DE2128557C - Polarisiertes Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein polarisiertes Relais mit mindestens einem Kontaktsatz und mit einem magnetischem Kreis, zu dem ein Permanentmagnet mit einem ersten und zweiten Polschuh, ein auf einer Seite des ersten Polschuhs angebrachter und mit einer Spule umwickelter Kern, ein den Kontaktsatz betätigender Anker mit zwei Armen, von denen der erste Arm mit dem Kern einen ersten Luftspalt und der zweite Arm mit mindestens einem der Polschuhe mindestens einen zweiten Luftspalt bildet, und ein mit dem zweiten Polschuh verbundenes Joch gehört, welches einen Drehpunkt für den Anker bildet, um den der Anker in eine erste stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am kleinsten und der zweite Luftspalt am größten ist, und in eine zweite stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am größten und der zweite Luftspalt am kleinster; ist, schwenkbar ist, wobei der Magnetfluß des Permanentmagneten den Anker in jeweils einer der beiden stabilen Endlagen festhält und ein Erregerstrom entgegengesetzter Polarität in der Erregerspule den Anker mit dem Kontaktsatz in die jeweils entgegengesetzte Endlage kippen läßt.

Derartige polarisierte Relais sind bekannt und werden auch als Halte- oder Stromstoß-Relais bezeichnet. Der Permanentmagnet zieht den Relaisanker jeweils in eine von zwei stabilen Endlagen, und zur Umschaltung des Ankers wird die Spule durch einen gerichteten Erregerstrom so erregt, daß ein dem permanenten Magnetfluß entgegengesetzter Magnetfluß erzeugt wird, der den Anker abhebt und in seine entgegengesetzte stabile Endlage umschaltet.

Das eingangs geschilderte bekannte Relais hat den

ίο Nachteil, daß dei Magnetfluß seines Permanentmagneten, welcher den Anker in der Ruhelage festhäU, keinen angemessenen geschlossenen Eisenweg vorf-.idet. Die Folge ist, daß die permanente Haltekraft bei auftretenden Vibrationen, Schockbeanspruchungen u.dgl. nicht ausreicht, den Anker in der Endlage sicher festzuhalten. Es kann somit zu unkontrollierten Kontakibetätigungen kommen. Zumindest in einer Endlage dieses Relais wirkt die permanente Haltekraft dem Kontaktdruck der durch

den Anker betätigten Kontaktfedersätze entgegen. Es leuchtet ei'- daß eine ohnehin begrenzte permanente Haltekraft nur zur Überwindung von relativ schwachen Kontaktfedersätzen ausreicht; man kann also nicht beliebig kräftige Kontakte verwenden und demgemäß nicht beliebig hohe Ströme schalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der genannten Art so zu verbessern, düß es seine Ruhelagen auv.li bei Vibrations- und Schockbeanspruchunge 1 sicher einhält und ferner eine für

alle vorkommenden Kontaktfedersätze ausreichende permanente Haltekraft entwickelt.

Erfindungsgemäß wird diese.Aufgabe dadurch gelösi, daß d^r zweite Arm mit dem ersten Polschuh in an sich bekannter Weise den zweiten Luftspalt bildet; und daß der Anker einen dritten Arm besitzt, der mit dem zweiten Polschuh einen dritten Luftspalt bildet, welcher in der ersten stabilen Ankerendlage am kleinsten und in der zweiten stabilen Endlage am größten ist.

Auf diese Weise wird ermöglicht, d;>ß in der ersten stabilen Endlage zwei parallele permanente Magnetflüsse ausgebildet sind, von denen der erste über den ersten Arm und Spalt zum Kern, und der zweite Magnetfluß über den dritten Arm und Spalt zum zweiten Polschuh verläuft; diese beiden parallelen Magnetflüsse halten den Anker in seiner ersten staoilen Endlage fest. Damit wird eine bisher nicht, erreichte hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit erzielt, und außerdem können stärkere Kontaktfedersätze verwendet werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der zweite Arm außerdem mit dem zweiten Polschuh zusammenwirkt und dort einen vierten Luftspalt bildet, welcher in der ersten stabilen Endlage am größten υ·- in der zweiten stabilen Endlage am kleinsten ist, so daß in der zweiten stabilen Endlage der zweite Arm die beiden Polsehuhe direkt überbrückt.

Somit wird in der zweiten stabilen Endlage ebenfalls eine ähnliche große permanente Haltekraft erreicht, da der permanente Magnetfluß jetzt über den zweiten Arm direkt kurzgeschlossen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung entnommen werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen polarisierten Relais in einer stabilen Endlage und mit angedeuteten Kraftlinienfluß und

Fig. 2 das gleiche Relais wie in Fig. 1, jedoch in eines Teils über das Joch 18 mit dem Drehpunkt in

der gegenüberliegenden stabilen Endlage. den Arm 10, von dort in den Arm 12 und über den

Das gewählte und in der Zeichnung schematisch Luftspalt 30 zurück in den Kern 26 gelangt, während

dargestellte Ausführungsbeispiel eines Halierelais der andere Teil des Magnetflusses über Luftspalt 36,

weist einen Anker mit vier Armen 10, 12, 14 und 16 5 Arm 16, Arm 12 und Luftspalt 30 ebenfalls zurück

auf. Der Anker ist über den Arm 10 auf einem joch in den Kern 26 geleitet wird. Während der Per-

18, weLher den Anker mit dem Magnetfluß eines manentniagnet 22 eine hohe Reluktanz besitzt, nimmt

Polschuhs 20 eines Permanentmagneten 22 verbindet, der durch den Erregerstrom erzeugte Magnetfluß

drehbar gelagert. Ein zweiter Polschuh 24 des Per- noch einen anderen Weg, der zwar eine noch höhere

manentmagneten 22 ist mit einem Kern 26 einer io Reluktanz aufweist, aber nicht2U vernachlässigen ist:

Erregerspule 28 verbunden. Das freie Ende des Dieser Weg führt vom Kern 26 durch den Polschuh

Armes 12 befindet sich in der Nähe des freien Endes 24 und von dort über den in dieser Ankerstellung

des Kernes 26 und bildet dort einen Luftspalt 30. Der großen Luftspalt 34 zum entfernten Arm 14 und von

Arm 14 liegt sowohl dem Polschuh 20 unter Bildung dort über den Arm 12 und den engen Luftspalt 30

eines Luftspaltes 32 als auch dem Polschuh 24 unter 15 zurück zum Kern 26. Naturgemäß hat der in der

Bildung eines Luftspaltes 34 gegenüber, während der Ankerstellung gemäß F i g. 1 große Luftspalt 34 auch

Arm 16 auf der gegenüberliegenden Seite des Pol- eine hohe Reluktanz, die i'-<Joch kleiner wird, unter

schuhs 20 einen Luftspalt 36 bildet. In der in Fig. 1 Anstieg des Metallflusses, «ihrcnd der Ankei in die

dargestellten Endlage des Ankers sir d die Luftspalte gegenüberliegende Endlage gemäß F i g. 2 gezogen

30 und 36 am kleinsten, während die Luftspalte 32 20 wird. Wie die Zeichnung erkennen läßt, folgt der vom

und 34 ihren Größenwert aufweisen. In der in Fi g. 2 Erregerstrom erzeugte Magnetfluß in. wesentlichen

dargestellten gegenüberliegenden Endlage des Ankers dem gleichen Weg wie der Magnetfluß des Permanent

verhalten sich die Abmessungen der einzelnen Luft- magneten 22. jedoch überall mil entgegengesetzter

spalte genau umgekehrt. Mechanisch verbunden mit Flußrichiung. Infolgedessen ist die daraus resultie

dem Anker ist ein Umschalt-Kontaktsatz 38, be- 25 rende restliche magnetische Anziehungskraft zwischen

stehend aus einem beweglichen Kontakt 38/4 und gegenüberliegenden Flächen innerhalb der Luftspalte

zwei gegenüberliegenden Festkontakten 38ß und 30 und 36 klein, wjnn der Erregerstrom fließt, wäh-

38C. rend eine größere magnetische Anziehungskraft zwi-

Der Kontaktsatz 38 ist in Richtung auf die in sehen beiden Seiten des Luftspaltes 34 herrsch¹, so

F i g. 2 gezeigte Endlage federnd vorgespannt, wo der 30 daß der Anker umgeschaltet wird, zumal die l'ni-

bewegliche Kontakt 38Λ mit dem Festkontakt 38B schaltbewegung noch durch die Federvorspannung

verbunden ist. Daher genügt als mechanische Ver- des beweglicher. Kontaktes 38/1 unterstützt wird

bindung zwischen dem Anker und dem Kontaktsatz Fließt jedoch kein Erregerstrom, so wird der Anker

38 ein Betätigungsstift 39, welcher den beweglichen durch den Magnetfluß des Permanentmagneten 22

Kontakt 38/1 in der Endlage des Ankers gemäß 35 über die Luftspalte 30 und 36 hin.veg sicher in

Fig. 1 gegen den Festkontakt 38C drückt, während seiner Endlage gemäß Fig. 1 gehalten, und zwar

er ihn in der entgegengesetzten Endlage des Ankers auch entgegen der Vorspannung des Kontakt-

(s. Fig. 2) einfach freigibt, so daß er zum Fest- sat/es 38.
koniakt 38ß zurückkehren kann. Befindet sich der Anker in seiner Endlage gemäß

In F i g. 1 und 2 ist der Magnetfluß des Permanent- 40 Fig. 2, so fließt der Magnetfluß des Permanentmagnete" 22 in unterbrochenen Linien und der magneten vom Polschuh 24 über den Luftspalt 34 in Magnetfluß der Erregerspule 28 in durchgehenden den Arm 14 und von dort im Kurzschluß über den bzw. strichpunktierten Linien dargestellt. Polschuh 20 zurück in den Permanentmagneten 22.

In der in Fig. 1 dargestellten Endlage des Ankers Da die Reluktanz in den Luftspalten 32 und 34 verläuft der Magnetfluß des Permanentmagneten 22 45 niedrig ist, wird der größte Teil des Magnetflusses vom Polschuh 24 durch den Kern 26, überspringt den durch den Arm 14 kurzgeschlossen, aber ein kleinerer Luftspalt 30, welcher in dieser Ankerstellung sehr Teil fließt vom Luftspalt 34 ab über den Arm 14 kleir ist und damit eine niedrige Reluktanz aufweist, und den Arm 10 zum Ankerdrehpunkt unci von dort und gelangt schließlich in den Arm 112, wo sich der über das Joch 18 in den Polschuh 20 zurück. Will Magnetfluß teilt. Ein Teil fließt über den Arm 10 und 50 man den Anker jetzt in seine entgegengesetzte Endden Ankerdrehpunkt in das Joch 18 in den Polschuh lage gemäß F i g. 1 zurückschalten, so benötigt man 20 zurück, während der andere Teil des Magnet- einen Erregerslrom von entgegengesetzter Polarität, flusses über den Arm 16 des Ankers und den in dieser Der von diesem Erregerstrom erzeugte Magnetfluß Stellung ebenfalls kleinen Luftspalt 36 in den Pol- gelangt aus dem Kern 26 über den Luftspalt 30, der schuh 20 und damit in den Permanentmagneten 22 55 jetzt eine nohe Reluktanz aufweist, in den Arm 12. zurückfließt. Außerdem ist natürlich ein gewisser Hier teilt sich der Magnetfluß, und ein Teil gelangt Streufluß vorhanden, der sich andere Wege sucht. über den Arm 10, den Ankerdrehpunkt und das Joch deren Reluktanz aber wesentlich größer ist, so daß 18 in den Polschuh 20, überquert den Luftspalt 32 der Streufluß normalerweise vernachlässigt werden und gelangt in den Arm 14, während der andere Teil kann. Wird in der Ankerendlage gemäß F i g. 1 die 60 auf dem direkten Weg in den Arm 14 gelangt, von Frrcgerspult ?,8 mit einem Strom entsprechender wo der jetzt wieder vereinigte Magnetfluß den Luft-Polarität erregt, so erzeugt diese einen dem Magnet- spalt 34 überquert und über den Polschuh 24 in den liuß des Permanentmagneten 22 entg.egengerichteten Kern 26 zurückgelangt. Man sieht, daß dem Magnet-Magnetfluß über die Luftspalte 30 und 36, und der fluß des Permanentmagneten 22 der Magnetfluß des Anker des Relais schaltet um. Der diesem Erreger- 65 Erregerstromes innerhalb des Armes 14 und der strom entspringende Magnetfluß gelangt aus dem Luftspalte 32 und 34 entgegciigerichtet ist, so uaß Kern 26 über den Polschuh 24 und den Permanent- bei fließendem Erregerstrom die magnetische Anmagneten 22 in den Polschuh 20, wo er sich teilt, und Ziehung zwischen den gegenüberliegenden Flächen

der Luftspaltc 32 und 34 klein ist, während eine gröüere Anziehung auf beiden Seiten des Luftspaltes 30 herrscht, welche den Anker umschaltet. Bei fehlendem Erregerstrom reicht der Magnetfluß des Permanentmagneten 22 völlig aus, um durch die innerhalb der Luftspalte 32 und 34 erzeugte Anziehungskraft den Anker fest in seiner Endlage gemäß F i g. 2 zu halten. Ganz allgemein ist zu sagen, daß der Magnetfluß aus dem Permanentmagneten 22 in Abwesenheit einesHrrcgcrstromes auch unter äußeren Einflüssen wie mechanischer Schockbelastung oder Vibration in jedem Fall ausreicht, den Anker in einer seiner beiden stabilen Endlagen sicher festzuhalten. Ferner ist zu sagen, daß die Darstellung des gewählten Ausführungsbeispiels eines crfindungsgemäßen polarisierten Relais in der Zeichnung rein schematisch ist und die in der Praxis zu wählende Bauform völlig ofTcnläßt. Beispielsweise können die Arme 14 und 16 als separate Bauelemente ausgebildet sein; sie können aber auch (wie dargestellt) gemeinsame Elemente besitzen. Die Erregerspule 28 kann aus mehr als eine Wicklung, und der Kontaktsatz 38 aus mehreren Kontaktsätzen bestehen. Bei einem bevorzugten Ausrührungsbeispiel der Erfindung stoßen die gegenüberliegenden Flächen der Luftspaltc 30, 32, 34 und 36 zusammen, wenn diese Luftspalte in der entsprechenden Ankerendlage ihren Kleinstwert aufweisen.

Es besteht jedoch durchaus keine Notwendigkeit, daß die gegenüberliegenden Flächen der einzelnen Luftspalte hierbei zusammenstoßen, solange nur der Kleinstwert des Luftspaltcs wesentlich kleiner als der Größtwert ist. Der Punkt, an dem der Arm 16 an den Arm 14 angesetzt ist, kann in gewissem Ausmaß frei gewählt werden; in besonderen Fällen kann er nahe am freien Ende des Armes 14 angesetzt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Relais mit mindestens einem Kontaktsatz und mit einem magnetischen Kreis, zu dem ein Permanentmagnet mit einem ersten und zweiten Polschuh, ein auf einer Seite des ersten Polschuhs angebrachter und mit einer Spule umwickelter Kern, ein den Kontaktsatz betätigender Anker mit zwei Aimen, von denen der erste Arm mit dem Kern einen ersten Luftspalt und der zweite Arm mit mindestens einem der Polschuhe mindestens einen zweiten Luftspalt bildet, und ein mit dem zweiten Polschuh verbundenes Joch gehört, welches einen Drehpunkt für den Anker bildet, um den der Anker in eine erste stabile Endlage, in welcher der erste Luftspalt am kleinsten und der zweite Luftspalt am größten ibt. und in eine zweite stabile tiidlage, in weLher der erste Luftspalt am größten und der zweite Luftspalt am kleinsten ist, schwenkbar ist, wobei der Magnetfluß des Permanentmagneten den Anker in jeweils einer der beiden stabilen Endlagen festhält und ein Erregerstrom entgegengesetzter Polarität in der Erregerspule den Anker mit dem Kontaktsatz in die jeweils entgegengesetzte Endlage kippen laßt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (14) mit dem ersten Polschuh (24) in an sich bckann'°r Weise den zweiten Luftspalt (34) bildet; und daß der Anker einen dritten Arm (16) besitzt, der mit dem zweiven Polschuh (20) einen dritten Luftspalt (36) b^:.ldet, welcher in der ersten stabilen Ankerendlage am kleinsten und in der zweiten stabilen Endlage am größten ist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (14) außerdem mit dem zweiten Polschuh (20) zusammenwirkt und dort einen vierten Luftspalt (32) bildet, welcher in der ersten stabilen Endlage am größten und in der zweiten stabilen Endlage am kleinsten ist, so daß in der zweiten stabilen Endlage der zweite Arm die beiden Polschuhe (20, 24) direkt überbrückt.