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Polarisiertes Drehankerrelais
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Die Erfindung bezieht sich auf ein polarisiertes elektromagnetisches
Drehankerrelais mit einer Erregerspule und einem im Spulenkörper fest angeordneten
Kern, dessen freie Enden beiderseits aus dem Spulenkörper austreten sowie mit einer
Dauermagnetanordnung, die zwei parallel angeordnete ferromagnetische Stege mit mindestens
einem dazwischenliegenden Dauermagneten umfaßt, wobei die paarweise einander gegenüberstehenden
freien Enden der Dauermagnetanordnung Arbeitsluftspalte bilden, in denen Jeweils
ein freies Endes des Spulenkerns angeordnet ist, und wobei entweder die Erregerspule
oder die Dauermagnetanordnung eine mit dem Gehäuse verbundene feststehende Magnetanordnung
und der jeweils andere Teil enen reanker blldet' dessen Drehachse auf einer zur
die Sculenachse gehenden Ebene senkrecht steht.
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Polarisierte Drehankerrelais sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. Dabei ist üblicherweise die Dauermagnetanordnung H-förmig aus zwei ferromagnetischen
Stegen mit einem oder mehreren zwischenliegenden Dauermagneten ausgebildet (z.B.
DE-PS 970 234). Die paarweise freien Enden der ferromagnetischen Ste.e rasen dosen
jeweils die freien Ende des SLU1enke-nS, wobei je nach Schaltstel-Lung jeweils zwei
diagonal gegenüberliegende Stegende der Dauermagnetanordnung am Spulenkern zur Anlage
kommen.
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Da es nur auf die Relativbewegung zwischen Dauermagnetanordnung und
Spule ankommt, kann anstelle des sogenannten H-Ankers auch ein sogenanntes H-Joch
verwendet werden, wobei dann die Spule mit dem durch ihre Achse verlaufenden Kern
als beweglicher Anker dient. Derartige polarisierte Drehankersysteme sind sehr empfindlich
und können
mit relativ kurzen Impulsen erregt werden, so daß sie
auch beispielsweise von Mikroprozessoren angesteuert werden können. Diese Magnetsysteme
werden jedoch bislang nur für Relais verwendet, bei denen einzelne Kontaktfedern
mehr oder weniger unmittelbar neben dem Anker angeordnet und durch diesen betätigt
werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs erwähnten Art
so weiterzubilden, daß auch Starkstromkontakte mit hohen Anforderungen an die Isolierung
zwischen den einzelnen Kontakten und zwischen den Kontakten und dem Magnetsystem
erfüllt werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am Anker ein
senkrecht zu seiner Drehachse sich erstreckender Hebel vorgesehen ist, der mit seinem
freien Ende mit einem eine BrUckenkonfiaktanordnung betätigenden4 linear erstell5aren
Schieber in Elngrlfl ist.
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Beim erfindungsgemäßen Relais wird also die Drehbewegung des Ankers
über den Hebel in eine Transversalbewegung des Schiebers umgesetzt, wodurch die
Vorteile des bistabilen polarisierten Magnetsystems auch für Starkstromkontakte
mit einem Schieber, der gegebenenfalls Kontaktbrücken trägt, nutzbar gemacht werden.
Ein solches Relais kann mit wenigen einfachen Teilen aufgebaut sein und in Stecktechnik
sontier' werden.
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ZweckmälB gerweise ist der Grundkörper im wesentlicnen wannenförmig
ausgebildet, wobei im Boden feststehende Kontakt elemente verankert sind und wobei
der Grundkörper eine Führung für den Schieber, Auflager für die feststehende Magnetanordnung
sowie Lagerböcke für den Drehanker besitzt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktanordnung
mit Brückenkontakten ausgestattet ist, deren bewegliche Kontaktbrücken auf dem Schieber
angeordnet und
mittels Federn in Betätigungsrichtung vorgespannt
sind.
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Zweckmäßigerweise besitzt der Schieber außerdem eine Ausnehmung, in
die der Betätigungshebel des Ankers eingreift.
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Ein günstiger Aufbau des Relais und eine gute Raumausnutzung ergibt
sich dann, wenn die Kontaktanordnung unmittelbar über dem Boden des wannenförmigen
Grundkörpers liegt und über der Kontaktanordnung die Erregerspule und die Dauermagnetanordnung
nebeneinander so angeordnet sind, daß in Mittellage des Ankers sowohl der Spulenkern
als auch die ferromagnetischen Stege etwa parallel zur Grundebene liegen und der
Betätigungshebel senkrecht zur Grundebene steht.
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Der Anker ist zweckmäßigerweise über beiderseits vorstehende Lagerzapfen
in nach oben offenen Lagerschalen des Grundkörpers gelagert und durch Gegenlager
eines auf dem Grundkörper aufgesetzten Deckels gesichert. In einer zweckmäßigen
Ausführungsform der Erfindung bildet die Spule mit dem Kern den Anker, wobei der
Spulenkörper zwei in Axialrichtung gegeneinander versetzte Wicklungen trägt und
zwischen beiden Wicklungen zwei einander entgegengesetzte, in Radialrichtung angeformte
Lagerzapfen besitzt.
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In Weiterbildung kann am Spulenkörper zusätzlich auch der Betätigungshebel
ebenfalls in Radialrichtung, jedoch senkrecht zu den Lagerzapfen angeformt sein.
Die beiden ferromagnetischen Stege der Dauermagnetanordnung sind in diesem Fall
zweckmäßigerweise U-förmig ausgebildet, wobei sie mit ihren freien Sncen jeweils
an entsprechenden Auflagestellen des Grundkörpers befestigt sind. Der zwischen ihnen
angeordnete Dauermagnet wird dabei in einer vorteilhaften Ausführungsform mittels
an den ferromagnetischen Stegen angeformter Fixierwarzen positioniert.
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In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform bildet die Dauermagnetanordnung
den Anker, wobei die ferromagnetischen Stege und der Dauermagnet von einem isolierenden
Träger
gehalten werden, an welchem im Mittelbereich jeweils entgegengesetzt vorstehende
Lagerzapfen sowie ein dazu senkrecht vorstehender Betätigungshebel angeformt sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 ein erfindungsgemäßes Relais mit
einer als Anker ausgebildeten Spule in zwei teilweise geschnittenen Ansichten, Fig.
3 und 4 einen Grundkörper in zwei Ansichten, Fig. 5 und 6 einen Schieber mit Kontaktbrücken
in zwei Ansichten, Fig. 7 einen ferromagnetischen Steg (Joch) für ein Relais nach
Fig. 1, Fig. 8 bis 10 den Anker nach Fig. 1 in drei Ansichten, Fig.11 und 12 eine
andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais mit einem dauermagnetischen
Anker in zwei Ansichten, Fig.13 und 14 den Spulenkörper für das Relais nach Fig.
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11 in zwei Ansichten.
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Das Relais nach den Fig. 1 und 2 besitzt einen Grundkörper 1, der
zusammen mit einer übergestülpten Kappe 2 ein Gehäuse bildet. Im Grundkörper 1 sind
feststehende Kontaktelemente 3 und 4 jeweils paarweise nebeneinander in Durchbrüche
5 bzw. 6 eingesteckt und verankert, beispielsweise durch verdrallte Lappen 7. Im
Inneren des Grundkörpers stützen sich die Kontaktelemente 7 bzw. 4 jeweils an angeformten
Rippen 8 des Grundkörpers ab.
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Zwischen den jeweils paarweise angeordneten Kontaktelementen 3 und
4 ist ein aus Isolierstoff bestehender Schieber 9 angeordnet, der in seiner Längsrichtung
verschieblich im Grundkörper gelagert ist und in Ausnehmungen 10 bzw. 11 jeweils
Kontaktbrücken 12 bzw. 13 trägt, mittels
derer bei Betätigung des
Relais die zusammengehörigen Paare an Kontaktelementen 3 bzw. 4 elektrisch leitend
überbrückt werden können. Mittels Schraubenfedern 14 bzw. 15 sind die Kontaktbrücken
12 und 13 in Betätigungsrichtung vorgespannt. Sobald also die Kontaktbrücken 12
bzw. 13 mit ihren entsprechenden Kontaktelementen 3 bzw. 4 in Berührung kommen und
der Schieber sich weiter bewegt, wird der Kontaktdruck durch die Federn 14 bzw.
15 erzeugt.
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Die Schaltbewegung wird durch einen Drehanker 16 erzeugt, der über
zwei seitliche Lagerzapfen 17 und 18 um eine waagrechte Achse schwenkbar gelagert
ist und über einen zur Lagerachse senkrechten Hebel 19 in eine Ausnehmung 20 des
Schiebers 9 eingreift. Der Anker besteht aus einem Spulenkörper 21 mit zwei Wicklungen
22 und 23 sowie einem langgestreckten Kern 24, der mit seinen freien, aus dem Spulenkörper
vorstehenden Enden 24a und 245 in den Arbeitsluf6spalten 25 und 26 Schaltbewegungen
ausführt.
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Diese Arbeitsluftspalte 25 und 26 werden durch zwei U-förmige Joche
27 und 28 gebildet, die parallel übereinander angeordnet sind und zwischen sich
einen Dauermagneten 29 einschließen. Die freien Enden 27a, 27b, 28a und 28b der
U-förmigen Joche 27 bzw. 28 liegen also jeweils paarweise übereinander und schließen
in den dadurch gebildeten Arbeitsluftspalten 25 bzw. 26 jeweils ein freies Ende
24a bzw. 24b des Kerns 24 zwischen sich ein. Der Anker hat zwei stabile Schaltstellungen,
wobei er jeweils mit seinen freien Kernenden 24a und 24b an zwei diagonal gegenüDerliegenden
Jochenden anliegt, also in der einen Schaltstellung an den Jochenden 27a und 28a,
in der anderen Schaltstellung an den Jochenden 27b und 28b.
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In den Fig. 3 bis 10 sind Einzelteile des Relais nach Fig.
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1 und 2 dargestellt. So zeigen die Fig. 3 und 4 in zwei Ansichten
den Grundkörper 1, der in seinem Boden 1a jeweils
paarweise angeordnete
Durchbrüche 5 und 6 für die jeweils paarweise einzusetzenden Kontaktelemente 3 und
4 besitzt. Weitere Durchbrüche 30 dienen zur Aufnahme von Spulenanschlußstiften
31 (Fig. 1). In den Seitenwänden sind jeweils Auflagestellen 32, 33, 34 und 35 für
die Enden 27a, 27b, 28a und 28b der beiden U-förmigen Joche 27 und 28 vorgesehen.
Außerdem ist im Inneren des Grundkörpers eine weitere Auflagefläche 35dafür den
Mittelteil des unteren Joches 28 eingeformt. Zwei nach oben offene Lagerschalen
36 und 37 sind in der einen Seitenwand 1b bzw in einem Lagerbock 38 des Grundkörpers
zur Aufnahme der Lagerzapfen 17 und 18 des Ankers eingeformt.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen in zwei Ansichten den Schieber 9.
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Er besteht aus Isolierstoff und besitzt in der Mitte eine Längsrippe
9a, welche die jeweils zusammengehörigen Kontaktelementpaare 3 bzw. 4 voneinander
isoliert und mit ihrem unteren Ende Ob auf den Boden des Grundkörpers 1 gleitet.
Senkrecht zum Mittelteil 9a sind Querrippen 9c angeformt, welche das Kontaktelementpaar
3 vom Kontaktelementpaar 4 isolieren. Nach oben hin ist eine Abschlußwand 9d als
Isolierung gegenüber dem Magnetsystem vorgesehen. In den Fenstern 10 und 11 sind,
wie bereits erwähnt, die Kontaktbrücken 12 und 13 angeordnet und durch die Federn
14 und 15 jeweils in Betätigungsrichtung vorgespannt. Die Kontaktbrücken sind an
ihren Kontaktstellen jeweils mit einer Kontakt auflage 12a bzw. 13a versehen.
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Für den Eingriff des Betätigungshebels ist außerdem im Schieber 9
eine Ausnehmung 20 eingeformt.
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Fig. 7 zeigt die Form der Joche 27 und 28. Wie erwähnt, sind diese
Joche jeweils U-förmig ausgebildet. Sie sind beide in ihrer Form identisch, jedoch
seitenverkehrt übereinander montiert (Fig. 1). Um eine einfache Montage und sichere
Auflage für die Joche zu ermöglichen, sind die freien Enden 27a, 28a bzw. 27b, 28b
nicht genau gleich
ausgebildet. So ist der Schenkel 27a, 28a etwas
länger ausgebildet, während demgegenüber der Schenkel 27b, 28b eine seitliche Verbreiterung
besitzt. Dadurch können bei seitenverkehrter Montage für jeden Jochschenkel im Grundkörper
Auflageflächen vorgesehen werden, ohne daß komplizierte Hinterschneidungen notwendig
sind. Die Joche 27 und 28 besitzen außerdem Einprägungen 39, die an der in Fig.
7 nicht sichtbaren Seite als vorstehende Warzen erscheinen und zur Positionierung
des Dauermagneten 29 dienen. Die Montage der Joche wird später noch erläutert.
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In den Fig. 8 bis 10 ist in drei Ansichten der Anker 16 aus Fig. 1
detailliert dargestellt. Der Spulenkörper 21 trägt die beiden Wicklungen 22 und
23, während in Axialrichtung der Kern 24 entweder bei der Herstellung des.
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Spulenkörpers durch Einbetten oder durch nachträgliches Einstecken
befestigt ist. Der Kern ist als verhältnismäßig breites Blech ausgebildet, so daß
sich eine flache Spulenform ergibt, wodurch die Bauhöhe des Relais insgesamt niedrig
gehalten werden kann. Zwischen den beiden Wicklungen 22 und 23 ist der Mittelteil
21a des Spulenkörpers mit seitlich angeformten Lagerzapfen 17 und 18 versehen, während
senkrecht dazu der Betätigungshebel 19 ebenfalls einstückig angeformt ist. Dieser
Betätigungspimpel 19 ist an seinem freien Ende 19a ballenförmig nach außen gerundet,
so daß er den Schieber 9 in der Ausnehmung 20 jeweils nur linear berührt. Dadurch
ergibt sich eine geringe Reibung bei der Schieberbetätigung.
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Die Montage der Einzelteile ist wiederum aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen.
In den Grundkörper 1 werden zunächst die Kontaktelemente 3, 4 sowie die Spulenanschlüsse
31 eingesetzt und befestigt. Sodann wird der mit den Kontaktbrücken 12 und 13 sowie
den Andruckfedern 14 und 15 bestückte Schieber in den Grundkörper 1 eingesetzt.
Es folgt nun das Joch 28, welches mit dem freien Ende des
Schenkels
28a auf die Auflage stelle 34 und mit seinem Ende 28b auf die Auflagestelle 35 des
Grundkörpers gelegt wird. Der Mittelteil des Joches 28 ruht auf der Auflagestelle
35a. Die durch die Einprägungen 39 gebildeten Warzen stehen bei dem so montierten
Joch 28 nach oben, so daß der nunmehr aufgelegte Dauermagnet 29 zwischen diesen
Warzen fixiert wird. Auf den Dauermagneten wird dann das Joch 27 gelegt, und zwar
mit seinem Ende 27a auf die Auflagestelle 32 und mit seinem Ende 27b auf die Auflagestelle
33. Zur Befestigung der Joche sind im Grundkörper Jeweils Nasen 40 angeformt (siehe
Fig. 1), welche ein Einrasten der Jochenden an ihren jeweiligen Auflage stellen
ermöglichen.
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Vor dem Einlegen des zweiten Joches 27 wird allerdings noch der Anker
16 montiert, wobei er mit seinem Lagerzapfen 17 und 18 in die Lagerschalen 36 und
37 des Grundkörpers gelegt wird. Zur Sicherung des Ankers in der Lagerung dienen
Gegenlager 41, die an der Kappe 2 angeformt sind und nach der Montage auf dem Lagerbock
38 bzw. der Seitenwand 1b des Grundkörpers 1 aufliegen.
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Das in den Fig. 11 und 12 dargestellte Relais ist gegenüber der Fig
1 in der Weise abgewandelt, daß nunmehr ein H-förmiger Anker mit Dauermagnet verwendet
wird, während die Spule mit dem Kern fest im Gehäuse verankert ist. Der Grundkörper
51 ist weitgehend genauso aufgebaut wie der Grundkörper 1, ebenso die Kappe 52 so
wie die Kappe 2.
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Die Kontaktanordnung mit Schieber und Betätigungshebel entspricht
dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß eine weitere Erläuterung nicht
notwendig ist.
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Auf den Grundkörper wird bei diesem System die Spule 53 montiert,
die ein U-förmiges Joch 54 enthält. Die Gestaltung des Spulenkörpers 55 ist aus
den Fig. 13 und 14 zu
ersehen. Dabei trägt der eine Flansch 55a
paarweise eingebettete Wicklungsanschlüsse 56 und 57, die beim Einsetzen der Spule
in den Grundkörper 51 durch den Boden oder eine Seitenwand des Grundkörpers gesteckt
werden und gleichzeitig als Anschlußfahnen dienen. Der Spulenkörper besitzt einen
durchgehenden Schlitz 58, in welchen das U-förmige Joch 54 eingesteckt werden kann.
Anschließend wird der so bestückte Spulenkörper gewickelt und in den Grundkörper
51 eingesetzt.
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Der Anker 59 besteht aus zwei langgestreckten ferromagnetischen Blechen
60 und 61, welche zwischen sich einen Dauermagnet 62 einschließen. Der Magnet ist
zwischen den beiden Blechen polarisiert. Die magnetischen Teile des Ankers werden
von einem isolierenden Träger 63 gehalten, an den analog zum Anker 16 des vorher
beschriebenen Ausführungsbeispiels seitliche Lagerzapfen 64 und 65 sowie dazu senkrecht
ein Betätigungshebel 66 angeformt sind.
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Die Ankerbleche 60 und 61 sowie der Dauermagnet 62 können im Träger
63 durch Umspritzen oder durch Einstecken befestigt werden. Die Montage, Lagerung
und Halterung des Ankers 59 entspricht der des Ankers 16 im vorher beschriebenen
Ausführungsbeispiel, ebenso die Befestigung des U-förmigen Joches 54.
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10 Patentansprüche 14 Figuren
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