Ankerweges seine Richtung umkehrt und damit den Anker auch nach Aufhören der Erregung in der erreichten Endlage festhält. Damit ist es also möglich, von einer stabilen Mittellage aus je nach Richtung des Erregerstromes die eine oder die andere, ebenfalls stabile Endlage zu erreichen.should have three different stable switching positions. This is achieved according to the invention in that the continuous flow force acting in the direction of the end positions of the armature and the opposing force of a Compensation springs are dimensioned in such a way that the excitation force decreases with the armature deflection counteracting resulting force within the anchor path reverses its direction and thus holds the armature in the end position reached even after the excitation has ceased. So it is possible from a stable central position, depending on the direction of the excitation current, one or the other, likewise to reach stable end position.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß sich der Nulldurchgang der resultierenden Kraft und damit ihre Richtungsumkehr, von der Mittellage des Ankers aus gerechnet, auf der zweiten Hälfte des Ankerweges befindet. Zweckrriäßigerweise wird man den Nulldurchgang allerdings nicht unmittelbar in der Nähe der Endstellung des Ankers vorsehen, da in diesem Fall die zur Fesselung des Ankers verbleibende Haltekraft zu gering sein würde.An advantageous embodiment of the invention provides that the zero crossing of the resulting Force and thus its reversal of direction, calculated from the central position of the anchor, on the second Half of the anchor way. Appropriately, however, the zero crossing is not made immediately in the vicinity of the end position of the anchor, as in this case the one used to tie the anchor remaining holding force would be too low.

Für die Rückstellung des in eine der Endlagen gekippten Relaisankers bestehen nun zwei Möglichkeiten. Soll der Anker von der Endlage lediglich wieder in die Mittellage gebracht werden, so muß man den die Erregerkraft erzeugenden Stromimpuls kleiner wählen als den zur Auslenkung des Ankers aus der Mittellage; erforderlichen Impuls. Soll der Anker jedoch in der Mittelstellung nicht verbleiben, sondern von der einen Endstellung sofort in die andere um-For resetting the tilted into one of the end positions Relay armature now has two options. Should the anchor only return from the end position are brought into the central position, the current pulse generating the excitation force must be smaller choose as the one for deflecting the anchor from the central position; required impulse. Should the anchor however, do not remain in the middle position, but immediately switch from one end position to the other.

109 757/489109 757/489

schalten, so muß der die Erregerkraft erzeugende Stromimpuls gleich oder größer gewählt werden als der zur Auslenkung des Ankers aus der Mittellage erforderliche Impuls.switch, the current pulse generating the excitation force must be selected to be equal to or greater than the momentum required to deflect the armature from the central position.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigt Further details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment. It shows

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Relais, bei dem die Erfindung verwirklicht ist,Fig. 1 shows the schematic structure of a relay in which the invention is implemented,

Fig. 2 die Kontaktvorrichtung des in Fig. 1 gezeigten Relais,Fig. 2 shows the contact device of the relay shown in Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 Kraft-Weg-Diagramme zur Erläuterung der Erfindung.3 to 5 force-displacement diagrams to explain the invention.

Bei der schematischen Darstellung eines polarisierten Relais nach Fig. 1 bzw. der Kontaktvorrichtung gemäß Fig. 2 besitzt der Anker 1 zwei getrennt isoliert angebrachte Ankerkontakte 2 und 3 sowie die zugehörigen Gegenkontakte 4 und 5. In der Mittellage des Relaisankers sind die Kontakte 2 und 4 geschlossen, sie besitzen eine überlappende Kontaktgabe. Die Größe der Überlappung wird durch den einstellbaren Abstand« bestimmt. Die Ruhekontaktkraft entsteht dabei durch die Vorspannung der beiden Kompensationsfedern 6, an denen sich die Kontakte 4 befinden.In the schematic representation of a polarized relay according to FIG. 1 or the contact device according to FIG. 2, the armature 1 has two separately insulated armature contacts 2 and 3 and the associated mating contacts 4 and 5. The contacts 2 and 4 are in the middle position of the relay armature closed, they have an overlapping contact. The size of the overlap is determined by the adjustable distance «. The break contact force is created by the bias of the two compensation springs 6 on which the contacts 4 are located.

Der am Anker 1 angebrachte Ankerkontakt 3, weleher über die Drehachse des Ankers einen elektrischen Leitungsanschluß zuläßt, arbeitet als Umschaltkontakt für die den Endlagen des Ankers zugeordneten Kontakte 5. Der Luftspalt zwischen dem Ankerkontakt 3 und den Gegenkontakten 5 ist dadurch einstellbar, daß die Kontakte 5 auf Gewindebolzen aufgesetzt sind, die in einem isolierenden Kontaktblock eingeschraubt sind.The anchor contact 3 attached to the anchor 1, weleher allows an electrical line connection via the axis of rotation of the armature, works as a changeover contact for the contacts assigned to the end positions of the armature 5. The air gap between the armature contact 3 and the mating contacts 5 is adjustable in that the contacts 5 on threaded bolts are placed, which are screwed into an insulating contact block.

Bei entsprechender Auslegung der mechanischen und magnetischen Charakteristiken dieser Relaisanordnung ist es möglich, ein Relais mit drei stabilen Ruhelagen zu schaffen, wobei die Bewegung des Ankers kippend erfolgt. Die Wirkungsweise einer derartigen Anordnung und die Bemessung der auf den Relaisanker wirkenden Verstellkräfte, wird in den Diagrammen nach Fig. 3, 4 und 5 beschrieben. Dabei sind jeweils die wirksamen Kontaktkräfte im unerregten Zustand des Relais mit P_K bezeichnet, während die Kontaktkräfte, die bei Erregung wirksam sind, die Bezugszeichen P_KE tragen.With an appropriate design of the mechanical and magnetic characteristics of this relay arrangement, it is possible to create a relay with three stable rest positions, with the armature moving in a tilting manner. The mode of operation of such an arrangement and the dimensioning of the adjustment forces acting on the relay armature are described in the diagrams according to FIGS. 3, 4 and 5. The effective contact forces in the unexcited state of the relay are denoted by P _K , while the contact forces that are effective when excited are denoted by the reference symbol P _KE .

In Fig. 3 ist die wirksame Dauerflußkraft 7 als Funktion der Kraft P und des Ankerhubs 5 dargestellt. Durch den Kontaktabstand χ ist der Ankerausschlag begrenzt. Die Dauerflußkraft 7 erreicht in den Endpunkten A ihren maximalen Wert, Von der Mittellage aus wirkt von der Kompensationsfeder her die Kraft 8. Die beiden bis zum Punkt B vorgespannten Kompensationsfedern 6 sind gegen die Dauerflußkräfte 7 wirksam. Ihre Endkräfte im Punkte sind kleiner als die Dauerflußkräfte im Punkt A. Die Resultierende aus der Kraft 7 und der Kraft 8 stellt dann die Kippkraftkurve 9 mit den Endpunkten D im unerregten Zustand des Relais dar, wobei in dem dargestellten Beispiel die Punkte D kraftmäßig niedriger liegen als die Punkte B, Die in Richtung des Ankerhubs verlaufenden Pfeile geben die Richtung der auf den Relaisanker wirkenden resultierenden Kräfte an.In Fig. 3, the effective permanent flux force 7 is shown as a function of the force P and the armature stroke 5. The anchor deflection is limited by the contact distance χ. The Dauerflußkraft 7 reaches at the end points A its maximum value, from the central position of the force is applied by the compensation spring forth 8. The two up to the point B biased compensation springs 6 are effective against the Dauerflußkräfte. 7 Your final forces at point are smaller than the permanent flux forces at point A. The resultant of the force 7 and the force 8 then represents the tilting force curve 9 with the end points D in the unexcited state of the relay, the points D being lower in terms of force in the example shown as the points B, the arrows running in the direction of the armature stroke indicate the direction of the resulting forces acting on the relay armature.

In Fig. 4 wird die Resultierende 9 übernommen und vorausgesetzt, daß sich der Anker in der Mittellage befindet. Je nach Richtung des Erregerstroms entsteht eine Erregerkraft 10, welche dem Anker eine Verstellbewegung in Richtung der Endlagen gibt. Der Relaisanker kippt dann in eine Endlage, wenn die Erregerkraft 10 die Kippkraftkurve 9 im Punkt B aufgehoben bzw. überschritten hat. Die Resultierende aus der Kraft 9 und der Kraft 10 ergibt dann die auf den Relaisanker wirksame Stellkraft 11. Sinkt die Erregerkraft 10 nach Erreichen der Endlage auf Null ab, so entsteht wieder die Kippkraftkurve 9, wobei der Relaisanker unter der Wirkung einer durch den Dauerfluß hervorgerufenen Verstellkraft steht, die auch hier durch einen Pfeil angedeutet ist.In Fig. 4, the resultant 9 is adopted and provided that the anchor is in the central position. Depending on the direction of the excitation current, an excitation force 10 arises which gives the armature an adjustment movement in the direction of the end positions. The relay armature then tilts into an end position when the excitation force 10 has canceled or exceeded the tilting force curve 9 at point B. The resultant of the force 9 and the force 10 then gives the actuating force 11 acting on the relay armature. If the excitation force 10 drops to zero after the end position has been reached, the tilting force curve 9 occurs again, the relay armature under the effect of a continuous flow caused Adjusting force is available, which is also indicated here by an arrow.

Auch in Fig. 5 wird die Kippkraftkurve 9 übernommen. Die Erregerkraft kann den Anker dann wieder in die Mittellage bringen, wenn die resultierende Kraft 9 in Punkt D aufgehoben wird. Die Verstellkraft 13 entsteht hier als Resultierende aus den Kräften 9 und 12. Der Wert für den entstehenden Punkt E der Kurve 13 darf hier eine gewisse Größe nicht unterschreiten, damit der Anker infolge seiner kinetischen Energie nicht über die Mittellage hinaus in die entgegengesetzte Endlage kippt. Dies würde der Fall sein, wenn die Erregerkraft 12 wesentlich größer gewählt wird. Daraus ist also zu entnehmen, daß durch die Höhe der Erregerkraft bestimmt werden kann, ob der Anker von der einen Endlage in die Mittellage oder in die andere Endlage kippt.The tilting force curve 9 is also adopted in FIG. 5. The excitation force can then bring the armature back into the central position when the resulting force 9 in point D is canceled. The adjusting force 13 arises here as a resultant of the forces 9 and 12. The value for the resulting point E of the curve 13 must not fall below a certain size so that the armature does not tip over the middle position into the opposite end position due to its kinetic energy. This would be the case if the excitation force 12 is chosen to be significantly larger. From this it can be seen that the level of the excitation force can be used to determine whether the armature tilts from one end position into the middle position or into the other end position.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Gepoltes Relais mit drei Ruhelagen des Ankers, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Endlagen des Ankers (1) wirkende Dauerflußkraft (7) und die entgegenwirkende Kraft (8) einer Kompensationsfeder (6) derart bemessen sind, daß die mit dem Ankerausschlag abnehmende, der Erregerkraft entgegenwirkende resultierende Kraft (9) innerhalb des Ankerweges seine Richtung umkehrt und damit den Anker auch nach Aufhören der Erregung in der erreichten Endlage festhält.1. Poled relay with three rest positions of the armature, characterized in that the continuous flow force (7) acting in the direction of the end positions of the armature (1) and the counteracting force (8) of a compensation spring (6) are dimensioned such that the armature deflection decreasing resulting force counteracting the excitation force (9) reverses its direction within the armature path and thus holds the armature in the end position reached even after the excitation has ceased. 2. Gepoltes Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Nulldurchgang der resultierenden Kraft (9) und damit ihre Richtungsumkehr, von der Mittellage des Ankers aus gerechnet, auf der zweiten Hälfte (xl) des Ankerweges (x) befindet.2. Poled relay according to claim 1, characterized in that the zero crossing of the resulting force (9) and thus its reversal of direction, calculated from the central position of the armature, is on the second half (xl) of the armature path (x) . 3. Gepoltes Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückstellung des Ankers (1) von einer der Endlagen in die Mittellage der die Erregerkraft erzeugende Stromimpuls kleiner gewählt ist als der zur Auslenkung des Ankers aus der Mittellage erforderliche Impuls.3. Polarized relay according to claim 1 or 2, characterized in that for resetting of the armature (1) from one of the end positions to the central position of the current pulse generating the excitation force is chosen to be smaller than that required to deflect the armature from the central position Pulse. 4. Gepoltes Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur spontanen Umsteuerung des Ankers (1) von einer in die andere Endlage der die Erregerkraft erzeugende Stromimpuls gleich oder größer gewählt ist als der zur Auslenkung des Ankers aus der Mittellage erforderliche Impuls.4. Poled relay according to claim 1 or 2, characterized in that for spontaneous reversal of the armature (1) from one to the other end position of the current pulse generating the excitation force is selected to be equal to or greater than that required to deflect the armature from the central position Pulse. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 109 757/489 12.61© 109 757/489 12.61