DE1257286B - Elektromagnetisches Relais mit veraenderbarer Empfindlichkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 g - 4/01

Nummer: 1257 286

Aktenzeichen: T 30304 VIII c/21 g

J 257 286 Anmeldetag: 20.Januar 1966

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Bei Selbstwählfernsprechanlagen werden elektromagnetische Relais in der herkömmlichen Ausführung verwendet. Diese weisen im allgemeinen ein rechtwinklig abgebogenes Joch mit einer an diesem angebrachten Kontaktfederanordnung auf, einen Anker sowie einen Eisenkern, der eine Spule trägt. Das Joch stellt den Rahmen des Relais dar und bleibt unabhängig von dem Zweck des Relais unverändert, während die Anzahl der Kontaktfedern in jeder Anordnungje nach dem Verwendungszweck des Relais innerhalb weiter Grenzen verändert werden kann. Die Spulenwicklung kann gleichfalls in Abhängigkeit von den elektrischen Daten und von der Leistung des Relais verändert werden. Ebenfalls ist der Anschlag des Ankers dem Verwendungszweck des Relais entsprechend veränderbar. Die Länge der Kontaktfedern, die Entfernung der Kontakte voneinander und der Hub der bewegbaren Kontaktfedern sind genau bestimmte, in Versuchen ermittelte Größen und bleiben unverändert.

Ein herkömmliches Relais muß dem Gewicht und dem Raumbedarf nach den ungünstigsten Betriebsbedingungen angepaßt, das Joch, der Anker und der Relaiskern jedoch müssen dem stärksten auftretenden Magnetfeld entsprechend dimensioniert werden. Der Wickelraum der Relaisspule wird von der Länge der Kontaktfedern bestimmt, während die Hebelarme des Ankers und der Durchmesser des Eisenkerns genügend groß sein sollen, damit das Relais imstande ist, bei der auftretenden niedrigsten Batteriespannung und bei dem größten Außenwiderstand eine Mindestanzahl von Kontakten zu betätigen.

- Die Elemente, die bei einem genormten Fernsprechrelais normalerweise verändert werden, sind der Drahtdurchmesser bei der Spulenwicklung, die Dicke der Ankerruheplatte sowie der Durchmesser des Eisenkerns. Zuweilen wird auch der Durchmesser des am Luftspalt gelegenen Endes des Eisenkerns verändert. Die Abänderung der Wicklung entsprechend der Belastung des Relais und dem Widerstand des Arbeitsstromkreises ist eine notwendige und natürliche Maß- nähme, während andererseits eine Veränderung der Abmessungen und der Gestalt des Eisenkerns als eine Abweichung von der Norm angesehen werden muß. Eine Änderung der Dicke der Ruheplatte kann angesichts der unbedeutenden Größe und der geringen Kosten dieses Bauelementes als zulässig angesehen werden. Tatsächlich kann jedoch auch eine Veränderung der Ruheplatte als unerwünscht angesehen werden, da hierbei die Länge des Eisenkerns und die Länge des Joches nicht mehr zusammenfallen. Die Bewegungsstrecke des Relaisankers wird mit der Dicke der Ruheplatte gleichfalls verändert, so daß eine Einsteil-Elektromagnetisches Relais mit veränderbarer
Empfindlichkeit

Anmelder:

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm
Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,
Patentanwälte,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Karl Axel Lundkvist, Stockholm

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 10. März 1965 (3151)

möglichkeit für die Bewegungsstrecke des Ankers und für den Hub der Kontaktfedern vorgesehen werden muß.

Es ist bekannt, ein Fernsprechrelais so auszugestalten, daß die Länge des Hebels der Federbelastung des Ankers verändert werden kann. In diesem Fall muß zugleich die Bewegungsstrecke des Ankers verändert werden, damit die Bewegung der Kontakte nicht geändert zu werden braucht. Hiermit sind einige konstruktive Schwierigkeiten verbunden, so daß diese Maßnahmen in der Praxis kaum Anwendung gefunden hat.

Die Erfindung bezweckt, bei einem normalen elektromagnetischen Relais, dessen Belastung und Arbeitsbedingungen sich von Fall zu Fall ändern, den Bedarf an Eisen im magnetischen Kreis und den Bedarf an Kupfer in der Relaiswicklung herabzusetzen und eine einfache Einrichtung vorzusehen,-mit der die Beziehung zwischen den Hebeln des Relaisankers in bezug auf die beabsichtigte Belastung neu festgesetzt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine seitliche Versetzung des Endes des Eisenkerns der Spule im Luftspalt in bezug auf die Achse des Eisenkerns, wobei durch Drehen des Endes des Eisenkerns der Abstand zwischen dem Einwirkungspunkt des Magnetfeldes am Anker und der Drehachse des Ankers verändert werden kann, ohne den Drehwinkel des Ankers zu verändern.

Für die Zwecke der Beschreibung sei angenommen, daß ein Fernsprechrelais mit einer Höchstzahl von Kontaktfedern belastet sei, für die das Relais vorge-

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sehen ist und die unbetätigt gehalten werden, und daß die Relaiswicklung von einem Strom durchflossen sei, der ein Magnetfeld erzeugt, das zum Betätigen des Relais ausreicht. Hierbei wird der Relaisanker gegen das Ende des Eisenkerns angezogen, wobei zuerst eine Anzahl von schwächeren Kontaktfedern betätigt wird, die angehoben werden und mit härteren Kontaktfedern in Berührung gelangen, die den Kontaktdruck erzeugen sollen. Wenn der Anker einige Zehntelmillimeter vom Ende des Kerns entfernt ist, dann überschreitet er seine kritische Lage, wobei die gesamte Kontaktfederbelastung überwunden werden soll. Während des letzten Teiles der Bewegung des Ankers steigt die Federbelastung nur unwesentlich an, während der Magnetfluß sich rasch verstärkt, so daß die Magnetflußdichte im Eisenkernkreis mindestens in irgendeinem Teil sich bereits der Sättigung nähert, wenn die kritische Lage erreicht ist. Werden für die Stärke der Anziehungskraft und für die Sättigung des Eisens bestimmte Grenzwerte festgesetzt, so können der so Querschnitt des Eisens, die restliche Bewegung des Ankers in der kritischen Lage und die Ankerhebel so bestimmt werden, daß für das Gewicht und den Raumbedarf des Relais die günstigsten Werte erreicht werden. Die Magnetflußdichte im Ende des Kerns am Luftspalt wird mit B, der Querschnitt des Eisenkerns am Kernende mit A, der magnetische Widerstand unter Außerachtlassung der Restbewegung des Ankers im Luftspalt mit m bezeichnet. Die Federbelastung wird mit P, deren Hub mit c und deren Hebel in bezug auf den Drehmittelpunkt des Ankers mit b bezeichnet. Das Magnetfeld am Ende des Kerns wird mit B-A, dessen Hebel am Relaisanker mit a und die Restbewegung des Ankers im Luftspalt an der kritischen Stelle mit d bezeichnet. Der Querschnitt des Ankers wird als kreisrund angenommen, da eine runde Spule den kleinsten Kupferverbrauch ergibt. Die Anzahl der für den Betrieb erforderlichen Amperewindungen wird mit M bezeichnet. Infolge der Streuung zwischen dem Eisenkern und dem Joch ist die Magnetflußdichte im Eisenkern größer als am Ende des Kerns. Die Beziehung zwischen dem größten Wert der Flußdichte im Eisenkern und B wird als eine Zahl k angenommen, die für die kritische Lage des Ankers gültig ist und empirisch bestimmt wird.

Unter Vernachlässigung der Streuung des Feldes im Luftspalt gelten die unten angeführten Beziehungen (1), (2) und (3). Die Gleichung (1) gilt für das Gleichgewicht zwischen dem Moment der Belastung und dem des Feldes am Anker. Aus der Gleichung (2) ist die Beziehung zwischen der Flußdichte B und der Anzahl der Amperewindungen zu ersehen, während die Gleichung (3) lediglich eine geometrische Beziehung darstellt.

B =	M
d + m
b _	a
C	7'

• μ₀, (2)

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(3)

wobei μ₀ die absolute Permeabilität im Vakuum ist.

Bei den obenstehenden Gleichungen werden P und c von dem Aufbeu der Kontaktfederanordnungen bestimmt. Die größte Flußdichte k · B wird von den Eigenschaften des Eisens bestimmt. Die Zahl k ist mit

dem Luftspalt d etwas veränderlich. Der Wert m wird bestimmt von der Dicke der Ruheplatte, vom magnetischen Widerstand des Eisens und vom magnetischen Widerstand als Folge der Oberflächenbehandlung des Joches, des Ankers und des Eisenkerns.

Wie bereits erwähnt, kann bei einem fertigen Relais weder A noch b geändert werden. Ist der Hebel b annahmegemäß bestimmt, so wird aus der Gleichung (1), wenn das Relais mit einer Höchstzahl von Kontaktfedern belastet ist, die Beziehung erhalten:

A-a - ^2/'°'^P ■b. (4) B²

Bei verminderter Belastung P kann auch der Hebel a und damit der Luftspalt d verkleinert werden. Der Wert von m wird in der Praxis von der Remanenz des Eisens und von der Oberflächenbehandlung bestimmt und kann in diesem Fall als ein vorausbestimmter Wert angesehen werden, der nicht verändert werden kann.

Bei normalen Fernsprechrelais sind A, a und b feststehende, unveränderbare Größen. Nach der Gleichung (2) kann dann die erforderliche Anzahl von Amperewindungen M nur durch Vermindern von B herabgesetzt werden, d. h., das Volumen des Eisens wird nur bei der Höchstbelastung vollständig benutzt. Wird die Belastung P herabgesetzt, so wird die Anzahl der erforderlichen Amperewindungen nicht im Verhältnis zu P, sondern nur im Verhältnis zu ~\p> vermindert.

Aus den Gleichungen (2) und (4) kann nämlich abgeleitet werden:

■ * i:vi7!-ι:· » Das Relais wird bei geringen Belastungen weniger empfindlich, obwohl oftmals eine größere Empfindlichkeit erwünscht ist.

Aus der Gleichung (4) ist zu ersehen, daß bei einer Verminderung von a auch A herabgesetzt werden kann, d. h., die im Relais erforderliche Eisenmenge kann vermindert werden. Kann der Eisenkern des Relais dünner bemessen werden, so kann auch die Wicklung bei einer bestimmten Anzahl von Amperewindungen verkleinert und damit Kupfer eingespart werden. Aus der Gleichung (5) ist zu ersehen, daß die Verminderung von M infolge einer Erhöhung von a verhältnismäßig klein ist und vollständig vermieden werden kann, wenn m z. B. durch dünnere Ruheplatten vermindert werden kann.

Bei einer Bestimmung der Abmessungen eines Relais muß von einem Durchschnittswert für die Belastung ausgegangen werden, aus welchem Wert zum Teil der Querschnitt des Luftspaltes und des Eisenkreises und zum Teil die Hebel a und b des Ankers sowie die Länge des Joches und der Spule bestimmt werden. Der Eisenkern in der Spule wird ohne eine seitliche Versetzung des Kernendes am Luftspalt angenommen.

Bei stärkeren Belastungen reicht der Querschnitt des Eisenkerns nicht aus, wenn die Länge des Hebels a unverändert beibehalten wird. Nach der Erfindung wird das Ende des Eisenkerns so ausgestaltet, daß der Hebel a nach oben und nach unten um einen Durchschnittswert herum verändert werden kann, der dem Hebel a bei einem geraden Eisenkern entspricht. Bei einem kleinen Wert von a wird der Relaisanker kurz

Claims (3)

und leicht. Dies ist bei empfindlichen Relais von Wert, die rasch ansprechen sollen, obwohl nur schwache Kräfte zur Verfügung stehen. Bei verminderter Belastung wird nur eine kleinere Anzahl von Amperewindungen benötigt, und der Eisenkreis wird unbefriedigend ausgenutzt, wenn die Hebel a und b und der Querschnitt A unverändert bleiben. Eine erhöhte Empfindlichkeit wird bei schwach belasteten Relais dadurch erhalten, daß der Hebel a verkleinert wird. Bei Verzögerungsrelais ist ein kräftiges Magnetfeld erwünscht; jedoch ist auch ein geringer Widerstand im Kupferrohr erforderlich, das die Verzögerung bewirkt. Diese Faktoren wirken entgegen bei jeder Änderung des Durchmessers des Relaiskerns. Eine Vergrößerung des Hebels a bewirkt jedoch immer ein besseres Halten und infolgedessen ein wirksameres langsames Abfallen, weshalb die Erfindung auch bei Verzögerungsrelais von Nutzen ist. Bei geringen Belastungen, im besonderen bei Relais mit nur zwei Kontaktfedern, ist oftmals eine große Empfindlichkeit erforderlich, d. h., die notwendige Einwirkung auf die Wicklung soll bei Betätigung klein sein. Wird der Hebel a durch seitliches Versetzen des Kernendes nach der Erfindung verkürzt, so wird der Luftspalt verkleinert. Durch Vergrößern des Querschnittes A des Luftspaltes wird weiterhin der Fluß verstärkt, und die Empfindlichkeit des Relais wird erhöht. Die Flußdichte B im Luftspalt ist trotz Verminderung der Anzahl der Amperewindungen groß. Es kann angenommen werden, daß die Streufelder sich mit der Anzahl der Amperewindungen vermindern. Die relative Änderung der Stärke der Belastung von einem Durchschnittswert zu einem niedrigen Wert ist erheblich größer als von einem Durchschnittswert zu einem Höchstwert. Bei einem Relais, das genormt werden soll, ist eine Ruheplatte mit einer bestimmten Dicke erwünscht, da die Länge des Relaiskerns an die Länge des Joches angepaßt werden muß und da der Anker nur bei einem bestimmten Wert der Dicke der Ruheplattein in der Ebene des Relaiskernendes liegen kann. Wird die Dicke der Ruheplatte für ein Relais bestimmt, das mit einer durchschnittlichen Anzahl von Kontaktfedern belastet ist, so kann diese Ruheplatte bei allen anderen Belastungen beibehalten werden, wenn der Hebel a verändert wird. Das Einstellen von a erfordert einen Ausgleich zwischen den Grenzwerten beim Anziehen und Abfallen des Relais. Dieses Einstellen wird daher vorzugsweise allmählich und nicht schrittweise durchgeführt. Die Erfindung ist daher auch angesichts dieser Einstellmöglichkeit für Relais mit einer Kontaktfederbelastung geeignet, die der Durchschnittsbelastung entspricht. Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der Zeichnung ist F i g. 1 eine Seitenansicht eines stark belasteten Relais, F i g. 2 eine Seitenansicht eines schwach belasteten Relais und F i g. 3 eine schaubildliche Darstellung eines Relais, dessen Kernende besonders ausgestaltet ist. Bei dem in den Figuren dargestellten elektromagnetischen Relais umfaßt der magnetische Kreis das Joch 1, den Anker 2 und den Eisenkern 3. Auf dem Eisenkern 3 ist eine Wicklung4 angeordnet, während das Joch 1 eine Kontaktfederanordnung 5 trägt. Das Ende des Eisenkerns 3 ist im Luftspalt seitlich abgebogen. Die F i g. 1 zeigt den Eisenkern so gedreht, daß das Ende des Kerns die größte Entfernung vom Joch aufweist. Die F i g. 2 zeigt den Eisenkern im Vergleich zur F i g. 1 um 180° gedreht, so daß das Kernende vom Joch die kleinste Entfernung aufweist. Es sind alle Zwischeneinstellungen denkbar, und das Kernende braucht nicht symmetrisch zum Joch 2 zu liegen. Der Eisenkern 3 ist von einer Bakelitumhüllung umgeben, die zwei Stirnplatten aufweist, so daß der Eisenkern von der Wicklung vollständig isoliert ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das abgebogene Ende des Eisenkerns sich innerhalb der vorderen Stirnplatte befindet, so daß der Kern nicht verlängert zu werden braucht und andererseits auch kein Wickelraum verlorengeht. Da die Stirnfläche des Kernendes schräg zur Achse des abgebogenen Teiles verläuft, weist diese Stirnfläche einen größeren Querschnitt auf als der Eisenkern. Je nach dem Winkel der Abbiegung kann die Größe der Polfläche so verändert werden, daß ein bei allen Belastungen wirksam arbeitendes Relais erhalten wird. Die Erfindung ist nicht auf die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Das Kernende kann auch mit einem stufenförmigen Absatz oder mit einem losen Polstück versehen werden, das um den Eisenkern der Wicklung herum drehbar ist, ohne zugleich die Wicklung selbst zu drehen. Die F i g. 3 zeigt einen runden Eisenkern 4, dessen Ende mit einem stufenförmigen Ansatz geeigneter Form versehen ist. Die Wicklung 4 ist auf einen losen Spulenkörper aufgewickelt, durch den der Eisenkern hindurchgeführt ist. Die rückwärtige Stirnplatte des Spulenkörpers trägt die Anschlußfahnen 7 zum Herstellen der elektrischen Verbindungen mit der Spule. Der Eisenkern kann in der Spule gedreht werden, die selbst ortsfest bleibt. Der Anker und die Kontaktfedern wurden zwecks Vereinfachung der Figur weggelassen. Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Relais, dessen Belastung und Empfindlichkeit mit einfachen Mitteln verändert werden kann und das ein Joch(l), einen Anker (2) sowie eine Wicklung (4) mit einem Eisenkern (3) aufweist, wobei der Bedarf an Eisen im magnetischen Kreis und der Bedarf an Kupfer in der Wicklung vermindert werden soll, d adurch gekennzeichnet, daß das Ende des Eisenkerns im Luftspalt in bezug auf die Achse des Eisenkerns seitlich angeordnet ist, so daß durch Drehen des Eisenkernendes die Entfernung zwischen dem Einwirkungspunkt des Magnetfeldes am Anker und der Drehachse des Ankers verändert werden kann, ohne den Drehwinkel des Ankers zu verändern.

2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern schräg abgebogen und so abgeschnitten ist, daß die Stirnfläche des Kernendes senkrecht verläuft zur Hauptachse des Eisenkerns, jedoch schräg zur Achse des abgebogenen Teiles.

3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polfläche des Eisenkerns größer als dessen Querschnitt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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