DE1589973A1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Heinz Ciaessen 1-58 φ §17 3

Patentanwalt .

7, Stuttgart - 1
Rotebühlstraße 70

ISE/Reg. 3756
HoS. Woodhead -12

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEV/ YORK Elektromagnetisches Relais

Die Priorität der Anmeldung Nr. 47 148/66 vom 21. Oktober 1966 in Großbritannien ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, dessen die Erregerwicklung tragender Kern unlösbar in einem gegen den Kern elektrisch isolierten Träger eingesetzt ist, und dessen den Träger durchdringendes freies Kernende zusammen mit einem gegenüberstehenden Teil eines federgelagerten, magnetisierbaren ankers einen Kontakt des Relais bildet.

Elektromagnetische Relais dieser Art sind bekannt. So zeigt z.B. die US-Patentschrift Nr. 2 933 571 ein Relais mit einem als elektrischer Leiter dienenden stabförmigen Kern, der in einem Träger unlösbar eingesetzt ist und mit einem durch eine tellerförmige Feder gehaltenen'Anker als. Relaiskontakt zusammearbeitet. Trotz ihrer Einfachheit weist diese Anordnung verschiedene Nächteile ' auf, da bei diesem Relais die Kontaktanordnung nicht in einem hermetisch abgeschlossenen Raum untergebracht ist· Auch setzt die tellerförmige Feder mit ihren radial ausgebildeten Ausnehmungen einer leichten Ankerbeweglichkeit einen verhältnismäßig großen " Widerstand entgegen»

13.10.1967-

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BAD ORIGINAL

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Weitgehend ähnliche Relaisausbildungen zeigen die deutschen Auslegeschriften Nr. 1 191 042, Nr. 1 209 205 und Hr. 1 249 998, bei denen allerdings die kontaktgeisenden Teile in einem abgeschlossenen Gehäuse gekapselt sind.

Diese bekannten Anordnung¹/^ ind lediglich mit Arbeitskontakten ausgestattet und daher nicht für alle- Anwendungsfälle geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Relais der in der Bezeichnung genannten Gattung zu schaffen, das polarisiert und mit einer bistabilen Kontaktanordnung versehen ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in axialer Verlängerung der Erregerwicklung bzw. des Kernes an dessen der Kontaktanordnung abgewandtem Ende ein in Längsrichtung gepolter Dauermagnet angeordnet ist.

Gemäß einer Ausbildung nach der Erfindung ist zwischen dem Kern und dem Dauermagnet ein die gegenüberstehenden Enden dieser Teile teilweise umschließender Bebenschlußbügel angeordnet.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Nebenschlußbügel die Form eines Ringsektors auf und ist über einen schmalen Luftspalt mit einem Teil des magnetischen Hauptkrcisos, aoh. der Außenhülse des Relais gekoppelt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung bildet der Bügel einen ITe-. benschluß, der den Dauermagnet einschließt, aber der Kontaktanordnung und dem innerhalb der Erregerwicklung liegenden Teil des Kernes parallel liegt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Reluktanz des magnetischen Nebenschlusses durch Verdrehen des ringsektorformigen Hebenschlußbügels innerhalb der hohlzylindersektorförmigen Außenhülae bei der Fertigung dee Relais auf einen gewünschten Wert einstellbar iSt» ■ .·...■;

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Der Hebensehlußbügel wira ge'rnäß weiterer Ausbildung der Erfindung so eingestellt, daß in der Ruhestellung der Membran und bei nicht erregter Wicklung der magnetische Fluß innerhalb des Nebenschlusses größer ist als der über die Membran.

'Nach einer v/eiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Eontaktanordnung in bekannter Weise durch eine Abdeckkappe hermetisch verschlossen. · .

Das beschriebene Relais weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zunächst ist die einfache Justierung des Relais durch Verdrehen, des Jiebenschlußbügels bei der Fertigung zu nennen. Weiterhin shunt et der Nebenschlußbügel den Dauermagnet, wenn die Wicklung entgegengesetzt erregt ist, um.den Kontakt zum Öffnen zu bringen. Ferner wird durch den Nebenschluß die Reluktanz des magnetischen Hauptkreises verringert, so daß eine kleinere Spule mit weniger Amperewindungen zum Erregen und G-egenerregen des Relais ausreicht. Und letztlich bewirkt der Nebenschluß ein schnelleres Umsteuern des magnetischen Flusses über die Kontaktteile zwischen ihrer geöffneten und ihrer geschlossenen Stellung, weil ein gewis-ser Flußanteil des Dauermagneten umgeschaltet wird und nicht mehr über den Nebenschluß, sondern über die Kontaktanordnung fließt, was die Hafteigenschaften der Relais wesentlich verbessert.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt entlang der Mittelachse des Relais;

Pig· 2 einen Querschnitt durch das Relais in der Ebene der Linie II - II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Relais in der Ebene der Linie III - III in Fig. 1;

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Pig. 4 und 5 jeweils einen Querschnitt durch das

Relais.in der Ebene der Linie IV-IV in Pig. 1 mit verschiedenen Stellungen· des Nebenschlußbügels.

Die Kontaktanordnung des Relais enthält einen Weicheisenring 10·, in dessen Mittelbohrung ein Mckeleisen-Kern 11 mittels eines isolierenden Ringes 12, der z.B. aus Glas bestehen kann, befestigt ist. Der Weicheisenring·10 und der Kern 11 bilden einen Teil des magnetischen Kreises des Relais. In das eine Ende des Kernes 11 ist stirnseitig ein Sackloch geringer !Tiefe eingedreht, wodurch eine ringförmige Stirnfläche 13 stehenbleibt, «die einen der beiden zusammenarbeitenden Kontaktstücke des Relais bildet. Der Anker und zugleich das andere Kontaktstück des Relais v/erden durch eine elastische Membran 14 aus magnetischem Material gebildet, die an ihren Rand am Weicheisenring 10 mittels einer Abdeckkappe 15 gehalten wird, die ihrerseits mit dem Weicheisenring 10 hermetisch verbunden ist. Ein Abstandsring 16 stellt sicher, daß die Membran 14 während ihrer Ruhestellung mit ihrer zentralen Kontaktfläche 18 einen genügend großen Kontaktabstand zu der als Gegenkontaktstück wirkenden Stirnfläche 13 des Kernes 11 einhält. Ώβτ genaue Abstand der Membran 14 kann durch entsprechende Bearbeitung der Stirnseite des Weicheisenringes 10 hergestellt werden.

Die beiden kontaktgebenden Teile, d.h. die Membran 14 und die Stirnfläche 13 des Kernes 11, befinden sich in einer hermetisch abgeschlossenen Kammer. Der wichtigste Arbeitsgang bei der Herstellung des Gehäuses, nämlich das Einschmelzen des Nickeleisen-Kernes in den Weicheisenring 10, kann jedoch als erster Verfahrensschritt bei der Fertigung vorgenommen werden» so daß sich die auftretenden, relativ hohen Einschmelztemperaturen nicht nachteilig auf andere Teile des Relais, wie z.B. die Membran 14 oder die Erregerwicklung21, die erst in einem späteren Arbeitsgang angefügt werden, auswirken können. Die Abdeckkappe 15 kann mit dem Weicheisenring 10 bei einer niedrigen Temperatur durch Weichlöten verbunden werden.

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17 Die Membran 14 ist mit mehreren Schlitzen/versehen, deren Länge sehr viel größer ist als deren Breite, und die dazu dienen, die Elastizität der L'embran 14 zu vergrößern und dadurch die aufzuwendende Kraft zu ihrer Auslenkung gegen die kontaktgebende Stirnfläche 13 zu verringern. Die Schlitze 17 sind kreisbogenförmig ausgebildet und so angeordnet', daß die zentrale Kontaktfläche 18. der Llembran 14 mit ihrer Randzone und dem Weicheisenring 10· über drei schmale längliche Metallzungen 20 verbunden ist«, Diese Anordnung erlaubt der zentralen Kontaktfläche 18 der Membran 14 eine beträchtliche Bewegungsfreiheit, während gleichzeitig sichergestellt ist, daß sich die Kontaktfläche 18 beim Anziehen gegen den Kern durch Erregung des zugeordneten magnetischen Kreises im wesentlichen senkrecht an die Stirnfläche 13 des Kernes 11 anlegt.

Die Llembran 14 besteht aus magnetischem Material, wie z.B. einer liickel-Eisen-Legierung, und kann zur Schaffung eines guten elektrischen Kontaktes ganz oder teilweise mit einem gebräuchlichen Edel- , metall, wie Z₀B. Palladium, plattiert sein. Die Stirnfläche 13 des Kernes 11 kann mit einem ähnlichen Auflagemetall versehen sein. Daneben bilden die auf den Kontaktflächen aufgebrachten schützenden Auflagen gleichzeitig den notwendigen, magnetisch isolierenden Luftspalt zwischen den Kontaktstücken.

Die Anschlußstifte 23 und 24 des Relaiskontaktes sind jeweils am Umfang des Weicheisenringes 10 und des Kernes 11 befestigt.

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Der Kern 11 bildet einen Teil des inneren magnetischen Kreises des Relais und ist in seiner axialen Ausdehnung beträchtlich länger als das entsprechende äußere Teil, der Weicheisenring 10. Auf den sich durch die Spule erstreckenden Teil des Kernes 11 ist von der Rüokseite her eine Polyester-Hülse 25 heiß aufgeschrumpft, die zur elektrischen Isolierung des Kernes 11 gegenüber den übrigen Teilen des inneren magnetischen Kreises dient. Diese bestehen aus einer

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Nickeleisen-Hülse 26, die auf die Polyester-Hülse 25 aufgeschoben ist, sowie aus einem zylindrischen Dauermagnet 27 _f der in einem Bund der Nickeleisen-Hülse 26 befestigt ist_o

Die Erregerwicklung 21 des Relais ^-ist auf einen isolierenden Spulenkörper 22 gewickelt, der den Kern 11 und die Hülsen 25 und 26 umschließt· Die Außendurchmesser der Erregerwicklung und der Spulenkör ρer-flansehe sind nicht größer als der Außendurchmesser des Weicheisenringes 10. Die Wicklungsenden sind an zwei Anschlußstiften 28 festgelötet, die durch die Flanschen des Spulenkörpers 22 hindurchführen. In der Stirnseite des neben dem Ring 10 angeordneten opulenflansches ist ein Schlitz vorgesehen, der den Anschlußstift 24 aufnimmt. Der aus dem Dauermagnet 27, der Nickeleisen-Hülse 26, dem Kern 11, der Membran 14 und dem Weicheisenring 10 bestehende magnetische Hauptkreis wird durch eine Abschlußplatte 30, die an Dauermagnet 27 befestigt ist, und durch eine Außenhülse 29 aus magnetischem Material, die über den Weicheisenring 10 und die Abschlußplatte 30 aufgesprengt ist, vervollständigt.

Dieser magnetische Hauptkreis kann durch einen magnetischen Nebenschlußbügel 31 verändert werden, der die Form eines Ringsektora aufweist, dessen Außendurchmesser geringer ist als" der Außendurch:nesser des Yfeicheisenringes 10. Die Innenfläche des Uebenschlußbügels 31 ist so auf der Nickeleisen-Hülse 26 befestigt, daß dieser zwischen dem Dauermagnet 27'und der Erregerwicklung 21 liegt. Der Bügel 31 ist über einen schmalen Luftspalt mit einem Teil der Außenhülse 29 magnetisch gekoppelt und bildet einen Nebenschluß, der zwar den Dauermagnet 27 einschließt, aber den Kont'aktstücken (Kembran 14 und Stirnfläche 13 des Kernes 11) und dem innerhalb der Erregerwicklung 21 liegenden Teil des Kernes 11 parallel liegt.

3ei der Herstellung des Relais kann die die Abschlußplatte 30, den Dauermagnet 27» die Nickeleisen-Hülse 26 und den ITebensehlußbügel 31 umfassende Baugruppe auf der Polyester-Hülse 25 verdroht werden, wobei die Reluktana des magnetischen Nebenschlusses auf

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einen gewünschten Wert einstellbar ist«, Die Stellungen der maximalen bzw· minimalen Reluktanz sind in den Pig. 4- bzw. 5 dargestellt. Bei der beschriebenen Anordnung werden die Teile des magnetischen Kreises vorzugsweise so angeordnet, daß in der Ruhestellung der Membran 14 und bei nicht erregter Wicklung 21 der magnetische Fluß innerhalb des Nebenschlusses größer ist als der über die Membran 14. Nach der Einstellung wird die aus Abschlußplätte 30, Dauermagnet 27, Nickeleisen-Hülse 26 und Nebenschlußbügel 31 bestehende Baugruppe z.B. durch Verkitten der Abschlußplatte 30 mit der Außenhülse 29 in ihrer Lage festgehalten.

Das Relais weist ferner zwei Isolierscheiben 32 und 33 auf. Die Scheibe 32 dient zur Verhinderung zufälliger Berührungen zwischen dem Anschlußstift 24 und dem Weicheisenring 10; die Scheibe dient zur Verhinderung der Berührung zwischen den Wicklungsänschlüssen an den Anschlußstiften 28 und dem Nebenschlußbügel 31.

Der Abstand der Anschlußstifte der Kontaktstücke und der Spule voneinander ist so ausgelegt, daß er mit dem normalen Leiterabstand . bedruckter Schaltungsplatten übereinstimmt, da die kleine räumliche Ausdehnung des Relais für solche Anwendungsfälle besonders geeignet ist; (ein praktisches Ausführungsbeispiel des in den Zeichnungen dargestellten Aufbaues hat eine Länge von ca. 22 mm und einen Durchmesser von ca. 10« mm).

7 Patentansprüche

2 31. Zeichnungen, 5 ^ig»

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Claims (7)

1. ISE/Reg. 3756

   Patentansprüche

   Elektromagnetisches Relais, dessen die Erregerwicklung tragender Kern unlösbar in einen gegen den Kern elektrisch isolierten Träger eingesetzt ist, und dessen den Träger durch- . dringendes freies Kernende zusammen mit einem gegenüberstehenden Teil eines federgelagerten, magnetisierbaren Ankers einen Kontakt des. Relais bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Verlängerung der Erregerwicklung (21) bzw. des Kernes (11) an dessen der Kontaktanordnung (13, H/18) abgewandtem Ende ein in Längsrichtung gepolter Dauermagnet (27) ' angeordnet ist.
2. 2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kern (11) und dem Dauermagnet (27) ein die gegenüberstehenden Enden dieser Teile (11, 27) teilweise umschließender Nebenschlußbügel (31) angeordnet ist.
3. 3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußbügel (31) die Form eines Ringsektors ,aufweist und über einen schmalen Luftspalt mit .einem Teil des.magnetischen Hauptkreises, d.h. der Außenhülse (29)» des Relais gekoppelt ist.
4. 4·. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (31) einen Nebenschluß bildet, der den Dauermagnet (27) einschließt, aber der Kontaktanordnung (13f 14/18) und dem innerhalb der Erregerwicklung (21) liegenden Teil des Kernes (11) parallel liegt.

   13..1O.1967

   009824/1570

   BAD ORIGINAL

   ISE/fieg. 3756
5. 5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reluktanz des magnetischen Nebenschlus'ses durch Verdrehen des ringsektorförmigen lieben- · schlußbügels (31) innerhalb der hohlzylindersektorförtaigen Außenhülse (29) bei der Fertigung des Relais auf einen gewünschten Wert einstellbar ist.
6. .6. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung der Membran (14) und bei nicht erregter Y/icklung (21) der magnetische Fluß innerhalb, des Nebenschlusses größer ist als der über die 'Membran (14).
7. 7. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung (13, 14/18) in bekannter Weise durch eine Abdeckkappe (15) hermetisch verschlossen ist.