DE2440277C3 - Relais mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Relais ist grundsätzlich bereits aus der deutschen Patentschrift 6 75 428 bekannt Das bekannte Relais kann jedoch nicht in jeder beliebigen Lage benutzt werden, und seine Anzugsgeschwindigkeit ist in vielen Fällen nicht ausreichend. Darüber hinaus treten bei ihm Streufelder auf, die es beispielsweise für den Einbau in Elektrizitätszähler wenig geeignet erscheinen lassen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 50 553 ist weiter ein Gleichstromklappankeriiiagnet bekannt, bei welchem die Magnetkraft erst nach Überwindung eines

ίο Totpunkts durch eine zweite, nach diesem Punkt die Rückstellkraft einer ersten Rückstellfeder teilweise aufhebende Rückstellfeder unterstützt wird.

Als Umschaltvorrichtungen arbeitende Relais werden z. B. bei Stromverbrauchern mit verschiedenen Tarifen verwendet Hierzu benutzt man Doppeltarifzählwerke für Elektrizitätszähler, bei denen eine Tarifumschaltung dadurch erfolgt, daß eine Verbindung zwischen dem Meßsystem und dem bisherigen Tarif zugeordneten Zählwerk getrennt wird. Auch bei Maximumzählern

2U werden Umschaltvorrichtungen benötigt

Es ist bekannt, zur Auslösung von derartigen Umschaltvorgängen thermische Steuervorrichtungen zu verwenden. Diese enthalten im allgemeinen ein Steuerbimetall, das sich bei Erwärmung durch ein Heizelement ausdehnt und dabei mechanische Arbeit zur Betätigung der Umschaltvorrichtung leistet Die thermischen Auslösevorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie mit einer zusätzlichen Einrichtung versehen werden müssen, die den Einfluß der veränderliehen Umgebungstemperatur auf das Steuerbimetall kompensiert. Als weiterer Nachteil ist die oft erhebliche Zeitdifferenz zwischen der Erteilung und der Ausführung eines Umschaltbefehls anzusehen.
Die genannten Mangel werden bei einer elektromagnetischen Umschaltvorrichtung gemäß der CH-PS 4 80 727 vermieden. Hierfür sind Wechselstrom-Systeme bekannt, bei denen jedoch infolge der Vibration des Ankers eine schnelle Abnutzung der Anker-Gleitlager erfolgt, die zudem ständig geschmiert werden müssen;

'"> also nicht wartungsfrei sind. Außerdem arbeitet ein derartiges System nicht geräuschlos. Zur Behebung dieser Nachteile ist es bekannt, die Umschaltvorrichtungen als Gleichstromklappankermagneten auszubilden (FR-PS 1193 508). Diese benötigen jedoch einen zusätzlichen Gleichrichter sowie einen stoßfesten Vorwiderstand, wodurch ein erhöhter Aufwand entsteht.

Umschaltvorrichtungen mit einem Elektromagneten, der samt seinem Magnetkern und einem ersten, die eine Stirnseite der Magnetspule bedeckenden Polschuh gegenüber einem zweiten Polschuh im magnetischen Fluß des Kerns aus der gegenüberliegenden Spulenseite drehbar angeordnet ist, sind bekannt Bei dieser bekannten Umschaltvorrichtung besitzt der an dem Magneten befestigte Polschuh ein oder mehrere Paare zueinander paralleler Seitenflächen, während der drehbare Polschuh diesen zugeordnete parallele Flächen aufweist, die durch Umbiegen des streifenförmigen drehbaren Polschuhs zu einem, die Magnetspule und den ersten Polschuh umfangenden Käfig erzeugt werden. Da die beiden Polschuhe in erregtem Zustand des Magneten sich berühren, neigt dieser Drehmagnet zum Kleben. Ferner besteht ein magnetischer Nebenschluß zwischen den beiden Polschuhen, der den Wirkungsgrad der Umschaltvorrichtung beeinträchtigt. Bei der Umschaltvorrichtung gemäß CH-PS 3 35 764 ist der aktive Luftspalt zwischen einem Stator und einem Drehanker ausgebildet, während der passive

Luftspalt mit konstanter Weite konisch im Inneren des Spulenkerns verläuft. Der Drehanker ist somit nur teilweise im Bereich des Spulenkerns. Die Herstellung dieser Umschaltvorrichtung ist kompliziert und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der eingangs genannten Art zu schaffen, das möglichst einfach, platzsparend, geräusch- and streuungsarm ist sowie bei kleiner Leistungsaufnahme lageunabhängig und sicher arbeitet

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungstemäß mit Hilft; der im Kennzeichnen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind insbesondere darin zu sehen, daß das erfindungsgemäße Relais anders als das aus der deutschen Patentschrift 6 75 428 bekannte in jeder Lage benutzt werden kann, keine Permanentmagnete benutzt, streuarm ist und ein beim Anziehen des Ankers abnehmendes Gegenmoment aufweist sowie daß es gegenüber dem aus der deutschen Auslegeschrift 12 50 553 bekannten Gleichstromklappankermagneten bedeutend einfacher und streuärmer ist sowie eine höhere Schaltgeschwindigkeit aufweist, da das Gegenmoment bereits unmittelbar nach dem Anziehen des Ankers abnimmt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung -M in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 die Umschaltvorrichtung in Ruhestellung in Seitenansicht,

F i g. 2 die Umschaltvorrichtung nach F i g. 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie L-L von oben gesehen,

F i g. 3 die Umschaltvorrichtung nach F i g. 1 bei erregtem Magnet.

Das in F i g. 1 und F i g. 2 ersichtliche Relais ist in einem Mantel 1 aus ferromagnetischem Material eingeschlossen. Dieser umschließt eine Magnetspule 2 mit einem Hohlraum 3 im Zentrum. Die eine Polseite der Magnetspule 2 ist durch einen pfropfenförmigen Einsatz 4 aus ferromagnetischem Material abgeschlossen, der in einer öffnung 5 des Mantels 1 eingepaßt ist. Zum Zwecke der Vermeidung magnetischer Streuung wird die öffnung 5 von einem Kranz 6 aus ebenfalls ferromagnetischem Material abgedeckt. Auf der entgegengesetzten Seite der Magnetspule 2 ist ein U-förmi ges Teil 7 aus ferromagnetischem Material in den Hohlraum 3 eingepaßt und nach außen mit einem ferromagnetischen Kranz abgedeckt Die Enden des Teils 7 erstrecken sich bis in unmittelbarer Nähe des Endes des Einsatzes 4. Auf halber Länge des Hohlraums 3 sind in beiden U-Armen des Teils 7 in entsprechenden Bohrungen zwei Achsen 8 befestigt, weiche in Lagern 9, vorwiegend aus reibungsarmem Kunststoff einen Kippanker 10 in der Nähe von dessen Schwerpunkt tragen. Dieser Kippanker 10 weist einen Schlitz 11 auf, in welchem eine Rückführfeder 12 angeordnet ist. Diese ist mit dem einen Ende des Kippankers 10 und mit einem Haltebügel 13 verbunden, welcher in einem klötzchenförmigen Fuß 14 des U-förmigen Teils 7 mit Hilfe einer Schraube 15 gehalten ist

Der Kippanker 10 weist die Form einer Raute mit abgeschnittenen spitzen Enden auf. Er trägt an seinem, dem Einsatz 4 zugewandten Ende seitlich einen steifen Draht 16 aus nichtferromagnetischem Material, welcher durch einen Schlitz 17 im Einsatz 4 ragt und die Bewegung des Kippankers 10 nach außen überträgt

Zwischen den Breitseiten des Kippankers 10 und dem U-förmigen Teil 7 des einen Magnetpols wird der passive Luftspalt 18 gebildet Der aktive Luftspalt 19 wird einerseits durch das abgerundete Ende 20 des Kippankers 10 und anderseits durch den abgerundeten Polschuh 21 des Einsatzes 4 bestimmt und steht senkrecht zum passiven Luftspalt Zwischen dem ίο U-förmigen Teil 7 und dem Einsatz 4 besteht ein relativ großer Luftspalt dessen Nebenschlußwirkung zwischen den beiden Polen der Magnetspule 2 praktisch unbedeutend ist Der passive Luftspalt 18 bleibt im Betrieb praktisch unverändert während der aktive Luftspalt 19 seine Größe zwischen den Endstellungen d-js Kippankers 10 ändert

Die Spannung der Rückführfeder 12 kann durch eine Stellschraube 22 sehr fein reguliert werden, durch welche der Haltebügel 13 mehr oder weniger in den Schlitz 11 des Kippankers 10 placiert werden kann. Die magnetische Anzugsspannung kann ebenfalls durch einen veränderbaren magnetischen Nebenschluß mittels einer aus ferromagnetischem Material bestehenden Schraube 23 zwischen dem U-förmigen Teil 7 und dem Einsatz 4, also zwischen den beiden Poltn des Magneten feinreguliert werden.

In der F i g. 1 ist die Ruhestellung des Relais dargestellt Sie wird im wesentlichen dadurch bestimmt, daß die Rückführfeder 12 durch die Stellschraube 22 in einem relativ großen Winkel zur Längsachse des Kippankers 10 gehalten wird. Der aktive Luftspalt 19 zwischen dem abgerundeten Ende des Kippankers 10 und dem abgerundeten Polschuh 21 ist in dieser Ankerstellung ebenfalls groß. Die Ruhestellung des Kippankers kann durch einen nicht dargestellten Anschlag begrenzt werden.

Bei Erregung der Magnetspule 2 wird nun auf den Kippanker 10 eine magnetische Kraft ausgeübt, durch welche dieser gekippt wird. Zu diesem Zwecke sind das

■ίο abgerundete Ende 20 des Kippankers 10 und der abgerundete Polschuh 21 mit einer in Richtung der in Fig.3 gezeigten Arbeitsstellung des Kippankers 10 zueinander konvergierenden Form des von ihnen eingeschlossenen aktiven Luftspalts 19 geformt. Die engste Steile dieses aktiven Luftspalts und die durch die Stellschraube 22 bestimmte Stellung der Rückführfeder 12 werden so aufeinander abgestimmt, daß die Rückführfeder 12 nur in die Nähe des Drehpunkts des Kippankers 10, aber nicht darüber hinaus gelangt. Dies

so kann noch durch eine durchgehende Achse 8 erleichtert werden, die die Rückführfeder 12 am Erreichen der Blockierstellung mechanisch verhindert. Ferner wird die Rückführfeder 12 durch Verschieben im Fuß 14 bei gelöster Schraube 15 derart eingestellt, daß bei zunehmendem Anzugswert des Kippankers 10 das Feder-Gegenmoment abnimmt. Beispielsweise kann das Feder-Gegenmoment in Ruhestellung des Kippankers 10 auf 10 cmg und im aufgezogenem Zustand auf 2 cmg eingestellt werden. Dadurch wird im Gegensatz zu den

μ bis jetzt bekannten Relais mit einem ähnlich gestalteten Kippanker, bei welchem das Feder-Gegenmoment beim Aufziehen quadratisch zunimmt, bewirkt, daß dieser Anker schlagartig kippt.

In der Endstellung des erregten Kippankers besteht

ii j immer noch ein kleiner aktiver Luftspalt zwischen dem abgerundeten Ende 20 des Kippankers 10 und dem abgerundeten Polschuh. Der Anker kann somit nicht durch magnetische Remanenz in dieser Stellung

blockieren. Die Bewegung des Kippankers 10 wird durch den steifen Draht 16 nach außen übertragen und kann beispielsweise die Umschaltung eines Tarifzählers bewirken.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Relais bestehen darin, daß es einfach und wohlfeil herzustellen ist, wobei von gängigem Halbzeug ausgegangen werden kann und eine kostspielige Bearbeitung entfällt, wie sie bei bekannten Relais notwendig war. Durch die leichte und feine Justierbarkeii kann ein sehr sicherer Betrieb erreicht werden. Da der Kippanker von Haus aus ganz im Hohlraum der Magnetspule untergebracht ist, wird die magnetische Streuung klein gehalten. Sie wirkt sich durch den Spalt in der magnetischen Abschirmung um den Elektromagneten kaum mehr nach außen aus und dürfte nur noch einige Zehnte! Prozent betragen. Die Leistungsaufnahme des Elektromagneten kann bedingt durch die Gestaltung des Kippankers in kleinen Werten

gehalten werden. Da in der Anzugstellung des Kippankers ein kleineres Feder-Gegenmoment als in dessen Ruhestellung dem magnetischen Anzugsmoment entgegenwirkt, werden die durch den pulsierenden Magnetfluß verursachten Anker-Drehschwingungen klein gehalten und damit wegen des kleineren Moments um die Lagerachse das Ankergeräusch stark vermindert Die Lagerkräfte des Ankers liegen im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen bei Erregung des Magneten in der gleichen Richtung wie die magnetische Zugkraft. Dadurch werden abwechselnde Beanspruchungen der Lager in verschiedenen Richtungen unterbunden, wodurch wiederum das Lagergeräusch vermindert und dessen Abnützung gering gehalten werden kann. Schließlich wird die Vorrichtung durch die Lagerung des Ankers in der Nähe seines Schwerpunkts weitgehend lageunabhängig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Relais mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten in einem nach außen magnetisch abschirmenden, eisengeschlossenen Rückschlußtopf und mit einem aktiven Luftspalt zwischen einem Polschuh des Elektromagneten und einem vollständig im Hohlraum der Magnetspule des Elektromagneten angeordneten, um eine senkrecht zur Magnetspulenlängsachse verlaufende Achse kippbaren Kippanker mit im wesentlichen viereckigem Querschnitt, der durch eine Rückführfeder in seiner Ruhestellung gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Pol des Elektromagneten mit dem Kippanker (10) einen passiven Luftspalt (118) bildet, dessen Größe sich im Betrieb praktisch nicht ändert, und daß die Rückführfeder (12) in der Ruhestellung des Kippankers (10; Fig. 1) einen relativ großen Winkel mit der Längsachse des kippankers (10) einschließt und in der Arbeitsstellung des Kippankers (10; Fig.3) in die Nähe der Drehachse des Kippankers, nicht aber darüber hinaus gelangt, so daß beim Übergang des Kippankers (10) von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung das von der Rückführfeder (12) auf den Kippanker (10) ausgeübte Drehmoment abnimmt

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Luftspalt (18) durch die Breitseite des Kippankers (10) und ein U-förmiges Teil (7) aus ferromagnetischem Material und der aktive Luftspalt (19) durch in Richtung der Arbeitsstellung zusammenlaufende abgerundete Flächen zwischen dem Kippanker (10) und dem Polschuh (21) gebildet werden.

3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Luftspalt (19) in der Arbeitsstellung des Kippankers (10) auf einem kleinen Wert erhalten bleibt.

4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Luftspalt (19) durch eine Schraube (23) aus ferromagnetischem Material teilweise kurzgeschlossen werden kann.

5. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippanker (10) einen Schlitz (17) zur Aufnahme der Rückführfeder (12) aufweist.

6. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraube (15) zur Halterung eines Haltebügels (13) für die Rückführfeder (12) und eine weitere Schraube (22) zu dessen genauer Positionierung vorgesehen ist.

7. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (8) des Kippankers (10) durchgehend ist und die Rückführfeder (12) am Erreichen der Blockierstellung mechanisch verhindert.

8. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippanker (10) in der Ruhestellung durch einen Anschlag gehalten wird.