DE1807098C3 - Elektromagnetisches Klappankerrelais - Google Patents
Elektromagnetisches KlappankerrelaisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Klappankerrelais gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Relais ist aus der US-PS 19 56 279 bekannt. Bei diesem Relais handelt es sich um ein
polarisiertes Relais, bei welchem in ständigem Nebenschluß zu dem vollständig aus Weicheisen bestehenden
Kern der Erregerwicklung ein Dauermagnet angeordnet ist. Der Kern der Erregerwicklung liegt darüber
hinaus in einem durch einen Rückschlußbügel und den Klappanker des Relais gebildeten Magnetkreis, in
welchem bei abgefallenem Klappanker ein Luftspalt zwischen dfem Kern und dem Klappanker vorhanden ist.
Der Dauermagnet erzeugt den zur Polarisation des mechanisch ausbalancierten Klappankers erforderlichen
Magnetfluß in dem Luftspalt.
Der im Nebenschluß zu dem Dauermagneten angeordnete Kern der Erregerwicklung schwächt den
Magnetfluß über dem Luftspalt, so daß der Dauermagnet den abgefallenen Klappanker nicht ohne zusätzliche
Erregung der Erregerwicklung anziehen kann. Der Kern der Erregerwicklung mindert aber auch den Fluß
durch den angezogenen Klappanker und schwächt so die Haltekraft bei stromloser Erregerwicklung. Der
magnetische Widerstand des Kerns der Erregerwicklung ist also in jedem Betriebszustand des Relais gleich
groß, womit ein erheblicher Teil des Flusses des Dauermagnets, der zum Halten des Klappankers in der
angezogenen Lage dienen könnte, bei nicht erregter Erregerwicklung nutzlos über den Nebenschlußkreis
verläuft
Bei Verwendung des aus der US-PS 19 56 279 bekannten Relais als selbsthaltendes Relais hält der
Dauermagnet den Klappanker auch nach Aufhören eines der Erregerwicklung zugeführten Anzugimpulses
in der angezogenen Stellung. Der Klappanker fällt ab, wenn der Erregerwicklung ein Abfallimpuls mit
gegenüber dem Anzugimpuls umgekehrter Richtung zugeführt wird. Der Abfallimpuls muß in einem
bestimmten Größenbereich liegen. Bei zu kleinem Abfallimpuls wird die Haltekraft des Dauermagnets
'- nicht aufgehoben, während es bei zu großem Abfallimpuls
zu einem erneuten Verriegeln des selbsthaltenden Relais kommt Das aus der US-PS 19 56 279 bekannte
Relais wäre bei Verwendung als selbsthaltendes Relais relativ empfindlich gegen Obererregung durch Abfallimpulse,
so daß es leicht zu Fehlschaltungen kommt
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so zu
verbessern, daß auch bei hoher Empfindlichkeit zuverlässiges Bleiben des Klappankers in beiden
Ruhelagen bei Nichterregung des Relais gegeben ist und darüber hinaus eine weitgehende Unempfindlichkeit
gegen Übererreguiyr, durch Abfallinipulse vorhanden ist
und Fehlschaltungen aufgrund einer solchen Übererregung weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale
gelöst
Beim Anzug des erfindungsgemäßen Relais wird der magnetisierbare, remanentmagnetische Kernteil durch
entsprechend gerichtete, der Erregerwicklung zugeführte Anzugimpulse so magnetisiert daß er dem
Dauermagneten im Nebenschlußkreis mit gleichnamigen Polen gegenüberliegt Der Kernteil trägt damit
nach Abklingen des Anzugimpulses nicht nur zum
Halten des Klappankers in der angezogenen Lage mittels des von ihm ausgehenden Flusses bei, sondern
erhöht auch den magnetischen Widerstand des Kerns für den Fluß des Dauermagneten. Das bedeutet, daß
praktisch der gesamte Fluß des Dauermagneten zusammen mit dem Fluß des Kernteils als Nutzfluß über
den Luftspalt und den Klappanker verläuft. Der
w Ben Relais wird der Erregerwicklung ein Abfallimpuls
mit gegenüber dem Anzugimpuls umgekehrter Richtung zugeführt. Der Abfallimpuls magnetisiert den
Kernteil so, daß er dem Dauermagnet im Nebenschluß mit ungleichnamigen Polen gegenüberliegt Nach
Abklingen des Abfallimpulses stellt der Kern nunmehr einen Weg mit relativ niedrigem magnetischen Widerstand
für den Fluß des Dauermagneten dar. Die vom Dauermagnet und dem Kernteil ausgehenden Streuflüsse
üben somit praktisch keine Anziehungskraft mehr auf den Klappanker aus. Da der Dauermagnet aufgrund des
das Halten des Ankers in der angezogenen Lage unterstützenden Kernteils wie vorstehend erläutert im
Vergleich zum Dauermagnet bekannter Relais kleiner sein kann, ist auch der magnetische Widerstand für
einen eventuell von der Erregerwicklung bei Übererregung bewirkten übergroßen Rückstellfluß in dem den
Dauermagnet enthaltenden Nebenschlußkreis vergleichsweise geringer. Dieser Kreis kann somit einen
größeren Anteil des von der übererregten Erregerwicklung
ausgehenden Magnetflusses aufnehmen, womit auch der über den Klappanker und den Luftspalt
fließende Streuflußanteil kleiner wird. Das erfindungsgemäße
Relais kann somit stark übererregt werden,
bevor dieser Streuflußanteil so groß wird, daß er den
Klappanker wieder zum Anzug bringt und eine Fehlschaltung des Relais bewirkt.
Aus der FR-PS 13 60 240 ist ein Klappankerrelais mit
zwei Dauermagneten bekannt, die den Klappanker in beiden Stellungen selbsthaltend verriegeln. Die beiden
Dauermagnete sind jedoch nicht durch das elektromagnetische Feld der Erregerwicklung ummagnetisierbar
und liegen auch nicht in ständigem magnetischen Nebenschluß zu dem aus Weicheisen bestehenden Kern
der Erregerwicklung. Aus der US-PS 31 28 418 und der
GB-PS 5 55 105 sind selbsthaltende Klappankerrelais bekannt, deren Erregerwicklung einen ganz oder
teilweise aus einem Dauermagnet gebildeten Kern umschließt Der Dauermagnet ist jedoch durch das
elektromagnetische Feld der Erregerwicklung nicht umpoibar und dient lediglich der Selbstheilung des
Klappankers, ein zusätzlicher, im magnetischen Nebenschluß
zum Relaiskern liegender Dauermagnet fehlt Die bekannten, selbsthaltenden Relais berücksichtigen
nicht die Problematik geringer Übererregungsgrenzen der Abfallimpulse und geben keinen Hinweis darauf, wie
diese Grenzen erhöht werden könnten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Es zeigt
Fig.2 eine vergrößerte Seitenansicht des Rückschlußbügels
und des Kerns des in F i g. 1 dargestellten r.elais mit den drei verschiedenen Flußbahnen bei
abgefallenem Klappanker;
F i g. 3 das Relais nach F i g. 2, jedoch bei anliegendem Klappanker.
F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines
Klappankerrelais nach der Erfindung mit einem im ganzen etwa C-förmigen ferromagnetischen Rückschlußbügel
10, der an seinem einen Schenkel U einen von einer Erregerwicklung 21 umschlossenen Kern 22
und an seinem anderen Schenkel 12 einen Dauermagneten 16 trägt, der über ein Bügelteil 14 magnetschlüssig
mit einem freiliegenden Ende 23 des Kerns 22 verbunden ist. Der Dauermagnet 16 bildet eine
polarisierende Magnetflußquelle, die in einem geschlossenen Eisenkreis im magnetischen Nebenschluß zu dem
Kern 22 liegt. Der Schenkel Il und der Bügelteil 14 bestehen aus ferromagnetischem Material und sind mit
Abstand voneinander und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet Der Schenkel 12 erstreckt sich
aufwärts über den Bügelteil 14 hinaus und trägt einen Klappanker 30. Das dem Schenkel 12 abgekehrte Ende
des Schenkels 11 trägt ein Verbindungselement, das in
diesem Falle aus einem ebenfalls aufwärts gerichteten Flansch 13 besteht Der Dauermagnet 16 ist in dem
einen Zwischenraum zwischen dem Schenkel 12 und einem abwärts gegen den Schenkel 11 gerichteten im
Abstand und im wesentlichen parallel zum Schenkel 12 verlaufenden Schenkel 15 des Bügelteils 14 angeordnet.
Den Klappanker 30 hält ein Halteglied 17, das mit der
dem Dauermagnet 16 abgekehrten Seitenfläche des Schenkels 12 verbunden ist Das untere Ende des
Halteglieds 17 hat einen Vorsprung 18, der sich vom Dauermagneten i6 weg erstreckt und an dem ein Ende
einer als Wendelfeder ausgebildeten Rückholfeder 19 befestigt ist. Der Kein 22 besitzt ein Kernteil 24 aus
ι ο
ummagnetisierbarem remanentmagnetiscben Material, das zwischen zwei ferromagnetischen Endteilen 22ο,
22Jb des Kerns 22 angeordnet ist
Der Dauermagnet 16 und der remanentmagnetische Kernteil 24 bleiben magnetisch, wenn keine äußeren
Magnetisierungskräfte wirken- Der Dauermagnet 16 ändert jedoch seine Polarität während des Betriebs des
Relais nicht, womit sich auch die Richtung der durch ihn hervorgerufenen Magnetflüsse nicht ändert während
der remanenvmagnetische Kernteil 24 des Kerns 22 unmagnetisierbar ist, womit sich bei jeder Umpolung die
Richtung des von ihm hervorgerufenen Magnetflusses ändert
Der Dauermagnet 16 ist zusammen mit den Schenkeln 12 und 15 auf einer Seite der Erregerwicklung
21 angeordnet während eine Klemmenleiste 25 auf deren anderen Seite angebracht ist und mit dem Flansch
13 auf eine beliebige Weise verbunden ist Die Klemmenleiste 25 trägt wenigstens zwei feststehende
Schaltkot! takte 26 und 27, die voneinander im Abstand angeordnet sind, und zwei Klärung 28 und 29 für den
Anschluß der Erregerwicklung 21.
Der Anker 30 kann völlig aus ferromagnetischem Material (F i g. 2 und 3) bestehen oder ein ferromagnetisches
Grundteil aufweisen, welches, wie es in Fig. 1 gezeichnet ist, mit einer Platte aus nichtferromagnetischem
Material versehen ist
Der Klappanker 30 ist an einem Ende an dem freien Ende des Schenkels 12 gelagert und erstreckt sich mit
seinem freien Ende über die freiliegende Endoberfläche 23 des Kerns 22. Der Klappanker 30 weist zwei
Fortsätze 31 (von denen nur einer gezeigt ist) sowie einen zwischen diesen angeordneten Vorsprung 32 auf.
Diese Teile erstrecken sich von dem gehalterten Ende des Klappankers 30 aus in eine von dem Kern 22
abgewandte Richtung. Die Fortsätze 31 sind relativ zur Hauptebene des Klappankers 30 in einem Winkel
gebogen, und enden in freien Endstücken, die gegen den Schenkel 12 anliegen können, um die maximale
Verschwenkung des Klappankers 30 entsprechend F i g. 1 im Gegenuhrzeigersinn von der Kernoberfläche
2i weg zu begrenzen. Die Rückholfeder 19 ist an dem Vorsprung 18 des Haltegliedes 17 und an dem
Vorsprung 32 befestigt.
Die feststehenden Kontakte 26 und 27 wirken mit beweglichen Kontakten 36, 37 eines Federarmes 34
zusammen, der in einem Isolierblock 33 des Klappankers 30 gehalten ist. Das andere Ende des Federarmes
trägt eine Klemme 35.
Die drei Flußquellen, nämlich der Dauermagnet 16, der Kernteil 24 und die Erregerwicklung 21 sind in der
aus Fig.2 und 3 ersichtlichen Weise zueinander orientiert. Gemäß Fig.2 ist der Klappanker 30
abf?fF.llen; der Nordpol des Dauermagneten 16 liegt an
dem Schenkel 15 des Bügelteils 14, während der Nordpol des ummagnetisierbaren remanentmagnetischen
Kernteils 24 an dem unteren ferromagnetischen Endteil 226 des Kerns 22 anliegt In Fig.2 sind ein
geschlossener Eisenkreis mit einer Flußbahn 40 und zwei Flußbahnen 41 bzw. 42 mit veränderlichem
magnetischen Widerstand dargestellt, wobei die Pfeile die Flußrichtung in jeder Bahn angeben, wenn der
Dauermagnet 16 und der Kernteil 24, wie oben angegeben, polarisiert sind und die Erregerwicklung 21
abgeschaltet ist.
Die Polarität des Dauermagneten 16 ändert sich, wie
gesagt, während des Relaisbetriebes nicht, und die Richtung der in jeder der Flußbahnen 40 und 41
erhaltenen Flußanteile entspricht daher immer der in Fig. 2 gezeigten Richtung. Die Richtung des Flusses,
der von dem remanentmagnetischen Kernteil 24 herrührt, wenn dieser, wie in Fig. 2 angegeben,
polarisiert ist, entspricht in jeder der FluQbahnen 40 und 42 der in F i g. 2 gezeigten Richtung der Pfeile. Bei
abgefallenem Klappanker 30 sind die von dem Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 herrührenden
Flüsse in den — den Luftspalt 39 in voller Breite als maximalen magnetischen Widerstand enthaltenden —
Flußbahnen 41 und 42 einander entgegengerichtet. Die vom Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 herrührenden
Flüsse verlaufen im geschlossenen Eisenkreis der Flußbahn 40 in derselben Richtung. Aus diesem
Grunde reicht die an dem offenen Luftspalt 39 angreifende Magnetkraft nicht aus, um den Klappanker
30 zu bewegen, der durch die Vorspannung der Rückholfeder 19 in der abgefallenen Stellung gehalten
Um den Klappanker 30 zum Anliegen zu bringen, wird die Erregerspule 21 denirt erregt, daß am oberen
Ende 23 des Kerns 22 ein Nordpol entsteht und damit auch die Polarität des ummagnetisierbaren remanentmagnetischen
Kernteils 24 umgekehrt wird. Hierdurch wird, wie es in Fig.3 dargestellt ist, die Richtung des
vom Kernteil 24 herrührenden Flusses umgekehrt, der damit zusammen mit dem Fluß der Erregerwicklung 21
dem Fluß des Dauermagneten 16 in der Flußbahn 40 entgegengerichtet ist Die Flußbahn 40 hat nunmehr
einen bedeutend höheren magnetischen Widerstand als die Außenbahnen41und42. Die Flüsse.die jetzt durch alle
drei Flußquellen 16,21,24 in beiden den Luftspalt 39 als
magnetischen Widerstand enthaltenden Flußbahnen 41 und 42 erzeugt werden, haben am Luftspalt 39 dieselbe
Richtung, da die Richtung der Flüsse, die auf den Flußbahnen 40 und 41 von dem Dauermagnet 16
herrühren, durch die Erregung der F.rregerspule 21 nicht beeinflußt werden. Aufgrund des hohen magnetischen
Widerstands der Flußbahn 40 wird im wesentlichen der gesamte Fluß aus dieser F'lußbahn abgedrängt, und an
dem Luftspalt 39 tritt eine magnetische Kraft auf, die den Klappanker 30gegen die Kraft der Rückholfeder 19
verschwenkt und zur Anlage an der freiliegenden Endfläche 23 des Kerns 22 bringt. Der Luftspalt 39 ist
jetzt geschlossen und der magnetische Widerstand der Flußbahnen 41 und 42 ist minimal.
Ein Anzugimpuls, der der Erregerspule 21 zur Bestätigung des Relais zugeführt wird, kann eine
minimale Dauer und Intensität aufweisen, die ausreicht, um die Polarität des remanentmagnetischen Kernteils
24 umzukehren und einen elektromagnetischen Fluß zu erzeugen, der zusätzlich zu dem von den Dauermagneten
16 und dem Kernteil 24 herrührenden Fluß erforderlich ist, um an dem Luftspalt 39 die notwendige
wirkende Magnetkraft zu er/.eugen. Die Erregerspule 21 kann hierbei aber auch so stark erregt werden, daß
die vorerwähnten minimalen Parameter weit überschritten werden, ohne daß sich daraus eine nachteilige
Wirkung für das Relais oder die Betriebsweise des
to Relais ergibt.
Beim Abschalten des Anzugimpulses hört der elektromagnetische Fluß der Erregerspule 21 auf. Die
Polarität des remanentmagnetischen Kernteils 24 bleibt so, wie sie durch die Erregung der Erregerspulc 21
ausgebildet worden ist und die Flüsse, die als rcmanentc
Flüsse von dem Dauermagneten 16 und dem Kernteil 24 her in den flußbahnen 40 bis 42 auftreten, bleiben in
bezug auf ihre Richtung, so wie sie in F i g. 3 dargestellt
kort one At»n V UnnanLpr ΊΛ in
■" "ff" "-
seiner anliegenden Stellung magnetisch zu verriegeln. Obwohl der magnetische Widerstand im gemeinsamen
Eisenkreis der Flußbahn 40 relativ hoch ist, kann auch jetzt noch ein gewisser Streufluß, wie in F i g. 3
dargestellt, auftreten.
Um den Klappanker 30 abfallen zu lassen, wird die
Erregerspule 21 mit einem dem Anzugsimpuls entgegengesetzt gerichteten Abfallimpuls erregt, wodurch die
PolaritT des remanentmagnetischen Teils 24 umgepolt wird. Der von dem Kernteil 24 herrührende Fluß
JO zusammen mit dem elektromagnetischen Fluß in der Flußbahn 42 ist jetzt dem vom Dauermagneten 16
herrührenden Fluß in der Flußbchn 41 entgegengesetzt gerichtet, womit der Klappanker 30 unter der Wirkung
der Vorspannung der Rückholfeder 19 abfällt. Die von allen drei Flußquellen 16, 20, 24 in der geschlossenen
Flußbahn 40 erzeugten Flüsse haben dieselbe Richtung, vgl. F i g. 2.
Das Abfallen und Anziehen des Ankers benötigt nur eine Feldenergic, die gleich einem kleinen Teil der
magnetischen Verriegelungsenergie ist. Es wurde aber festgestellt, daß die Abfallimpuls-Energie um das
20fache der minimalen Abfallimpuls-Energic erhöht werden kann, bevor der von dem Kcrntcil 24
herrührende Fluß und der elektromagnetische Fluß den
•»5 von dem Dauermagneten 16 herrührenden, entgegenwirkenden
Ruß überwindet und eine falsche Betätigung auslöst.
Der Elektromagnet 20 kann auch mit einem einheitlichen Kern 22 aus einem entsprechenden
remanenten Magnetmatcrial ausgestattet sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Elektromagnetisches Klappankerrelais, mit einem von einer Erregerwicklung umgebenen
ferromagnetischen Kern, einem ferromagnetischen Rückschlußbügel und einem an dem Rückschlußbügel
angelenkten, zumindest teilweise aus ferromagnetischem
Material bestehenden Klappanker, der zusammen mit dem Kern und dem Rückschlußbügel
einen Magnetkreis bildet, welcher in der abgefallenen Stellung des Klappankers einen Luftspalt
enthält, und mit einem im ständigen magnetischen Nebenschluß zum Kern angeordneten Dauermagnet,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Kerns (22) durch ein mittels
der Erregerwicklung (21) unmagnetisierbares remanentmagnetisches Kernteil (24) gebildet ist, welches
dem Dauermagnet (16) des magnetischen Nebenschlußkreises (40) bei abgefallenem Klappanker (30)
mit ungleichnamigen Polen und bei angezogenem Klappanker (30) mit gleichnamigen Polen gegenüberliegt.
Z Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (16) zwischen je einem
Schenkel (12 bzw. 15) des Rückschlußbügels (10) und eines Bügelteils (14) magnetschlüssig angeordnet ist,
während die anderen Schenke? (11) des Rückschlußbügels
(10) bzw. des Bügelteils (14) zu den Enden des Kerns (22) führen.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) an dem auch den
Dauermagneten (16) tragenden Schenkel (12) des Rückschlußbügels (10) gelage? ·. ist
4. Relais nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß d -s ummagnetisierbare
remanentmagnetische Kernteil (24) zwischen zwei Endteilen (22a, 22b) aus ferromagnetischem
Material angeordnet ist.
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