Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem als Spulenkörper ausgebildeten
Schutzrohr, in dem ein Anker angeordnet ist und mit im Spulenkörper formgebunden fest eingebetteten
Kontakt- und Spulenanschlüssen sowie Polschuhen.
Ein elektromagnetisches Schaltgerät dieser Art ist aus der DT-AS 1909940 bekannt. Es zeichnet sich
trotz kleiner Abmessungen durch guten Wirkungsgrad und infolge der Trennung von Kontakt und Wickelraum
durch hohe Kontaktsicherheit aus. Außerdem ist dieses Relais, das einen Umschaltkontakt besitzt,
wirtschaftlich herstellbar. Trotz dieser positiven Merkmale ist das Relais jedoch für die Anwendungsfälle nicht geeignet, in denen ein vom Ruhekontakt
getrennter Arbeitskontakt oder eine doppelte Unterbrechung bzw. Schließung eines Stromkreises gefordert
sind.
Elektromagnetische Schaltgeräte mit einer Kontaktbestückung, die diese Merkmale erfüllen, sind
z.B. aus der DT-ÜS 1614943 sowie der US-PS
3 768 051 bekannt. In diesen Fällen handelt es sieh
dabei um Anordnungen, bei denen ein lagerfreier Anker in einer hermetisch geschlossenen Kontaktkapsel
zwischen zwei Paaren von Festkontakten angeordnet ist. Zu beiden Seiten der Kontaktkapsel sind Dauermagnete
in einem Gehäuse gelagert, so daß ungleichnamige Pole einander gegenüberliegen und der Magnetfluß
über den Anker geschlossen wird. Zwischen den Magneten, die in einem Falle brückenartig ausgebildet,
im anderen Falle mit Polschuhen versehen sind, ist auf die Kontaktkapseleine Erregerwicklung aufgebracht.
Die insoweit bekannten Schalter verhalten sich bistabil und sind mit Impulsen ansteuerbar. Von
Nachteil ist allerdings, daß sie z.B. durch die Notwendigkeit einer Kontaktkapsel und eines die Magnete
aufnehmenden Gehäuses konstruktiv aufwendig sind und außerdem nur einen relativ niedrigen Wirkungsgrad
aufweisen, da durch die Kontaktkapsel für die Funktion nutzlose magnetische Luflspalte vorhanden
sind. Bei der Verwendung brückenartiger und somit schon wegen dieser Formgebung relativ teuer zu fertigender
Dauermagnete tritt dabei noch der zusätzliche Nachteil auf, daß der für die Erregerwicklung vorgesehene
Wickelraum durch die Dauermagnete eingeschränkt wird. Eine Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit
durch Steigerung der Windungszahl ist damit weitgehend ausgeschlossen.
Ferner ist aus der US-Patentschrift 3525958 ein Schutzrohrkontaktrelais mit einem !agerfreien Anker
bekannt, bei dem an beiden Enden eines von einer Spule umgebenen Schutzrohres jeweils zwei Kontaktelemente
angeordnet sind. Zwischen jedem Kontaktelementpaar befindet sich im Inneren des Schutzrohres
jeweils ein Dauermagnet, der die Ruhekontaktkräfte fur den zwischen den Kontaktelementpaaren
freibeweglichen Anker sicherstellt. Ein derart aufgebautes Relais benötigt entweder einen relativ großen
Spuleninnenraum und damit eine Spule mit großer Wicklungslänge oder man erhält bei wirtschaftlich
ausgelegter Wicklung infolge des für die Dauermagnete verfügbaren kleinen Raumes nur relativ geringe
Kontaktkräfte. Ein weiterer Nachteil ist, daß der Erregerfluß des Relais quer zum Dauermagnetfluß verläuft.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Schaltgerät der eingangs genannten
Art zu schaffen, das bei einfachem kompakten Aufbau problemlos herstellbar ist, sich durch hohen
Wirkungsgrad auszeichnet und außerdem unterschiedliches Schaltverhalten, wie z.B. auch monostabile
oder mittlere Ruhelage zuläßt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Spulenkörper beiderseits des Schutzrohres
Kontakträume eingeformt sind, daß innerhalb dieser Kontakträume an den Spulenkörperflanschen die
freien, mit Kontaktwerkstoff belegten Enden der in den Spulenkörper eingebetteten Polschuhe aus dem
Spulenkörper heraustreten und so geformt sind, daß sie den mit Kontaktwerkstoff belegten freien Enden
des Ankers gegenüberstehen und daß jedem Polschuhpaar an den beiden Enden des Spulenkörpers
jeweils wenigstens ein Dauermagnet zugeordnet ist. der wie die Polschuhpaare symmetrisch zur Spulenlangsachse
und einer zu diesen senkrechten Achse angeordnet ist.
Durch die Verwendung eines Spulenkörpers als Schutzrohr sowie als Trager fur die Dauermagnete
Polschuhe und Kontakte erhält main einen elektromagnetischen
Schalter, bei dem alle magnetisch wirksamen Bestandteile auf engstem Raum angeordnet sind,
so daß Verluste auf ein Minimum beschränkt sind und ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Hinsichtlich des
zur Verfügung stehenden Raumes besteht bei der erfindungsgemäßen Anordnung weitgehende Unabhängigkeit
bei der Dimensionierung der Spule und der Magnete, deren Polschuhe in jedem Falle im streu-
w f lußarmen Bereich der Spulenflansche in der Nähe der
Stirnseite der Spulenwicklung liegen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß zwischen jedem Polschuh und einer
ferromagnetische!! Gehäusekappe je ein Dauerma-
■5 gnet in in den Spulenflanschen eingeformten, der
Form der Dauermagnete angepaßten Räumen angeordnet ist, und daß in jedem Spulenkörperflansch zwischen
den anschlußseitigen Enden zweier gegenüberliegender Polschuhe je ein Dauermagnet in einer für
ihn vorgesehenen Magnelkammer im Spulenkörper gelagert ist.
Die Dauermagnete sind im wesentlichen quaderförmig ausgebildet und somit einfach herstellbar. Im
erstgenannten Falle finden vier, im zweiten Falle zwei Magnete Verwendung. Die für die Dauermagnete
vorgesehenen Räume sind derart ausgebildet, daß sie duch schmale Abschnitte aus Kunststoff, aus dem der
Spulenkörper besteht, elektrisch von den stromführenden Polschuhen bzw. von der Gehäusekappe isoliert
sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Spulenkörper von dem aus Schutzrohr, Kontakträumen
und Magnetkammern gebildeten Raum vollständig durchdrungen und vor dem Einlegen der
Dauermagnete an seinen beiden Stirnseiten offen ist. Durch den zu beiden Stirnseiten offenen Spulenkörper
läßt sich eine Reinigung oder Entgasung von Kontaktraum und Schutzrohr besonders wirkungsvoll
durchführen. Die Reinigung ist in jedem Falle erforderlich, um eine im Zuge der Fertigung erfolgte unvermeidbare
Verunreinigung der Kontakte, z.B. mit organischen Niederschlägen, die von Klebstoffen oder
Ausdünstungen des Spulenkörpers herrühren können, zu beseitigen. Sie erfolgt unmittelbar vor dem herme-
4; tischen Verschluß des Kontaktraumes, z. B. durch den
Dauermagneten, und hat somit wesentlichen Einfluß auf die Kontakteigenschaften.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der im Schutzrohr angeordnete
Anker lagerfrei ist. In diesem Falle sind die Dauermagnete so gepolt, daß auf einer Seite der Spulenlängsachse
befindliche Polschuhe ungleichnamige Polarität aufweisen, so daß der Anker an diesen Poischuhen
anliegt. Bei entsprechender Erregung der Spule wird der Anker so aufmagnetisiert, daß er von diesen Polschuhen
abgestoßen und von den gegenüberliegenden angezogen wird. Die Ankerbewegung erfolgt dabei im
wesentlichen parallel zur Spulenlängsachse. Um bei Nichterregung und gleichzeitiger starker Erschüttere
rung eine Überbrückung und somit unerwünschte elektrische Verbindung gegenüberliegender Polschuhe
durch ein Verkanten des Ankers, der als langgestrecktes Plättchen mit rechteckigem Querschnitt
ausgebildet sein kann, sicher auszuschließen, kann vorgesehen sein, daß der im Schutzrohr angeordnete
Anker federgefesselt ist. Die Federfesselung gewährleistet hierbei, daß der Anker stets parallel zu den
Polschuhen ausgerichtet ist. Die Wirkung der Feder-
kraft kann dabei so schwach sein, daß das bistabile
Schaltverhalten bestehen bleibt.
An Stelle des parallel zu den Polschuhen beweglichen Ankers kann nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen sein, daß für den Anker mittig eine Zapfen- oder Schneidenlagerung vorgesehen
ist. In diesem Falle führt der Anker bei Spulenerregung eine Drehbewegung aus. Die Dauermagnete
sind hierbei so gepolt, daß auf einer Seite der Spulenlängsachse befindliche Polschuhe gleichnamige Polarität
aufweisen. Sofern das Magnetsystem symmetrisch aufgebaut ist und keine Federkräfte auf den
Anker einwirken, ruht der Anker in Ruhelage mit seinen mit Kontaktwerkstoff belegten Enden an einander
diametral gegenüberliegenden Polschuhen.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Polschuhe an einander gegenüberliegenden
Seiten aus der Wand des Kontaktraumes austreten und am Übergang vom Kontaktraum zum Schutzrohr
in Richtung der Spulenlängsachse abgewinkelt sind, parallel zum Anker bis in den Bereich des Endes des
Wickelraumes verlaufen, und daß das freie Ende des Ankers und die abgewinkelten Enden der Polschuhe
in deren Überdeckungsbereich mit Kontaktwerkstoff
belegt sind.
Infolge der durch die abgewinkelten Enden der Polschuhe gebildeten Polfläche sind die magnetischen
Anzugskräfte und damit auch die Kontaktkräfte erhöht, so daß neben galvanischen Kontaktbelägen auch
Massivkontakte mit den sich daraus ergebenden magnetischen Luftspalten (Trennblech) anwendbar sind.
Hieraus ergibt sich der Vorteil höherer Strombelastbarkeit der Kontakte, wobei auch der Kontaktwiderstand
besser beherrschbar ist als bei galvanischen Kontakten. Infolge größerer Verschleißmöglichkeit
verlängert sich dabei auch noch die Lebensdauer der Kontakte.
Ferner ist vorgesehen, daß die stromführenden Polschuhe vor dem Einbettungsvorgang an die zugehörigen
Konlaktanschlüsse angeschweißt sind. Diese Maßnahme kann z. B. zu einer Vereinfachung der die
Kontakt- und Spulenanschlüsse tragenden Platine führen. Beispielsweise kann in diesem Fall als Material
für die Platine und damit der Kontakt- und Spulenanschlüsse Neusilber verwendet werden, das ohne Nachbehandlung
lötbar und korrosionsbeständig ist.
Zur Gewährleistung hoher Kontaktkräfte sind die Polschuhe mit ihren abgewinkelten Enden bis in die
streuflußarmen Bereiche an den Enden des Wickelraumes
mit relativ großen Polflächen parallel zum Anker geführt. Dabei ist von Vorteil, daß trotz der
großen Polfläche eine Justierung der Polschuhe überflüssig ist, da diese in ihrer Position durch die formgebundene
Einbettung im Spulenkörper exakt festgelegt sind. Hierzu ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß die anschlußseitigen. den Dauermagneten gegenüberliegenden Enden der
Polschuhe derart in die Wandungen der Magnetkammern eingebettet sind, daß jeder Polschuh zu beiden
Seiten freiliegende Abschnitte aufweist, die zueinander um einen Abstand (a)>
in welchem die Polschuhe . beiderseits eingebettet sind, versetzt sind, und daß die
freiliegenden Abschnitte der Polschuhe innerhalb der Magnetkammer dem stirnseitigen Ende des Spulenkörpers
benachbart sind.
Der Kontaktabstand wird beim Spritz-, Spritzpreßoder Preßvorgang des Spulenkörpers durch einen
Einschub definierter Breite festgelegt. Hierzu werden die abgewinkelten Enden der Polschuhe durch an deren
freiliegenden Abschnitten angreifende seitliche Einschübe von einander gegenüberliegenden Seiten
an den erstgenannten Einschub angedrückt, wodurch der gewünschte Kontaktabstand exakt reproduziert
wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Spulenkörper aus zwei formschlüssigen,
miteinander verschweißbaren Hälften aus Kunststoff
ίο besteht, daß beim Verschweißen der Spulenkörperhälften
eine Materialverformung lediglich im Bereich der Schweißnaht durch Laser- oder Ultraschalleinwirkung
stattfindet, daß zumindest eine der Spulenkörperhälf ten in der Ebene, in der die Verbindung erfolgt,
mit einer entlang dieser Ebene laufenden stegartigen Erhebung versehen ist, oder daß die erste Spulenkörperhälfte
entlang der Berührungsebene eine stegartige Erhebung aufweist und die zweite mit einer mit der
stegartigen Erhebung korrespondierenden Nut versehen ist, daß eine den Kontaktabstand bzw. den Ankerweg
(5) bestimmende Montagelehre während des Schweißvorganges zwischen den einander gegenüberliegenden,
mit Kontaktwerkstoff belegten Enderi der Polschuhe in den beiden Spuienkörperhälften eingelegt
ist.
Obwohl in diesem Falle eine Deformation der entlang der Berührungsebene laufenden stegartigen Erhebung
staUfindet, erreicht man durch die Verwendung der Montagelehre, daß der gewünschte Ankerweg
bzw. Kontaktluftspalt auf einfache Weise exakt eingehalten wird. Im Vergleich zum bekannten Klebeverfahren
ergibt sich sogar der Vorteil, daß mit Montagelehren geringfügig unterschiedlicher Höhe
entsprechend verschiedene Ankerwege bzw Kontaktluftspalte und damit unterschiedliche Spannungsfestigkeiten erzielbar sind.
Zur Schaffung eines elektromagnetischen Schaltgerätes mit neutraler Mittelstellung des Ankers können
Ausgestaltungen der Erfindung darin bestehen, daß der durch die mit Kontaktwerkstoff belegten Enden
der Polschuhe gebildete Kontaktabstand (s) so groß gewählt ist, daß der Anker bei unerregtem
Schaltgerät von den Festkontakten abgehoben ist und sich in Mittelstellung befindet.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist ferner vorgesehen, daß das Schaltgerät von einer den Dauermagnetfluß
leitenden ferromagnetischen Gehäusekappe umgeben ist, oder daß zwischen den, den Polschuhen
abgewandten Enden, der in den Spulenflanschen befindlichen Dauermagnete Joche angeordnet sind.
Zur Erzielung einseitiger Kontaktruhelage kann man dabei derart verfahren, daß die Summe der im
unerregten Zustand wirksamen magnetischen Luftspalte (al + d + s4) etwa doppelt so groß ist wie die
Summe der auf der Ruhekontaktseite durch Kontaktwerkstoffeinlagen (s2) und den für eine elektrische
Isolation erforderlichen Abstand (53) des Dauermagneten
von der Gehäusekappe bzw. vom Joch gegebenen Restluftspalt. Bei einem symmetrisch aufgebauten
Magnetsystem kann dabei der das monostabile Schaltverhalten bewirkende magnetische Luftspalt α
durch Verwendung eines, verglichen mit dem auf der Ruhekontaktseite wirksamen, verkleinerten oder
schwächeren Dauermagneten herbeigeführt sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung im Hinblick auf die Schaffung eines Schaltgerätes höherer Kontaktzahl
besteht darin, daß im Spulenkörper zwei parallel zur Spulenlängsachse ausgerichtete, hintereinander
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angeordnete Anker vorgesehen sind. Hierdurch sind auf einfache Weise zwei Arbeits- und zwei Ruhekontakte
bzw. zwei Umschaltekontakte realisiert. Zur Vermeidung unerwünschter Kontaktgabe sind die
Anker durch eine im Spulenkörper eingeformte Isolierstoffwand voneinander getrennt. Zur Ankerbetätigung
ist normalerweise eine einzige Spule vorgesehen, eine getrennte Betätigung ist mit zwei Spulen
durchführbar. Es ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines solchen Schaltgerätes, daß für die einander benachbarten
Enden der hintereinander liegenden Anker gemeinsame Dauermagnete, jedoch elektrisch
voneinander getrennte Polschuhe vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme erhält man, infolge der geringen
Zahl von Dauermagneten, ein besonders wirtschaftlich aufzubauendes Schaltgerät.
Neben der beschriebenen Anordnung der Anker, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
im Spulenkörper wenigstens zwei parallel zur Spulenlängsachse ausgerichtete nebeneinander angeordnete
Anker vorgesehen. Die Ankerbetätigung erfolgt in diesem Falle synchron. Zur Einsparung von Dauermagneten
pro Kontaktsatz gegenüber einer Ausführung mit nur einem Arbeits- und Ruhekontakt können
hierbei zwischen den nebeneinander angeordneten Ankern im Spulenkörper ruhende, in Richtung der
Spulenlängsachse fluchtende Dauermagnete beidseitig mit Polschuhen versehen sein oder zwischen den
nebeneinander angeordneten Ankern im Spulenkörper als Polschuhe dienende, in Richtung der Spulenlängsachse
fluchtende Leitbleche eingebettet sein. Infolge der gleichlaufenden Bewegung der nebeneinanderliegenden
Anker können diese ferner mit zwei begrenzten Freiheitsgraden mechanisch miteinander
verbunden, jedoch elektrisch voneinander isoliert sein, womit Vorsorge gegen ein Verkanten eines Ankers,
z.B. beim Auftreten starker Erschütterungen, getroffen ist.
Zur Schaffung eines abdichtbaren Kontaktraumes kann ferner vorgesehen sein, daß zwischen dem Kontaktraum
und der Magnetkammer eine für eine Klebeverbindung geeignete Anlagefläche für einen im
wesentlichen quaderförmigen Dauermagneten vorgesehen ist, mit dem der Kontaktraum dicht verschließbar
ist.
Des weiteren ist vorgesehen, daß der in der an den Kontaktraum angrenzenden Magnetkammer untergebrachte
Dauermagnet aus Bariumferrit oder einer sogenannten Seltenen Erde besteht und ais Getter aktiviert
ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß im Kontaktbereich während des Betriebes eventuell auftretende,
die Kontakteigenschaften beeinträchtigende Gase sicher adsorbiert werden. Zusätzlich kann es
auch noch vorteilhaft sein, den für den Anker vorgesehenen Raum, der eine relativ große Oberfläche besitzt,
mit Gettermaterial zu beschichten, das für die Adsorption spezieller Gase ausgewählt ist. Die Nutzung
der Oberfläche des für den Anker vorgesehenen Raumes kommt beispielsweise bei zweiteiligen Spulenkörpern
in Frage. Die Aktivierung des als Dauermagneten dienenden Getters erfolgt im Vakuum bei
1(Γ5 Torr, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung.
Bei diesem Vorgang kann zugleich auch eine Entgasung des Spulenkörpers stattfinden.
Von besonderem Vorteil ist in diesem Falle, daß der für die Adsorption schädlicher Gase maßgebende
Getter in unmittelbarer Nachbarschaft der Kontakte angeordnet und somit besonders wirkungsvoll ist.
Bevorzugt sind die Dauermagnete durch eine beidseitige mit Klebestoff beschichtete Folie an den Anlageflächen
zum Kontaktraum fixiert. Die Klebefolien sind dabei derart zugeschnitten, daß sie sich im wesentlichen
lediglich über die Randbereiche der Dauermagneten erstrecken.
Durch Verwendung von derartigen Klebefolien erübrigt sich das Aufbringen von Klebstoff im Siebdruckverfahren,
was fertigungstechnisch aufwendig wäre und außerdem die Gefahr in sich birgt, daß lösungsmittelhaltige
Klebestofftröpfchen unbeabsichtigt auch außerhalb der Klebefläche aufgetragen werden.
Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind
»5 zwischen den Kontakträumen und den Magnetkammern für die Aufnahme von Molekularsieben oder zusätzlicher
Getter geeignete Räume vorgesehen, wobei die Molekularsiebe bzw. die zusätzlichen Gefter und'
oder die Dauermagnete durch thermische Verformung endseitiger Wandbereiche des aus Kunststoff
bestehenden Spulenkörpers fixiert sind. Hierbei werden die Dauermagnete bzw. der zusätzliche Getter in
einem einzigen Arbeitsgang sicher befestigt, wobei Klebstoffe vollkommen vermieden werden
Ferner besteht eine Ausgestaltung der Erfindung darin, daß an der Unterseite des Spulenkörpers um
die Kontaktanschiüsse bzw. Spulenanschlüsse, Ausnehmungen eingeformt sind, und daß diese Ausnehmungen
zumindest teilweise mit Gießharz ausgefüllt sind. Durch diese Maßnahme erreicht man für Kontakt-
und Spulenanschlüsse eine besonders wärmefeste Einbettung, so daß die Anschlüsse auch bei überdurchschnittlicher
Erwärmung, z.B. durch unsachgemäßes Löten, ihre Position beibehalten. Zur hermetisehen
Abdichtung des elektromagnetischen Schaltgerätes kann des weiteren eine Gehäusekappe vorgesehen
sein, deren Zwischenraum zum Spulenkörper mit Vergußmittel ausgefüllt ist. Die Gehäusekappe kann
dabei aus ferromagnetischem Material bestehen und gleichzeitig der magnetischen Abschirmung und Flußführung
dienen. Im Hinblick auf den Einsatz des Schaltgerätes in gedruckten Schaltungen kann es
schließlich zweckmäßig sein, daß die aus dem Schaltgerät austretenden Kontaktanschlüsse und Spulenan-Schlüsse
zueinander im sogenannten 5-mm-Raster angeordnet sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 ein elektromagnetisches Schaltgerät in verschiedenen Schnitten, bei welchem
in den Spulenkörperflanschen ruhende Dauermagnete zwischen den Polschuhen und einer ferromagnetischen
Gehäusekappe angeordnet sind,
Fig. 4 und Fig. 5 Detaildarstellungen von verschiedenen, im Schnitt gezeigten Ankern,
Fig. 6 und Fig. 7 ein elektromagnetisches Schaltgerät, bei dem die in den Spulenkörperflanschen befindlichen
Dauermagnete jeweils zwischen den anschlußseitigen Enden zweier gegenüberliegender
Polschuhe gelagert sind,
Fig. 8 und Fig. 9 elektromagnetische Schaltgeräte mit federgefesseltem Anker,
Fig. 10 und Fig. 11 elektromagnetische Schaltge-
rate, bei denen der Anker zapfen- oder schneidengelagert
ist, wobei der Anker des in Fig. 11 gezeigten durch Verwendung von Mittelstellungsfedern eine
neutrale Ruhelage aufweist,
Fig. 12 und Fig. 13 elektromagnetische Schaltgeräte mit jeweils zwei im Spulenkörper parallel zur
Spulenlängsachse ausgerichteten, hintereinander bzw. nebeneinander angeordneten Ankern.
Das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Schaltgerät besitzt einen als Schutzrohr 2 ausgebildeten Spulenkörper 1, in
dem sich ein lagerfreier, ferromagnetischer Anker 3 befindet. Im Spulenkörper 1 sind Kontaktanschlüsse, *
von denen in den Zeichnungen nur die mit 4' und 4" bezeichneten sichtbar sind, sowie Spulenanschlüsse 5',
5" sowie Polschuhe 6,6', 7, 7' formgebunden fest eingebettet. Die Enden 9, 9' des Ankers 3 sind beidseitig
mit Kontaktwerkstoff 20 versehen und stehen den ebenfalls mit Kontaktwerkstoff 20 belegten Polschuhen
6,6', 7, 7' in Kontakträumen 8, 8' gegenüber. Die 1S
Kontakträume 8, 8' können dabei sowohl an das Schutzrohr angrenzende Räume, als auch Bestandteil
des Schutzrohres 2 sein. Zwischen jedem Polschuh 6, 6', 7, 7' und einer ferromagnetischen Gehäusekappe
sind Dauermagnete 13, 13' in in den Spulenkörper- *<>
flanschen 33, 33' eingeformten Räumen symmetrisch zur Spulenlängsachse 64 und einer zu dieser senkrechten
Achse 65 und/oder 65' angeordnet. Zur Vermeidung unerwünschter elektrischer Uberbrückungen
sind die Dauermagnete z.B. durch einen Luftspalt oder eine Isolierstoffeinlage von der Gehäusekappe
getrennt. Für den Fall, daß keramische Magnete verwendet sind, kann eine solche Maßnahme überflüssig
sein. Der lagerfreie Anker 3 wird bei Erregung des Schaltgerätes im wesentlichen parallel zur Spulen- 3<>
längsachse 64 bewegt. Die Polarität der Dauermagnete 13, 13' ist deshalb so gewählt, daß auf einer
Seite der Spulenlängsachse 64 in den Spulenkörperflanschen33,33'angeordnete
Dauermagnete 13'oder 13 mit ungleichnamigen Polen auf den Anker 3 einwirken.
Das Schaltgerät ist infolge seines einfachen Aufbaus problemlos herstellbar. Der Spulenkörper 1 besteht
beispielsweise aus zwei identischen Hälften 1', 1", die vor dem Aufbringen der Spulenwicklung 43
und dem Einlegen der Dauermagnete 13, 13' miteinander verklebt oder durch Anwendung eines Ultraschall-
oder Spiegelschweißverfahrens miteinander verbunden werden. Hierbei werden Schutzrohr 2 und
Kontakträume 8,8'hermetisch dicht verschlossen. Da alle magnetisch wirksamen Bestandteile auf engstem
Raum angeordnet sind und die Polschuhe 6, 6', 7, 7' bis in die Streuflußarmen Bereiche in der Nähe der
Stirnseite der Spulenwicklung 43 geführt sind, werden Verluste insgesamt klein gehalten und ein hoher Wirkungsgrad
erzielt. Von besonderem Vorteil ist ferner, daß Spulenwicklung 43 und Dauermagnete 13, 13'
weitgehend unabhängig voneinander dimensionierbar und somit Ansprechempfindlichkeit und Kontaktkräfte
in einem großen Bereich frei wählbar sind.
Zur Erzielung größerer Kontaktkräfte kann man auch, wie im vorliegenden Beispiel gezeigt, die Enden
des Ankers 3 verbreiten. Abweichend von dem in Fig. 1,2 und 3 dargestellten Schaltgerät, dessen Anker
3 im wesentlichen plättchenförmig ist und quadratischen Querschnitt besitzt, kann aber auch wie Fig. 4
und Fig. 5 zeigen, ein stabförmiger Anker 3 verwendet werden, der kreisrunden Querschnitt oder an den,
den Polschuhen 7, T zugewandten Flächen mit kreisbogenartigen Wölbungen 72, 72' versehen ist, wobei
die Polschuhe 7,7'der Form des Ankers 3 angepaßte kreisbogenartige Ausnehmungen 71, 71' aufweisen.
Ein solcher Anker zentriert sich während des Betriebs des Schaltgerätes von selbst. Wenn man das Schutzrohr
2 gleichzeitig so ausbildet, daß es sich im wesentlichen lediglich über die Höhe der Polschuhe 7, T erstreckt,
vermeidet man, daß der Anker 3 in die Bereiche eintreten kann, in denen der Abstand der
einander gegenüberliegenden Polschuhe 7, 7' am geringstin ist. Durch diese Maßnahme wird eine unerwünschte
Überbrückung der Polschuhe 7, 7' durch den Anker 3 beim Auftreten starker Erschütterungen
sicher ausgeschlossen.
Das in Fig. I bis 3 dargestellte Schaltgerät zeichnet sich durch bistabiles Schaltverhalten aus. Sofern
jedoch einseitige Kontaktruhelage, somit monostabiles Schaltverhalten, erwünscht ist, kann man
derart verfahren, daß man die Summe der im unerregten Zustand wirksamen magnetischen Luftspalte
si + a + s4 etwa doppelt so groß wählt, wie die Summe der auf der Ruhekontaktseite durch Kontaktwerkstoffeinlagen
52 und den für eine elektrische Isolation erforderlichen Abstand s3 des Dauermagneten
13, 13' von der Gehäusekappe 57 gegebenen Restluftspalt wählt. Bevorzugt erzielt man den magnetischen
Luftspalt α durch Verwendung von entsprechend kleineren Magneten 13, wie dies in Fig. 1 durch
gestrichelte Linien angedeutet ist. Die gleiche Wirkung kann aber auch mit einem gegenüber dem Dauermagneten
13' schwächeren Magneten 13 herbeigeführt werden.
Bei dem in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigten, ebenfalls mit einem lagerfreien Anker 3 versehenen, elektromagnetischen
Schaltgerät, ist in jedem Spulenkörperflansch 33. 33' zwischen den anschlußseitigen Enden
10, 11, 10', 11' zweier gegenüberliegender Polschuhe 6,6', 7, 7'je ein Dauermagnet 13, 13' in einer
für ihn vorgesehenen Magnetkammer 12, 12' im Spulenkörper 1 gelagert. Vor dem Einbringen der Dauermagnete
13, 13' wird der Spulenkörper 1 von dem aus dem Schutzrohr 2 den Kontakträumen 8, 8' und
Magnetkammern 12,12' gebildeten Raum vollständig durchdrungen, so daß die Kontakte 20 sowie der gesamte
Innenraum für eine Reinigung z.B. im Ultraschallbad besonders gut zugänglich sind. In den Spulenkörperflanschen
33, 33' sind die aus den Seitenwänden der Kontaktkaminern austretenden
Polschuhe 6, 6', 7, 7' zur Relaismitte hin abgewinkelt
und an ihren Enden 18, 19, die parallel zueinander und zur Spulenlängsachse verlaufen, mit ein- bzw.
aufgewalztem Kontaktwerkstoff 20 versehen, formgebunden eingebettet. Nach dem Reinigungsvorgang
werden die Kontakträume 8, 8' durch in den Spulenkörperflanschen 33, 33' befindliche Dauermagnete
13, 13' an den Anlageflächen 16, 16', vorzugsweise mittels beidseitig mit Klebestoff beschichteten Folien
28, 28', die sich im wesentlichen lediglich über die Randbereiche der Dauermagnete 13, 13' erstrecken,
abgeschlossen. Die in den Spulenkörperflanschen 33, 33' eingebetteten Polschuhe 6,6', 7, 7' weisen zu beiden
Seiten freiliegende Abschnitte 21, 22, 23, 24 auf. die um einen Abstand α zueinander versetzt sind.
Diese sowie der Abstand α sind erforderlich, um den gegenseitigen Abstand der abgewinkelten, mit Kontaktwerkstoff
20 versehenen Enden 18, 19 όζτ Polschuhe
6,6', 7,7' beim Einbettungsvorgang, z. B. Einspritzen,
Einpressen bzw. Spritzpressen genau festzulegen. An den freiliegenden Abschnitten 21, 23 der
Polschuhe 6, 6', 7, T drücken beim Einbettungsvorgang Seitenschieber des Herstelluragswerkzeuges über
die freiliegenden Abschnitte 22, 24 und 18. 19 der
Polschuhe 6, 6', 7, T auf ein stirnseitig eingeführtes Stempelwerkzeug, das die Kontur von Kontaktraum K
und Magnetkammer 12 und somit auch den den Kontaktabsland mitbestimmenden stempelformgebundenen
Abstand der beiden abgewinkelten Enden 18. 19 der Polschuhe 6,6\ 7. T hinreichend genau festgelegt
Nachdem der Spulenkörper 1 mit der Spulenwicklung 43 versehen und diese mit den Spulenanschliissen
5', 5" verbunden ist, wird das Schaltgerät einem Vakuum von etwa 10s Torr bei gleichzeitiger Temperatureinwirkung
zwischen 100° C und 150° C ausgesetzt, um kristallin gebundene Feuchtigkeit zu
entziehen. Gleichzeitig können hierbei die aus Bariumferrit bzw. Seltenen Erde bestehenden Dauermagnete
13,13'als Getter aktiviert werden. Danach wird das Vakuum durch ein Schutzgas mit Normaldruck
(etwa 760 Torr) ersetzt und das Schutzrohr 2 sowie die Kontakträume 8, 8' durch die Dauermagnete in
der beschriebenen Weise abgeschlossen.
Zur magnetischen Abschirmung und Erhöhung des magnetischen Wirkungsgrades ist das Schaltgerät mit
einer Gehäusekappe 57 aus ferromagnetischem Material
umgeben, die durch Vergußmittel 58, z. B. eines unter dem Handelsnamen »Araldit« bekannten Gießharzes
gehaltert ist, wodurch gleichzeitig die Dichtigkeit und die mechanische sowie funktionell Stabilität
des Relais beachtlich erhöht wird. Besteht der Spulenkörper 1 aus einem Thermoplasten, so empfiehlt es
sich. Ausnehmungen 31 (Fig. 1) um die Kontakt- und Spulenanschlüsse 4', 4", 5', 5" vorzusehen, die zumindest
teilweise mit dem Vergußmittel 58 ausgefüllt werden, da dieses in seiner Formbeständigkeit dem
Thermoplasten überlegen ist und somit die Maßhaltigkeit der Kontakt- und Spulenanschlüsse auch bei
überdurchschnittlicher Erhitzung während des Einlötens
gewährleistet bleibt.
Da die Getterwirkung der aktivierten Dauermagnete 13,13' im Einzelfall nicht voll ausreichend sein
kann und zwischen Dauermagneten 13, 13' und Polflächen ohnehin ein gewisser Abstand erforderlich ist,
ist dazwischen ein zusätzlicher Raum 30 vorgesehen, in dem Spezialgetter oder Molekularsiebe untergebracht
sind. An Stelle einer Gettereinlage kann auch der Innenraum des als Schutzrohr dienenden Spulenkörpers
mit einem Gettermaterial beaufschlagt werden, wie dies z. B. im Aufdampfverfahren an Elektronenrohren
praktiziert wird. Eine solche Maßnahme verhindert das Austreten von Gasen aus Kunststoffen
und erhöht somit die Zuverlässigkeit der Kontaktgabe.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen elektromagnetische Schaltgeräte mit einteiligem Spulenkörper gemäß dem
in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten, jedoch mit im Schutzrohr 2 federgefesselten Anker 3. Im einzelnen
ist dabei an einer (Fig. 8) oder an zwei (Fig. 9) einander gegenüberliegenden Seiten des Ankers eine sich
im wesentlichen über die Länge des Schutzrohres erstreckende, sich mit Vorspannung an der Wand des
Schutzrohres abstützende Blattfeder 66, 66' befestigt. Außer einer Sicherung des Ankers 3 gegen ein Verkanten
beim Auftreten starker Stöße, kann man mit diesen Federn auch das Schaltverhalten beeinflussen
Sofern bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel die Federkraft die dauermagnetische Stellkrafi
überwiegt, erhält man monostabiles Schaltverhalten. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 können die
Federn 66, 66' so schwach bemessen sein, daß bislabiles Schaltverhalten bestehen bleibt.
Fig. 10 und Fig. Il stellen Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar, bei denen der Anker 3 bei Spulenerregung
eine Drehbewegung zur Spulenmitte ausführt. Hierzu ist für den Anker 3 mittig eine Zapfen-
5 oder Schneideniagerung vorgesehen. Die Dauermagnete
13, 13' sind in diesen beiden Fällen so gepolt, daß auf einer Seite der Spulenlängsachse angeordnete
Polschuhe 6, 7 bzw. 6', T gleichnamige Polarität aufweisen. Bei dem in Fig. 10 dargestellten, bistabilen
ίο Magnetsystem ruht der Anker 3 mit seinen mit Kontaktwerkstoff
20 belegten Enden an einander diametral gegenüberliegenden Polschuhen 6', 7. Zur Lagerung
ist ein zylindrischer, mit dem Anker 3 verbundener Lagerzapfen 67 vorgesehen, der mit toleranzausgleichendem
Spiel 1 im Schutzrohr 2 ruht. Bei einem aus zwei identischen Hälften 1', 1" bestehenden Spulenkörper
1 (Fig. 11 > ist eine Schneidenlagerung besonders
wirtschaftlich herstellbar. Hierbei sind an einander gegenüberliegenden Seiten im Schutzrohr 2
sickenartige Vorsprünge 68. 68* angeformt, zwischen denen der Anker 3 mit losem Spiel 1 hindurchgeführt
ist.
Das in Fig. 11 dargestellte Schaltgerät weist außerdem
eine neutrale Mittelstellung des Ankers 3 bei
>5 fehlender Spulenerregung auf, die durch zu beiden
Seiten des Ankers 3 angeordnete Mittelstellungsfedern 45, 45' festgelegt ist.
Bei den in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Schaltgeräten
sind jeweils zwei parallel zur Spulenlängsachse 64 ausgerichtete, hintereinander (Fig. 12) oder nebeneinander
(Fig. 13) liegende Anker 3, 3' bzw. 3. 3" vorgesehen, wodurch auf einfache Weise Mehrkontaktanordnungen
erhalten werden. Im Falle der hintereinander angeordneten Anker 3, 3' ist in der
Mitte des Spulenkörpers 1 ein weiterer Spulenflansch 35 angeformt, in dem Dauermagnete 13", 13'" eingelagert
sind. Diese gemeinsamen Dauermagnete 13", 13'" wirken auf beide Anker 3, 3', und sinJ deshalb
mit eiektrisch voneinander getrennten Polschuhen 6".
7" bzw. 6'", 7'" versehen, ihre Polung ist ungleichnamig zur Polung der auf derselben Seite der Spulenlängsachse
64 in den äußeren Spulenflanschen 33, 33' liegenden Dauermagnete 13,13'. Aus diesem Grunde
ist die Schaitbewegung der Anker 3, 3' gegenläufig zueinander, sofern eine einzige Erregerspule 43 verwendet
ist.
Mit Vorteil können bei diesem Alisführungsbeispiel aber auch zwei getrennte Erregerspulen 43, 43' Anwendung
finden, womit jeder Anker 3, 3' separat ansteuerbar ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 13
hingegen, bei dem ein ungeteilter und damit leichter zu bewickelnder Wickelraum vorgesehen ist, erfolgt
immer eine gleichförmige synchrone Bewegung der nebeneinanderliegenden Anker 3,3". Auch In diesem
Falle ist es möglich, bezogen auf einen Schaltkontakt, mit einer geringeren Zahl von Magneten auszukommen
als bei einem Einfachkontakt. Beispielsweise können hierzu zwischen den nebeneinander angeordneten
Ankern 3, 3" im Spulenkörper 1 ruhende, in Richtung der Spulenlängsachse fluchtende Dauermagnete
beidseitig mit Polschuhen 6'", T" versehen sein oder auch, wie im dargestellten Beispiel, im Spulenkörper
1 als Polschuhe 6'" 7'" dienende, in Richtung der Spulenlängsachse 64 fluchtende Leitbleche eingebettet
sein. Infolge der gleichförmigen Ankerbewegung ist es bei nebeneinanderliegenden Ankern 3, 3"
auch möglich, diese mit zwei begrenzten Freiheitsgraden mechanisch miteinander zu verbinden, wobei je-
doch deren elektrische Trennung voneinander erhalten bleibt. Bevorzugt findet hierzu ein die Enden der
Anker 3, 3" umgreifendes Isolierstück 36 Verwendung, das gleichzeitig gewährleistet, daß eine unerwünschte Überbrückung gegenüberliegender PoI-
schuhe 6 ', 6" bzw. 7", 7'" durch die Anker 3, 3" bei
Stoßbeanspruchung ausgeschlossen ist. Schließlich ist noch von Vorteil, daß die in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Anordnungen bei kombinierter Anwendung
eine weitere Erhöhung der Kontaktzahl gestatten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
*09 582/31B