DE1198455B

DE1198455B - Elektromagnetisches Relais mit Haftcharakteristik

Info

Publication number: DE1198455B
Application number: DES73748A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Albert Ueberschuss; Dipl-Phys Helmut Mielert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1961-04-28
Publication date: 1965-08-12
Also published as: CH408210A; US3195023A; FR1319893A; BE616936A; GB968562A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21g-4/01

Nummer: 1198 455

Aktenzeichen: S 73748 VIII c/21 g

Anmeldetag: 28. April 1961

Auslegetag: 12. August 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit zwei stabilen Schaltstellungen, die durch Überlagerung eines durch einen feststehenden Dauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregernuß erreichbar sind, wobei der eine Teil des jeweils wirksamen Flusses über einen Arbeitsluftspalt sowie einen Hilfsluftspalt geführt ist, während der andere Teil des Flusses über die Ankerlagerung verläuft.

Elektromagnetische Relais der eingangs näher be- xo zeichneten Art werden vor allem dann verwendet, wenn nach Abschalten des wirksamen Steuerimpulses die jeweils eingenommene Schaltstellung so lange beibehalten werden soll, bis der nächste Steuerimpuls den Anker in die andere Schaltstellung umlegt. Man kann zwar eine derartige Arbeitsweise bei üblichen elektromagnetischen Relais durch Anbringung mechanischer Umschaltmittel erreichen. Diese Umschaltmittel stellen jedoch eine unerwünschte Komplizierung und Verteuerung eines derartigen Relais dar und benötigen in der Regel auch einen erhöhten Raumbedarf.

Dagegen betrifft vorliegende Erfindung ein elektromagnetisches Relais, bei welchem ein Dauermagnet mit dem vom Elektromagnetsystem erzeugten Steuernuß derart zusammenwirkt, daß der Anker durch Überlagerung von Steuerfluß und Dauerfluß, und zwar durch Summierung der beiden Flüsse in die eine Endlage und durch die Differenz der beiden Flüsse in die andere Endlage schaltbar ist und nach Aufhören des Steuerflusses jeweils darin verbleibt. Auch Lösungswege, die nicht auf mechanischer Grundlage, sondern auf magnetischer Grundlage arbeiten, sind bereits bekannt. Vielfach können aber die Haltekräfte in den beiden stabilen Endlagen des Ankers nicht unabhängig voneinander eingestellt werden, was betriebsmäßige Nachteile mit sich bringt. So ist die Einstellung der Haltekraft, beispielsweise am Hauptluftspalt, nicht möglich, ohne auch eine Änderung der Kraftverhältnisse am Hilfsluftspalt zu bewirken.

Außerdem ist bei bekannten Lösungen vielfach in der Arbeitslage des Ankers der Magnetkreis offen. Gerade in der Stellung des Ankers, in der nur eine geringe Haltekraft vorhanden ist, sind dann aber die entgegenwirkenden Federkräfte am größten. Aus diesem Grunde ist die Betriebssicherheit derartiger Relais häufig nur gering, da die Empfindlichkeit gegenüber Stoß- und Schüttelbeanspruchungen relativ groß ist. Bei derartigen Relaisausführungen kann es im übrigen betriebsmäßig vorkommen, daß bei zu hohem Erregerstrom der Anker nach dem Abfallen Elektromagnetisches Relais mit Haftcharakteristik

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Albert Überschuß,
Dipl.-Phys. Helmut Mielert, München

sofort wieder anziehen kann, so daß keine eindeutige Schaltstellung erreichbar ist. Die in diesem Zusammenhang an ein Relais der vorgenannten Art zu stellenden Anforderungen sind vor allem größtmögliche Haltekräfte in den beiden Endlagen des Ankers, insbesondere aber bei angezogenem Anker. Ferner sollen die Haltekräfte in den beiden Endlagen des Ankers unabhängig voneinander einstellbar sein.

Hierbei ist die magnetische Flußführung derartiger Relais von Bedeutung, da diese das Betriebsverhalten eines solchen Relais bestimmt. Bei bekannten Relais wird der durch die Erregerspule erzeugte magnetische Fluß über einen Luftspalt geführt, der zwischen dem Kern der Erregerspule und dem Ankerschenkel vorhanden ist. Der magnetische Fluß verläuft dabei nicht nur über diesen Luftspalt, sondern auch über einen weiteren, der durch einen Ankerschenkel und einen Rückschlußschenkel entsteht. Beide Luftspalte verändern sich dabei in Abhängigkeit von der Ankerlage. Im Dauerflußkreis befindet sich ferner ein veränderlicher Luftspalt, der durch die Lageabhängigkeit zwischen dem Anker und der in der Regel vorhandenen Ankerschneide am Dauermagneten entsteht. Dieser Luftspalt ist bei abgefallenem Anker wesentlich größer als bei angezogenem Anker, wobei noch eine Unsicherheit in der Größe des Luftspalts darin liegen kann, daß die Lagerung des Ankers nicht genau fixiert ist. Wenn also, wie ausgeführt, bei abgefallenem Anker der im Dauerflußkreis wirksame magnetische Widerstand, der durch die Ankerlagerung bedingt ist, relativ groß ist, dann stellt dies eine Behinderung des Steuerflusses dar, und damit ist das Relais relativ un-

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empfindlich. Hat das Relais jedoch angesprochen und befindet sich der Anker in der »Haftlage«, so wird dieser Widerstand kleiner, und es ergibt sich damit eine Erhöhung des Dauerflusses. Diese dadurch erhöhte Haltekraft ist jedoch nachteilig, da zum Abfallen des Ankers ein Gegenfluß erforderlich ist, der den Haltefluß zu überwinden hat. Der zum Umschalten in die andere Endlage erforderliche Erregerstrom (Gegenstrom) muß daher relativ groß sein, was ebenfalls als ein schwerwiegender Nachteil betrachtet werden muß. Bekannte Relais besitzen also eine betriebsmäßige Veränderung des im Dauerflußkreis wirksamen magnetischen Widerstandes, die genau in umgekehrter Richtung liegt, als es für die Praxis wünschenswert ist.

Nach der Erfindung werden die geschilderten Nachteile bei einem Relais der eingangs näher bezeichneten Art dadurch vermieden, daß dem magnetischen Widerstand der Ankerlagerung der magnetische Widerstand eines Nebenluftspaltes parallel liegt und der Anker derart ausgebildet ist, daß die magnetischen Widerstände von Ankerlagerung und Nebenluftspalt in beiden Schaltstellungen des Ankers etwa gleich sind. Durch die Parallelschaltung des magnetischen Widerstandes der Ankerlagerung mit dem magnetischen Widerstand eines Nebenluftspaltes ergibt sich für den Dauermagnetfluß nicht nur ein relativ kleiner Gesamtwiderstand, sondern der erstgenannte Widerstand wird kaum mehr von der Ankerlage beeinflußt.

Durch die Parallelschaltung wird also die Ansprechempfindlichkeit des Relais erhöht, und es ist für den Fall des angezogenen Ankers zum Abwerfen des Relaisankers kein wesentlich größerer Erregerstrom erforderlich. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Erregerwicklung und der Dauermagnet hinsichtlich der erzeugten Magnetflüsse, bezogen auf den Hauptarbeitsluftspalt, hintereinandergeschaltet sind. Außerdem können die Haltekräfte des Hauptankers und des Hilfsankers unabhängig voneinander eingestellt werden. Es ist dabei zweckmäßig, die wirksame Polfläche des Hilfsankers veränderbar zu machen. Im übrigen läßt sich der Ankerarm mit dem Hauptanker und dem Hilfsanker aus einem Stück fertigen.

F i g. 1 zeigt schematisch den baulichen Aufbau des Relais;

Fig. 2 ist ein Kraft-Weg-Diagramm für die bei diesem Relais wirksamen Einstell- und Haltekräfte;

F i g. 3 zeigt ein Prinzipbild für den Flußverlauf und

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die magnetischen Kreise.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der an dem Ankerarm 7 angebrachte Hilfsanker 2 durch den Dauermagneten 4 in Richtung der Kammbewegung gezogen. Diese auf den Hilfsanker ausgeübte Kraft wirkt der elektromagnetischen Ankerzugkraft entgegen. Die Abmessungen und Lage des Hilfsankers sind so gewählt, daß bei angezogenem Hauptanker besonders die auf diesen ausgeübte Kraft, bei abgefallenem Hauptanker aber die auf den Hilfsanker 2 wirkende Kraft 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. 1 auftretenden Kraft-Weg-Kurven, und zwar ist die Kurve I die Kraft-Weg-Charakteristik der Kontaktanordnung, die Kurve II diejenige des Magnetsystems und die Kurve III die sich aus den Kurven I und II ergebende Resultierende. Wie ersichtlich, verläuft die Resultierende IH nahezu symmetrisch zur Nullinie dergestalt, daß die in den beiden Endlagen wirkenden Haltekräfte etwa gleich groß (und entgegengesetzt gerichtet) sind.

Bei dem Prinzipbild der F i g. 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. 1), t/~ den Generator in Gestalt des Steuerfiußerzeugers, R₂ den Streuwiderstand zwischen Hilfsanker 2 und Joch 3, i?₄ den magnetischen Widerstand der Ankerlagerung, R₆ den Widerstand im Kern 8 der Erregerspule, R₈ und R₉ den magnetischen Widerstand im Hauptanker 6 und in den Ankerarmen 7. Schließlich bedeuten R₇ und A₁₀ die Widerstände, welche in dem Luftspalt zwischen dem Hauptanker 6 und dem zugehörigen Polschuh sowie zwischen dem Hilfsanker 2 und dem Polschuh 5 auftreten.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Relais mit zwei stabilen Schaltstellungen, die durch Überlagerung eines durch einen feststehenden Dauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregerfluß erreichbar sind, wobei der eine Teil des jeweils wirksamen Flusses über einen Arbeitsluftspalt sowie einen Hilfsluftspalt geführt ist, während der andere Teil des Flusses über die Ankerlagerung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß dem magnetischen Widerstand (R₄) der Ankerlagerung der magnetische Widerstand (R₂) eines Nebenluftspalts parallel liegt und der Anker derart ausgebildet ist, daß diese magnetischen Widerstände (RJR^ in beiden Schaltstellungen des Ankers etwa gleich sind.

2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (9) und der Dauermagnet (4) hinsichtlich der erzeugten Magnetflüsse, bezogen auf den Hauptarbeitsluftspalt (R₇), hintereinandergeschaltet sind.

3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekräfte des Hauptankers (6) und des Hilfsankers (2) unabhängig voneinander einstellbar sind.

4. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Polfläche des Hilfsankers (2) veränderbar ist.

5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerarm (7) mit dem. Hauptanker (6) und dem Hilfsanker (2) aus einem Stück gefertigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 846 863; deutsche Auslegeschrift Nr. 1030 930; britische Patentschrift Nr. 515 529.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 630/281 8.65 ® Bundesdruckerei Berlin