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MAGNETOMECHANISCHER UMWANDLER
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Die Erfindung betrifft einen magnetomechanischen Umwandler für Relais,
der einen Anker, eine Magneten enthaltende Einheit zur Generierung eines veränderbaren
Magnetfeldes sowie eine Ausrüstung zur Veränderung des generierten Magnetfeldes
aufweist, wobei der Anker und die Einheit zueinander relativ begrenzt beweglich
sind. Der erfindungsgemäße megnetomechanische Umwandler kann in einem breiten Wertbereich
der Stromstarke, sowohl bei Gleichströmen als auch bei rgechselströmen angewendet
werden, gewährleistet einen stufenfrei regelbaren Wert sowie eine hohe Genauigkeit
des Ansprechens und ist besonders zum Aufbau von Starkstromrelais hoher Genauigkeit
sowie Empfindlichkeit geeignet.
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In der Elektrotechnik und in unterschiedlichen Gebieten der Technik
werden zur Lösung von Schutz-, Signalisierungs-,
Schaltungsaufgaben
usw. die sOb?. Relais angewendet, die in zwei Grundtypen und zwar als elektromagnetische
Relais und als polarisierte Relais stark verbreitet sind. Die Relais stellen eigentlich
einen magnetomechanischen Umwandler dar, der zur Umsetzung der Energie des magnetischen
Feldes in eine mechanische Bewegung dient und mindestens einen Anker und eine Einheit
zur Generierung eines Magnetfeldes aufweist.
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Die elektromaenetischen Relais enthalten einen topfförmigen Stander
und einen darüber angeordneten, eventuell mit einer Feder aufgefangenen Anker. Der
beweglich geführte Anker wird allgemein aus Weicheisen oder anderem weichmagnetischen
Stoff hergestellt. Der Ständer wird in Form eines Elektromagneten ausgebildet, dessen
Spule auf einer Kolonne des Ständers angeordnet ist. Bei der Erreichung eines vorgewählten
Stromwertes wird der Anker von dem um die Spule herum erregten saOnetSeld bewegt
und diese Bewegung ist zur Verwirklichung einer Schaltungsoperation geeignet. Das
elektromagnetische Relais darf sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom
gespeist werden. Die Genauigkeit des Ansprechens beträgt etwa 20 %, jedoch kann
sie bei den besten Ausführungen der ele u romagneti3chen Relais, d.h. bei den sog.
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Schutzrelais einen Wert 3 zM0 erreichen. Die Schutzrelais erfordern
jedoch eine sehr präzise Herstellung, eine ganz sorgfältige Auswahl der technologischen
Stoffe und deswegen sind sie relativ kostspielig. falls die große Genauigkeit des
Anprechens /z.B. zum Brandschutz, Vermögensschutz usw./ notwendig ist, ist die Anwendung
von elektronischen Steuerkreisen bei den Relais auch bekannt. Diejenigen Lösungen
weisen jedoch wegen
der Notwendigkeit der Anpassung der Stromkreise
von verschiedenen Stromstärken die bekannten Nachteile auf, und sind in vielen Fällen
zu kostspielig.
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Das wichtigtigste Kennzeichen der polarisierten Relais besteht in
dem Ansprechen beim Durchfließen eines Stroms.
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Das Ansprechen wird vom Strom hervorgerufen und nicht von der Einführung
eines Stroms von bestimmter Stärke. Der Grundtyp des polarisierten Relais weist
einen beweglichen Anker und einen Ständer auf, davon ein in Form eines Elektromagneten
und der andere aus einem hartmagnetischen Stoff /z.E.
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als ein Dauermagnet/ ausgebildet ist. Der Anker ist zwischen den nördlichen
und südlichen Polen des magnetischen Ständers angeordnet. Der Ständer oder der Anker
wird mit einem Gleichstrom von bestimmtem Wert erregt /ein mit Wechselstrom gespeistes
polarisiertes Relais kann nicht zu den Schutzaufgaben angewendet werden; ein Beispiel
desjenigen Relais bildet die elektrische Klingel/. Im Ruhestand des Relais paßt
sich der Anker einem der Pole an. Bei Anwesenheit eines Stroms wird die Polarität
der mit Gleichstrom erregten Pole verwechselt, deswegen ändert der Anker seine Position
und bewegt sich in Richtung des anderen Pols. Diese Bewegung kann auch zur Lösung
von Schaltungsaufgaben ausgenutzt werden.
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Die Federaufstützung des Ankers stellt zur Regelung des Stromwertes
des Ansprechens eine bekannte Lösung dar, jedoch ist die derartige Regelung nur
geringfähig genau, da die Anwendung der Feder die gut bekannten Probleme aufwirft.
Balls die genaue Regulierbarkeit erwünscht ist, sollen die Bestandteile des Relais
mit großer Sorgfältigkeit, bei hoher
Gensuigkeit der Bearbeitung
hergestellt werden.
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Einen der schon kaum angewendeten Typen der polarisierten Relais
bildet das Relais von Typ TR/S 43 der Fa. Siemens AG. Dieses irgendeinmal in der
Telegraphentechnik stark verbreitete Relais stammt eigentlich vom Zusatnmenbau von
zwei polarisierten Relais. Bei seinem Grundtyp sind die zwei Elektromagneten derart
angeordnet, daß die nördlichen und süalichen Pole der Slektromagneten beim Durchfließen
eines Stroms einander gegenüber liegen. Zwischen den zwei Elektromagneten befindet
sich ein platter permanenter Magnet, der längs einer zu einer die südlichen und
nördlichen Pole eines Elektromagneten bindenden Linie parallelen oder annähernd
parallelen Ebene polarisiert ist. Im Ruhestand des Relais sowie nach ihrem Ansprechen
eürt sich der Anker mit einem der Pole, um die Verminderung der Streuung des magnetischen
Flusses erreichen zu können. Beim Durchfließen eines Stroms wird der Anker wegen
der Verwechselung der magnetischen Kräfte bewegt. Das dargestellte Relais könnte
ein ganz zuverlässiges Ansprechen gewährleisten, wenn die Streuung des magnetischen
Flusses so stark störende Einwirkung nicht ausüben würde. Demzufolge ist heute dieser
Typ der polarisierten Relais geringfähig verbreitet.
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Die gemeinsamen Kennzeichen der beschriebenen Relais können derart
zusammengefaßt werden, daß geschlossene Magnetkreise zur möglichst maximalen Verminderung
der Streuung des metnetischen Flusses angewendet werden und das Ansprechen durch
Erregung oder des Blektromagneten oder des Ankers mittels zwischen diesen zwei Elementen
stattfindender Wechselwirkung
erreicht wird. Zwecks Verminderung
der Streuung werden die Kraftlinien des magnetischen Feldes in den Elementen des
Magnetkreises geführt.
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Sin weiteres gemeinsames Kennzeichen besteht im unbefriedlichen Wert
des Rückgangsverhältnisses der beschriebenen Relais. Es wäre erwanscht, daß bei
der Verminderung des Stroms unter den Ansprechwert das Relais wunschgemäß sehr schnell
zur Ruhestelle zurückkehren tonne, um die vor der Einschaltung existierende Stelle
erneut ZU erreichen. Das Rückgangverhältnis dar Relais kann höchstens den Wert 80
% und zwar lediglich bei den speziell projektierten, zweckmäßig aufgebauten und
hergestellten Schutzrelais erreichen.
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Bei anderen Reluis bleibt das Rückgangverhältnis bei einem bedeutend
niedrigeren Wert. Die obere Grenze, obwohl es sich ti wäre, kann nicht weiters verbessert
werden.
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Mit Anwendung von elektronischen Schaltungen können viele Kennzeichen
der Relais relativ leicht verbessert werden, jedoch ist diese in vielen Fallen vorteilige
Lösung wegen der Notwendigkeit der anpassung des Relais und der elektronischen Stronikreise
zueinander relativ kostspielig. Weiters, besonders bei den Starkstromanlagen wirft
die Sicherung des zuverlässigen Betriebs, der Störschutz der Schwachstromeinheiten
viele Schwierigkeiten auf.
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Der Erfindung liegt die Aug be zugrunde, die obenerwähnten Machteile
zu beseitigen und derart einen magnetomechanischen U;1iwandler zu schaffen, der
bei in einem breiten Wertbereich wohl bestimmbaren und leicht regelbaren Wert des
Erregerstromes den Aufbau von Relais von hoher Empfindlichkeit,
von
hohem Rückgangverhältnis und von niedriger Störempfindlichkeit ermöglicht. Eine
weitere Aufgabe besteht darin, daß ein Relais zu schaffen ist, das bei den obigen
Vorteilen nötigenfalls auf einer Welle des Ankers oder des ganzen Umwandlers ein
hohes Anlassungsmoment gewahrleisten kann.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Gegensatz zu zur
Zeit herkömmlichen Lösungen, zu den zwischen den Fachmännern herrschenden Vormeinungen
ein sehr genaues Relais oder 3chaltgerat von hoher Effektivität auf Grund eines
derartigen magnetomechanischen Umwandlers aufgebaut werden kann, bei dem die gleichnamigen
Pole zweier Magneten einander gegenüber angeordnet sind und aufeinander wirken können.
Demzufolge ist der magnetische Kreis nicht in seinen 3estandteilen geschlossen.
rin wichtiges Element der Erfindung bildet der Anker, der aus weichmagnetischem
Stoff /von großer magnetischer Remanenz/ ausebildet worden ist. Eine weitere Er-II
kenntnis besteht darin, daß der Anker auch durch Anderung der den einander gegenüber
liegenden Magnet polen zugeordneten magnetischen Feldintensitäten bewegt werden
kann. Wenn der Anker naher einem Pol angeordnet, und das Magnetfeld herum des zweiten,
gegenüberliegenden Pols vergrößert wird, bei einer bestimxiten Feldintensität uuilagert
die magnetische Struktur des we chmaOnetischen Ankerstoffes, und deswegen läßt sich
der Anker unter abstossender Einwirkung des ersten Pols und unter ziehender einwirkung
des zweiten rasch zum zweiten Pol an. Da der «eichmagnetische Stoff rasch und praktisch
beliebigemal unmagnetisiert werden kann, ist die Anzahl der
Lageanderungen
des Ankers eigentlich kaum begrenzt.
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Auf Grund der eßigen erkenntnis wurde zur Lösung der gestellten Aufgabe
ein magnetomechanischer Umwandler bearbeitet, de mindestens einen Anker, eine Magneten
enthaltende Einheit zur Generi-rang eines veranderbaren Magnetfeldes sowie ene Ausrüstung
zur Veränderunt der Intensität des generieten Magnetfeldes aufweist, wooei der Anker
und die Generierungseinheit relativ zueinander begrenzt beweglich sind, und erfindungsgemäß
eine ebene Zahl, mindestens zwei der Magneten in einander gegenüber wirkenden und
außerhalb der Magneten schließenden Magnetkreisen angeordnet sind, daß der Anker
zwischen den Magneten sich befindet und aus einem unerregten weichmagnetischen Stoff
von höher als 1,2 relativer magnetischer Permeabilitat ausgebildet ist. Zur Generierungseinheit
sind in Form von Dauermagneten, von mit Spulen versehenen Weicheisenkernen und Dauermagneten
ausgebildete Magneten vorgesehen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemä-Ben magnetomechanischen
Umwandlers ist ein nachgiebiges Element mit d Anker oder mit der Einheit zur Generierung,
eines Magnetfeldes gebunden, dessen Ruhelage der Ruhelage des Ankers entspricht.
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sei einer weiteren vorteiligen Ausführung des vorgeschlagenen magnetomechanischen
Umwandlers sind mindestens zwei der Magneten paarweise so angeordnet, daß mindestens
ein von ihnen gleichnamigen Pole einander gegenüber sich befindet.
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Eine andere vorteilhafte Lösung des erfindungsgemäßen magnetomechanischen
Umwandlers besteht darin, daß einen Anschlag
zur Begrenzung der
relativen bewegung des Ankers und der Einheit zur Generierung aufweist, der zweckmäßig
von regelbarer Lage ist.
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Der Anker kann zweckmäßig sowohl aus ferromagnetischem als auch aus
ferrimagnetischem Stoff hergestellt werden.
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Bei einer besonders vorteiligen Ausführung des erfindungsgemäßen
magnetomechanischen Umwandlers sind mindestens zuei der Magneten auf einer Kreislinie
angeordnet und zumindest ein davon ist auf der Kreis linie beweglich geführt.
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Die relative Bewegung des Ankers und der das Magnetfeld generierenden
Einheit erfindungsgemäßen Umwandlers läßt sich bei einem wohl bestimmten, wohl reproduzierbaren
und wohl regulierbaren Wert des Stromes anfangen. Nötigenfalls kann das Zurückkehren
des Ankers bei einem anderen wohl bestimmten oder ffast bei dem selben Wert, d.h.
bei einem praktisch 100 %-igen Rückgangverhältnis hervorgerufen werden. Der Umwandler
ermöglicht den Bau auch eines Relais, das bei der Erreichung des bestimmets Stromwertes
genau, empfindlich und bei einem nonen Anlaß ungsmoment reagiert. Der hohe Wert
des Momentes ermöglicht die Ausbildung eines Relais, das auf einer Welle eine mechanische
Schaltungsvorrichtung unmittelbar betätigen kann. Im Vergleich zu den bekannten
Lösungen ist der erfindungsgemäße magnetomechanische Umwandler von wesentlich einfacherer
Konstruktion, und sie kann mit relativ kleinen Auslaugen realislert werden. Der
Umwandler kann sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom gespeist werden
und arbeitet zuverlässig bei den Veränderungen der räumlichen Stelle.
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Der erfindungsgemäße magnetomechanische Umwandler wird anhand der
in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele näher erlautewt. Es zeigen: Fig.
1 die Darstellung des Betätigungsprinzips des erfindungsgemäßen magnetomechanischen
Umwandlers; Fig. 2 das Schema eines von einem äußeren Fühler, zwei Beispiel von
einem Temperaturfühler betätigten Relais; Fig. 3 das schema eines zwecks Stromegrenzung
bearbeiteten tnwandlers; Fig. 4 ein Zeitdiagramm de Arbeit von verschiedlichen magnetomechanischen
Umwandlern; Fig. 5 den Querschnitt A-A eines mit einem magnetischen Neeinschluß
versehenen und auf Fig. 6 dargestellten Umwandlers; Fig. 6 das Schema eines mit
einem magnetischen Nebenschluß versehenen Umwandlers; Fig. 7 das Schema eines strombegrenzenden
Relais, das mit vier syniraetrisch angeordneten magnetischen Kreisen ausgebildet
ist; Pig. 8 das Schema eines mit zwei äußeren Fühlern versehenen Relais, das in
einer Differenzialschaltung ausbebildet Ist; Fig. 9 das Schema eines mit einen Dauermagneten
und mit einem eine Spule tragenden Weicheisenkern versehenen Umwandlers, und Fig.
10 das Schema eines mit längs einer Kreislinie angeordneten beweglichen und fixgebauten
Megneten versehenen Umwandlers. -
Das Prinzip des Aufbaus des erfindungsgemäßen
magnetomechanischen Umwandler und das Wesen seiner Arbeit kann auf der Fig. 1 erklärt
werden. Zwei gleichnamige, gezeichnete durch ii Pole 28, 29 einer Einheit zur Generierung
eines veranderbaren Magnetfeldes sind einander gegenüber angeordnet, und mit einecll
Zwischenraum abgetrennt. In dem Zwischenraum befindet sich ein Anker 31, der in
der Ruhelage des Umwandlers näher einem er Pole e 2£, 29 dient. In dieser Lage ist
des Magnetfeld mit einer Nullinie 30 zu kennzeichnen, die in der Mitte des Zwischenraume
den Nullwert der Magnnetfelder der Magneten darstellt. Zumindest ein der Magneten
soll zur Generierung eines veränderbaren Magnetfeldes geeignet werden.
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In der kukelage ist der anker 31 näher dem Pol 28 angeordnet, wo er
wesentlich mit Polarität S gekennzeichnet werden kann.
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Falls die Feldintensität des Pols 29 erhöht wird, verschiebt sich
die Nullinie 30 stufenfrei in Richtung des Pols 28 und bei einem bestimmten Wert
der Feldintensität wird der Anker 31 auf solche Weise ummagnetisiert, daß er sich
unter der ziehenden Einwirkung des Pols 29 befindet; die Domänenstruktur des weichmagnetischen
ankers 31 wird umgesetzt, was zur Verwechselung der Polarität der Pole N urd S des
Ankers 31 führt: Während der Umsetzung - wegen der Verschiebung der Nullinie in
Richtung des Scl. 25 - vermindert sich die ziehende Einwirkung des Pols 23 auf den
Anker 31 und bei einem wohl bestimmten Wert der Feldintensität entstehen die Lage,
wenn die ziehende und die anstossende Einwirkung gleich werden. Im nächsten Moment
bei weiterer Abänderung der magnetischen Feldintensität schlägt der Anker unter
abstossender Einwirkung
des Pols 28 und unter zienender des Pols
29 in Richtung des Pols 29 über. Der Wert der zur Überschlagung angeordneten magnetischen
Feldintensität kann genau bestimmt werden.
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Eine vo lhaft Lösung bildet die Anstützung des Ankers 31 auf einem
nachgiebigen Element, bei der die Ruhelage des nachgebiegen Elements der Ruhelage
des Ankers 31 entspricht. Die derartige Anstützung schließt die Einwirkung des nachgiebigen
Elements auf den Ansprechwert des erfindungsgemäßen magnetomechanischen Umwandlers
aus. Die Federsahl des nachgiebigen Elements soll natürlich, auf bekannte Weise
derart bestimmt werden, jimit die Überschlagung bei den gegebenen Bedingungen gemäß
den Forderungen hervorgerufen werden kann.
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Zur Verwirklichung des beschriebenen Grundprinzips ist die relative
Bewegung des Ankers 31 und der magnetischen Pole 28, 9 notwendig. Deswegen kann
auch der Anker 31 festgebaut jerden.
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Die Unterschiede der Arbeit das elektromagnetischen, des polariierten
und des mit den erfindungsgemäßen Umwandler versehenen Relais können; in Form entsprechender
Zeitdiagramme, gemäß Fig 4 analisiert werden.
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Die schematische zeitliche Abänderung des Erregerstromes ist auf
Diagramm I sichtbar. Bei dem dargestellten Erregerstrom gewährleistet das elektromagnetische
Relais gemäß Diagramm II, und das polarisierte Relais gemäß Diagramm III den logischen
Pegel 0 oder L. In diesem Falle ist bei dem elektromagnetischen Relais dar Mangel
des Stromes durch logischen
Pegel 0, der beliebige Stromwert durch
logischen Pegel L repräsentiert. Bei dem polarisierten Relais sind die nichtnegativen
Werte des Stroms durch logischen Pegel L, die negativen Werte durch logischen Pegel
0 darzustellen.
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Auf Diagramm I soll wesentlich eine durch die Ecken nicht durchgeführte
Kurve gezeichnet werden, damit die vorher analisierten Nachteile besser dargestellt
werden können.
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Bei einer Veränderung des Stromwertes gemäß Zeit diagramm IV ist
die Betätigung des vorliegenden Umwandlers gemäß Diagramm V realisiert. Der Anker
des Umwandlers bleibt in einer Ruhelage bis zur Erreichung des genauen Wertes I1
des Stromes I, nachdem schlägt er zum gegenüberliegenden Pol über und bleibt dort
bis zur Verminderung des Stromes zum Wert I2.
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Bei Erreichung des Wertes I2 kehrt der Anker sofort zurück.
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Die Werte 11 und I2 können zum Beispiel mittels entsprechende Anschläge
oder durch Veränderung des Abstands der Pole reguliert werden.
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Nachstehend stellen wir beispielsweise einige Realisierungsmöglichkeiten
der obenerwähnten relativen Bewegung dar.
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Diese Beispiele erschöpfen jedoch keineswegs die breiten Anwendungsmöglichkeiten,
die sich durch Benutzung des Prinzips des erfindungsgemäßen magnetomechanischen
Umwandlers mit herkömmlicher fachmännischer Tätigkeit ergeben können.
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3 spiel Zwecks Temperaturregelung wird ein Relais /Fig. 2/ auf Grund
des erfindungsgemäßen Umwandlers bearbeitet, das Dauermagnetes 1 und 2 aufweist.
Die mit je einer Erregerspule 3 und 4 versehenen Dauermagneten 1 und 2 sind mit
ihren gleichnämigen
Polen N einander gegenüber angeordnet. Die
Erregerspulen 3 und 4 sind auf entsprechenden Weicheisenkernen aufgewickelt, die
die Polschube der Dauermagneten 1 und 2 bilden. Die gleiche Aufwicklungsrichtung
der Erregerspulen 3 und 4 gewährleistet eine sehr effektive Veränderungsmöglichkeit
der magnnetischen Feldintensität, da bei der Erhöhung des Stromwertes die Intensität
des Magnetfeldes einer der Spulen erhöht, und die Intensität des der anderen vermindert
vard.
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Derart Ist eine empfindliche Regelung leicht zu erreichen.
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Im Zwischenraum der Pole 1 der Dauermagneten 1 und 2 ist ein beweglicher
Anker 5 angeordnet, der aus weichmagnetischem, vorteilig ferromagnetischem Stoff,
z.B. aus Weicheisen besteht, und in einer Einklemmung 6 befestigt wird. Der Anker
5 wird aus eine. nachgiebigsammen biegsamen Stoff hergestellt und liegt in der Ruhelage
näher den Pol N des Dauermagneten 1, wo er sich mit einem Anschlag 7 darauf anstützend
berührt. Did Stelle des Anschlags 7 ist mit einer Schraube regulierbar. Bei der
Srhohung der Intensität des Magnetfeldes des mit einem Anschlag 10 versehenen und
den Dauermagneten 2 sowie die Erregerspule 4 aufweisenden Magneten wird die Domänstruktur
des Ankers 5 stufenweise umgeordnet, und der Anker 5 kann sich Richtung des Dauermagneten
2 bewegen.
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Die Erregerspulen 3 und 4 sind miteinander und mit einem Fühler 8
sie it 5 einer einen Gleichstrom leistenden Stromquelle 9 in Reihe gebunden.
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Als Fühler 8 wird nach dem Beispiel ein Element von temperaturempfindlichem
Widerstand ausgenutzt, das in dem
zu kontrollierenden Raum angeordnet
ist. Bei der Erhöhung der Temperatur stellt das Element einen-sich vermindernden
Widerstand dar, demzufolge erhöht sich sowohl die Stromstarke als auch die Intensität
des Magnetfeldes der Erregerspulen 3 und 4. Die erhöhte Intensität des Magnetfeldes
der Erregerspule 3 führt zur Verminderung der ziehenden Einwirkung des Dauermagneten
1, inzwischen ruft die Erregerspule 4 die Erhöhung der Intensität des Eagnetfeldes
des Dauermagneten 2 hervor. Bei einem gut bestimmten Wert des Stromes, d.h. bei
einer bestimmten Temperatur bewirkt die Erhöhung der Intensität des Magnetfeldes
des aus dem Dauermagneten 2 und aus der Erregerspule 4 bestehenden Magneten eine
derartige Umordnung der Domänenstruktur des Ankers 5, daß er unter der ziehenden
Einwirkung des erwähnten Magneten seine Stelle verändert und zum Anschlag 10 überschlägt.
Bei der Verminderung der Temperatur läuft der verkehrte Prozeß ab.
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Die Bedingungen des Ansprechens und der Rückkehr können sehr leicht
geregelt werden, wenn Anschläge von regelbaren Vorsprungen angewendet werden; der
Temperaturwert der Uberschlagung /d.h. des Ansprechens/ kann mit dem Anschlag 7,
und der GemlJeraturwert der Zurückkehr /zur Ruhelage/ mit dem Anschlag 10 eingestellt
werden.
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Das Relais kann auf gewöhnliche Weise mit einer vom Anker betätigten
Schaltungsanordnung gekoppelt werden.
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Beispiel 2 Ein strombegrenzendes Relais /Fig. 3/ wurde auf Grund eines
magnetomechanischen Umwandlers bearbeitet, der zwei Weicheisenkerne 11 und 12 aufweist.
Auf den Weicheisenkernen
11 und 12 sind Erregerspulen 13 und 14
mit verschiedenen Windungszahlen ausgebildet. Die Erregerspulen 13 und 14 sind auf
solche Weise gewickelt und mit Anschlußklemmen 18 so gekoppelt, um die gleichnamige
Polarität der gegenüber einander liegenden Pole N und/oder S zu sichern. Zv:ischen
den Vleicheisenkernen 11 und 12 ist ein Serromagnetischer Anker 15 angeordnet, der
um eine Welle 16 verdrehbar ist. Die Welle 16 ist mit einer Feder 17 gekoppelt,
die vorzüglich von schwacher Federkraft ist und in der Anfangslage so vorgespannt
wird, daß der Anker 15 sich mit dem Anschlag 7 von regulierbarer Länge berührt,
jedoch von ihm nicht aufgestützt wird.
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Die Erregerspulen 13 und 14 sind miteinander und mit dem durch die
Anschlußklemmen 18 beobachteten Stromkreis in Reihe geschaltet. In dieser Anordnung
wird die präzise und genaue Regulierbarkeit des Rückgangsverhältnisses gewährleistet
und die Pederhärte günstig ausgenutzt.
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Bei der Erhöhung der beobachteten Stromintensität infolge der verschiedenen
Windungszahlen erhöht die Intensität des von der Erregerspule 14 generierten Magnetfeldes
schneller, als die des von der Erregerspule 13 generierten.
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Bei einem mit dem Anschlag 7 gut bestimmbaren Stromwert schlägt der
Anker 15 in die Richtung des Weicheisenkerns 14 über, und diese Bewegung kann zu
einer mechanischen oder elektrischen Schaltung auf gewöhnliche Weise angewendet
werden.
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Beispiel 3 Die Weicheisenkerne 11 und 12 sind mit Erregerspulen 19
und 20 ähnlich wie bei dem Beispiel 2 versehen. Die Erregerspulen
19
und 20 haben eine gleiche Windungszahl und sind miteinander in Reihe geschaltet.
Zwischen den Polen N des Weicheisenkerns 11 und S des Weicheisenkerns 12 wird ein
Anker 22 und ein magnetischer Nebenschluß 21 angeordnet. Der Anker 22 ist um die
Welle 16 verdrehbar und wird mit der Feder 17 aufgestützt. Der magnetische Nebenschluß
21 /Fig. 5 und 6/ ist ein halbkreisförmiges Element, das schraubenförmig gebogen
ist und vorteilig auf einer Welle 23 aufgefangen wird, herum deren verdrehbar ist.
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Durch die Anschlußklemmen 18 kann ein äußerer Stromkreis mit den
Erregerspulen 19 und 20 in Reihe geschaltet werden.
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In der Ruhelage, und bei der Erhöhung der Erregung übt der magnetische
Nebenschluß 21 ziehende Einwirkung auf den Anker 22 aus.
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Bei einem gut b.estimmten Wert der Erregung /d. h. des Erregerstromes/
wird die Domänenstruktur zwischen den beiden gleichnamigen Polen der Weicheisenkerne
11, 12 diagonal eingestellten Nebenschlußes /21/ und unter abstossender Einwirkung
des Nebenschlußes 21 wird der Anker 22 in Veränderung seiner Lage bezwungen. Die
Regulterung des Ansprechwertes des Umwandlers wird durch Abänderung der Größe wad
der Lage des Nebenschlußes 21 ermöglicht. Der Nebenschluß 21 dient zur Abschirmung
des Magnetfeldes der Weicheisenkerne 11, 12 und derart zur Sicherung von verschiedlichen
Kraftverhältnissen zwischen den gleiche Magnetfelder erregende Einheiten.
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Beiel 4 i.it Hilfe von vier .Veicheisenkernen 11, 12, 111, 112 und
von vier auf diesen Weicheisenkernen paarweise mit verschiedenen
Windungszahlen
wertereinteten Erregerspulen 13, 14, 113 /Fig. 7/ wird ein stiftbegrenzendes Relais
vorbereitet. Der Anker 22 ist auf Welle 16 angeordnet, die sich zwischen den Weicheisankernen
11, 12, 111, 112 in der Mitte des Umwandlers befindet. Der Anker wird auf der schwachen
Feder 17 aufgestützt. Die zum Anker 22 näheren Erregerspulen 13, 113 sind mit gleicher
Windungszahl vorbereitet, und die weiteren Erregerspulen 14, 114 auch.
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In ruhelage wird der Anker 22 auf ähnliche Weise auf der Feder 17
sowie auf den Anschlag 7 aufgestützt, wie bei Beispiel 2. Bei Erhöhung des durch
die Anschlußklemmen 18 eingeführten Erregerstromes, bei Erreichung eines bestimmten
Stromweetes verändert der Anker 22 seine Lage und er schlägt zum Anschlag 10 über,
Beispiel 5 Ein Relais mit einer Differenzialschaltung /Fig. 8/ wird konstruiert
zur Signalisierung der Erreichung von bestimmten Werten von ausgewählten Parametern
wie die Temperatur, die Lichtintensität usw. Die Weicheisenkerne 11 und 12 sind
mit gleichen Erregerspulen 24 und 25 Erzeugung einer Grunderregung sowie 26 und
27 zur Erzeugung einer Arbeitsregung versehen. Die Erregerspulen 26 und 27 sind
miteinander und mit den Fühlern 8 und 81 in Reine geschaltet. Die Erregerspulen
26 und 27 sind über die Fühler 8 und 81 mit der Stromquelle 9 gebunden. Der Anker
15 bewegt sich zwischen den Anschlägen 7 und 10 unter der Einwirkung des Magnetfeldes,
die vom in den Erregerspulen fließenden Strom generiert wird.
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Beispiel 6 Ein Relais wird zur Beobachtung eines Spannungspegels bearbeitet.
Das Relais wird mit einem magnetomechanischen Umwandler /Fig. 9/ versehen, das einen
Dauermagneten l und einen mit einer Erregerspule 14 versehenen Weicheisenkern 12
enthält. Der in der Erregerspule 14 fließende Strom hat eine zur kontrollierenden
Spannung proportionelle Intensität, die bei einem gut bestimmten Wert zur Veränderung
der Lage des auf dem Anschlag 7 aufgestützten Ankers 15 führt.
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Beispiel 7 Ein Relais wird zur Durchführung mechanischer Schaltung
mit großem Komentenverbrauch auf Grund des erfindungsgemäßen magnetomechanischen
Umwandlers /Fig. 10/ bearbeitet. Das Relais enthält bewegliche und fixgebaute Magneten,
die längs einer Kreis linie angeordnet sind. Die beweglichen Magneten 33, 35 können
mit einer zentrisch angeordneten Welle gebunden werden. Zwischen einem beweglichen
Magneten 33, 35 und einem Fixmagneten 34, 36 ist ein Anker 31 und/oder 32 vorhanden,
der vorzüglich verstellbar ist. Bei der Erhöhung des Stromwertes, nach der Ummagnetisierung
des Ankers 31 /der Anker 31, 32/ bewegen sich die beweglichen Magneten in Richtung
des Ankers, und diese Bewegung wird mit einem großen Moment realisiert, das mittels
einer Welle oder längs der Kreislinie zu mechanischen Schaltoperationen ausgenutzt
werden kann.
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Die wichtigsten Vorteile des erfindUngsgemäßen Umwandlers können
auf nachfolgende Weise zusammengefaßt werden; Bei einem gut bestimmten Wert des
Erregerstromes ändern die Elemente des Umwandlers ihre relative Lage und dieser
Wert
kann sowohl zum Ansprechen, sie auch bei der Rückkehr sehr genau reguliert werden.
Bei Erreichung des bestimmten Ansprechwertes wird eine Bewegung empfindlich, mit
großem Anlassungsmoment realisiert, die nicht nur zum Schließen oder Öffnen von
Kontakten geeignet ist, sondern auch mechanische Krafttransmission ermöglicht ist
. Der erfindungsgemäße magnetomechanische Umwandler macht den Aufbau von mehr einfacheren
und billigeren Relais, als die bekannten erreichbar. Diese Relais können einfach,
mit traditioneller Ausrüstung hergestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Umwandler arbeitet in einem sehr breiten Bereich
der Parameter, von den mA, mV Werten bis zu den kA, kV Werten. Der Umwandler kann
sowohl mit Gleichstrom, als auch mit Wechselstrom von beliebiger Frequenz betätigt
werden. Das mit dem erfindungsgemäßen Umwandler versehene Relais kann in beliebiger
räumlicher Stelle arbeiten.
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Die den erfindungsgemäßen magnetomechanischen Umwandler enthaltenden
Relais können vorteilig in allen Bereichen ausgenutzt werden, worin zur Zeit die
mit Regulierungseinheiten, mit speziellen Stromkreisen versehenen Relais angewandet
wurden. Beispielsweise wird auf einige Anwendungsmöglichkeiten hingewiesen: -als
Primärrelais in elektrischen Kraftübertragungsnetzen, bei den die Schutzaufgabe
mit Genauigkeit der spezialisierten Meßvorrichtungen realisiert werden können; -als
Grenzwertdetektoren in sicherheitstechnischen Geräten, bei den /wie in Bergbaumwerken,
in Kunststoffbetrieben, in der chemischen Industrie, in geschlossenen Arbeitsräumen
usw./
die genaue und zuverlässige Anzeige des Grenzwertes benötigt ist; -- bei Schutzvorrichtungen;
-- bei Signalisierungseinheiten zur Anzeige des Überschreitens einer gegebenen Drehzahl;
-- als Sicherung bei den Relais von großer Geschwindigkeit und Genauigkeit der Schaltung;
-- bei den Walzwerken zur Anzeige der unzulässigen Abänderungen der Blechdicke;
-- bei der Eisenbahntechnik z. B. in Blockanlagen; -- bei selbständigen Löschanlagen;
-- bei der Photometrie; -- zur Sortierung der Kugel bei der Kugellagerherstellung;
-- bei SchutzsYstemen von Kränen; -- bei Aufzügen zur Steuerungssystemen von Aufzügen
usw.