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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft ein Relais der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
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Ein derartiges Relais ist aus der US-PS 3 993 971 bekannt.
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Danach ist der Relais-Anker oder seine Ummantelung mit einer Lageröffnung
versehen, in die ein an eine Lagerplatte angeformter Lagerzapfen eingreift. Die
Lagerplatte und damit der Lagerzapfen sind hierbei durch besondere konstruktive
Maßnahmen gegenüber Polschuhen eines Magnetkerns fixiert. Die relativen Abmessungen
des Lagerzapfens und der Lagerbohrung sind so newählt, daß eine leichtgängige Ankerlagerung
erfolgt.
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Bei der Herstellung der einzelnen Bauteile sowie beim Zusammenbau
des Relais sind jedoch Fertigungstoleranzen nicht zu vermeiden. So können die Polschuhe
des Relais-Magnetkerns und die an diesen anliegenden Ankerenden beispielsweise durch
das Herstellungsverfahren oder das Material bedingte Grate oder abgerundete Kanten
aufweisen. Weiterhin ist es möglich, daß der durch die Lageröffnung und den Zapfen
vorgegebene Anker-Drehpunkt nicht vollständig mit den Punkten fluchtet, in denen
die Ankerenden an den Polschuhen anliegen. Aufgrund dieser Toleranzen treten Abweichungen
der Luftspalte zwischen Anker und Polschuhen sowie des Anlagewinkels der Ankerenden
an den Polschuhen auf.
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Dadurch ist eine Unsymmetrie der Magnetkennlinie bedingt, d.h., die
Anker-Haltekräfte und damit die Ansprechempfindlichkeit in den beiden Ankerendstellungen
stimmen nicht überein. Da ein gewisser Absolutwert der genannten Fertigungstoleranzen
für sämtliche Systeme und Baugrößen von elektromagnetischen Relais nicht zu unterschreiten
ist, wird ihr Einfluß um so größer, je kleiner der Hauptluftspalt des
Magnetkreises,
d.h. je kleiner die Abmessungen des Relais sind. Das wirkt sich besonders nachteilig
im Hinblick auf die anhaltenden Miniaturisierungsbestrebungen aus.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Relais der eingangs
genannten Art so zu gestalten, daß noch nach dem Zusammenbau eine Beeinflussung
der Magnetkennlinie durch fertigungstechnisch einfache Mittel möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die vorgesehene Verstellbarkeit der Anker-Drehachse
mittels einer drehbaren Exzentereinrichtung ermöglicht die Justierung der Magnetkennlinie
in einem einfachen Arbeitsschritt.
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Die Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 hat den Vorteil,
daß abhängig von Relaistyp und Ankerlagerung sowie Anzahl der Exzenter verschiedene
Verstellungen der Anker-Drehachse erfolgen können. Bevorzugt ist der Exzenter dabei
als Lagerhülse ausgebildet Die Weiterbildungen der Erfindung nach den Patentansprüchen
4 und 5 führen zu fertigungstechnischen Vorteilen, wie geringere Anzahl von Justageschritten
und daher kostengünstigem Zusammenbau,sowie zur Vermeidung zusätzlicher Toleranzabweichungen.
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In den Patentansprüchen 6 bis 9 sind besonders einfache und wirkungsvolle
Maßnahmen angegeben, um die zwischen der Exzentereinrichtung und ihrer Lageranordnung
auftretenden Reibungskräfte so weit zu erhöhen, daß eine selbsttätige Verstellung
der Anker-Drehachse während des Betriebs und damit eine Dejustierung der Magnetkennlinie
nicht möglich ist.
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Durch die Auslegung des erfindungsgemäßen Relais nach Anspruch 10
ist durch die Verstellung des Anker-Drehpunkts und der dadurch bedingten Veränderung
der wirksamen Pol-
flächen nicht nur eine Justierung der Magnetkennlinie,
sondern auch eine Änderung des Schaltverhaltens des Relais, d.h.
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eine Wahl zwischen mono- und bistabilem Schaltverhalten möglich.
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Die Weiterbildung der Erfindung nach Patentanspruch 11 ermöglicht
die Verstellung der Anker-Drehachse nach dem endgültigen Zusammenbau des Relais,
z.B. nach dem Aufsetzen einer Gehäusekappe, womit eine Justierung der. Magnetkennlinie
unter Berücksichtigung aller Einflußgrößen durchzuführen ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 Anker, Lagerplatte
und Kern eines elektromagnetischen Relais nach einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das fertig montierte Relais nach Fig. 1 mit zwei Ruhe-
und zwei Arbeitskontakten in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 eine grafische Darstellung
der Magnetkennlinie: Anker-Haltekraft als Funktion des Ankerweges, Fig. 4 eine Ansicht
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais im Schnitt, Fig. 5 einen
Querschnitt der Anordnung nach Fig. 4 gemäß der Linie V-V, Fig. 6 eine Ansicht einer
Exzentereinrichtung gemäß Fig. 4 (in vergrößertem Maßstab), Fig. 7 einen Teilschnitt
der Exzentereinrichtung gemäß Fig. 6 (in vergrößertem Maßstab).
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In Fig. 1 sind ein von der (nicht gezeigten) Relaisspule mannetischer,
U-förmig ausgebildeter Kern 10, eine aus Kunststoff bestehende Lagerplatte 11, auf
der der
mittels einer Exzentereinrichtung 12 drehbarer Lagerzapfen
13 angeordnet ist, sowie ein im wesentlichen H-förmigerAnker 14 mit einer Lageröffnung
15 eines gepolten, bistabilen Relais dargestellt. Nach der Montage der einzelnen
Bauteile ist die Lagerplatte 11 und damit der Lagerzapfen 13 durch Assnarunen 16
geaenüber Polschuhen 17 des Kerns 10 fixiert. Der zwischen den beiden Polschuhen
17 auf dem Lagerzapfen 13 gelagerte Anker 14 ist mit partiellen Kunststoff-Ummantelungen
18, 19 versehen, in denen zu beiden Seiten der Lageröffnung 15 je ein stabförmiger,
ferromagnetischer Abschnitt 20 ruht. Zwischen diesen beiden Abschnitten 20 sind
beiderseits der Lageröffnung 15, begrenzt durch die Kunststoff-Ummantelungen 18
und 19, Dauermagnete 21 eingesetzt. Die ferromagnetischen Abschnitte 20 verlaufen
parallel zueinander und sind so lang gewählt, daß ihre Enden 22 die Polschuhe 17
des Kerns 10 umgreifen. Ein mit einem derartigen Anker 14 versehenes gepoltes Relais
hat bistabiles Schaltverhalten, weil die gleich langen Enden 22 der ferromagnetischen
Abschnitte 20 gleich große wirksame Polflächen an den Polschuhen 17 des Magnetkerns
10 überdecken. Der Anker 14 beharrt somit nach erfolgter Erregung, infolge der von
ihm ausgehenden dauermagnetischen Anziehungskraft, in der zuletzt erreichten Schaltstellung.
Eine Bettiguno der (in Fia. 2 aezeiaten)Kontaktfedern 24 erfolgt über Ansätze 23
an den partiellen Kunststoff-Ummantelunaen 19 des Ankers.
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In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein unter Verwendung der in Fig.
1 gezeigten Bauteile zusammengesetztes Relais in einer der stabilen Anker-Endstellungen
gezeigt, in der zwei der Kontakte 25 geschlossen und zwei geöffnet sind. In beiden
stabilen Anker-Endstellungen liegt der Anker 14 mit den Ankerenden 22 an den Polschuhen
17 des Magnetkerns an. Im Idealfall schneidet in jeder der beiden Endstellungen
die die Anlagepunkte B und C des Ankers 14 verbindende Gerade die Anker-Drehachse
A. Sind weiterhin die Luftspalte 26 und die
von den Polschuhen 17
und den Ankerenden 22 gebildeten wirksamen Polflächen gleich groß, entsprechen sich
auch die Anker-Haltekräfte in jeder der beiden Endstellungen, d.h. die in Fig. 3
gezeigte Magnetkennlinie ist symmetrisch.
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In der Praxis treten jedoch aufgrund unvermeidlicher Fertigungstoleranzen
z.B. Grate und Verrundungen an den Ankerenden 22 und an den Polschuhen 17 des Magnetkerns
10, oder auch Abweichungen der Anker-Drehachse A von der durch die beiden Anlagepunkte
B, C vorgegebenen Gerade auf. Dadurch werden sowohl die wirksamen Polflächen als
auch die Anlagewinkel der Ankerenden 22 an den Polschuhen 17 verändert, was zu einer
unsymmetrischen realen Magnetkennlinie des zusammengebauten Relais führt, wie sie
als durchgezogene Kurve 1 in Fig. 3 gezeigt ist.
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Erfindungsgemäß ist deshalb der Lagerzapfen 13 auf der Lagerplatte
11 nicht fest angeformt, sondern in einer Exzentereinrichtung 12 aufgenommen, die
in einer Lagerbohrung der Lagerplatte 11 drehbar angeordnet ist. Durch Verstellung
dieses Exzenters ist es möglich, den Lagerzapfen 13 und damit die Anker-Drehachse
entsprechend dem Maß der Exzentrität, d.h. des Abstandes der Anker-Drehachse von
der Mittel- bzw. Drehachse der Exzentereinrichtung (im folgenden als x bezeichnet),
gegenüber der Ausgangslage zu versetzen.
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Dabei ist in einer Richtung eine maximale Verstellung des Lagerzapfens
13 um das Doppelte des Exzentermaßes, d.h. um 2 x, möglich. Mit dieser Verstellung
der Anker-Drehachse wird ein Ausgleich der fertigungsbedingten Toleranzen, eine
Veränderung des Anlagewinkels zwischen den Ankerenden 22 und den Polschuhen 17 sowie
eine Korrektur der Breite der Luftspalte 26 möglich, was zu einem Ausgleich der
Anker-Haltekräfte in den beiden stabilen Anker-Endstellungen führt.
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Die Wirkung der Exzentereinrichtung 12 wird im folgenden anhand der
Magnetkennlinie nach Fig. 3 näher erläutert. Die
durchgezogene
Kurve 1 charakterisiert hierbei ein mögliches Schaltverhalten des Relais vor der
Justierung. Es ist ersichtlich, daß sowohl der Ankerweg s von der Anker-Mittelstellung
in jede der beiden Endstellungen als auch die jeweiligen Anker-Haltekräfte F in
den beiden Endstellungen nicht übereinstimmen, d.h. es gilt: s1 Z s2 und F1 $ F2.
Die gestrichelte Kurve 2 gibt demgegenüber das Schaltverhalten des Relais nach der
Justierung, d.h. nach der Verstellung des Exzenters, wieder.
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Durch die Verschiebung des Anker-Drehpunkts und der damit verbundenen
Änderung des Anlagewinkels und der wirksamen Polflächen wird die magnetische Charakteristik
des Relais so beeinflußt, daß die Anker-Haltekräfte in beiden Endstellungen übereinstimmen,
d.h. es gilt: F1 F2.Hiermit ergibt sich eine symmetrische Magnetkennlinie, die sich
in einem übereinstimmenden Ansprechverhalten des Relais in seinen beiden stabilen
Endstellungen niederschlägt.
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Die Justierung des Relais erfolgt im einzelnen durch Bestimmung der
Anker-Haltekräfte F1 und F2 nach dem Zusammenbau und durch Verdrehen des Exzenters
12, bis die Kräfte F1 und F2 einander entsprechen. Der Winkel und die Richtung der
Exzenter-Verdrehung hängen hierbei vom Verhältnis der Anker-Haltekräfte ab. Nach
der Justierung des Relais wird die Exzentereinrichtung so arretiert, daß eine selbsttätige
Verstellung des Exzenters und damit eine Dejustierung während des Betriebs vermieden
werden.
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Zur Arretierung der Exzentereinrichtung kann der Exzenter 12 in der
Lagerplatte 11 durch Lack oder ein den Kunststoff dieser beiden Bauteile anlösendes
Mittel fixiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Lageranordnuna und den Exzenter
12 so auszubilden, daß aufgrund der zwischen diesen Teilen auftretenden Reibungskräfte
eine Exzenter-Verstellung durch die während des Betriebs des Relais wirkenden Kräfte
und Drehmomente verhindert wird, jedoch mittels eines Werkzeugs ohne weiteres erfolgen
kann. Eine fertigungstechnisch besonders einfache Maßnahme besteht darin,den Exzenter
12 oder seine Lageranordnung mit einem Schlitz oder Spalt zu versehen. Der in der
Lageranordnung vorgesehene Spalt muß zu diesem Zweck zur Exzentereinrichtung 12
hin offen sein.
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Aufgrund der Elastizität des Materials wird durch diese Maßnahmen
die Reibung zwischen Exzenter und Lageranordnung so weit erhöht, daß eine selbsttätige
Exzenter-Verstellung während des Betriebs nicht erfolgt. Weiterhin kann zur Erhöhung
der Haftreibung auch die äußere Umfangsfläche des Exzenters 12 und/oder die Innenfläche
seiner Lageranordnung geriffelt spin.
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In den Fig. 4 und 5 sind Querschnitte einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die entsprechenden Bauteile werden hierbei mit
denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet.
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Das in Fig. 4 stehend im Schnitt gezeigte Relais weist einen im wesentlichen
U-förmigen Anker 14 auf, dessen Lagerzapfen 13 in der Exzentereinrichtung 12 aufgenommen
ist. Mit der Bezugsziffer 27 ist ein Teil des Spulenkörpers, der den Magnetkern
10 umgibt, mit der Bezugsziffer 28 die Enden des Jochs und mit der Bezugsziffer
29 ein Teil des Relais-Gehäuses dargestellt.
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Anders als in der Ausführungsform nach Fig. li nach der ein auf einer
Lagerplatte vorgesehener Lagerzapfen in eine Lagerbohrung im Anker eingreift, ist
in der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausfühfungsform der Lagerzapfen 13 am Anker
14 ange-
bracht. Die beiden Enden des Lagerzapfens 13 sind in zwei
Exzenterbuchsen 1 aufgenommen, die jeweils in einer Lagerplatte 30 unabhängig voneinander
drehbar gelagert sind.
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Bei Verwendung dieser beiden Exzenter werden die Justiermöglichkeiten
für das Relais dadurch erweitert, daß die Exzenter in entgegengesetzten Richtungen
verdreht werden können.
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Neben den im einzelnen dargestellten Ausführungsformen besteht weiterhin
die Möglichkeit, die Exzentereinrichtung 12 bzw. die Exzenterbuchsen 1 und den oder
die Lagerzapfen 13 fest miteinander zu verbinden oder auch einstückig auszubilden.
Durch diese Ausführung werden zusätzliche Toleranzen bei der Ankerlagerung aufgrund
der Verbindung von Zapfen und Exzenter vermieden. Diese einstückigen Exzenterzapfen
können entweder in einer Lagerplatte 11 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 drehbar gelagert oder entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.
4 und 5 fest mit dem Anker 14 verbunden und in einer Lageranordnung 30 aufgenommen
werden. Im letzteren Fall sind sowohl getrennte Exzenterzapfen an beiden Enden der
Anker-Drehachse A als auch eine durchgehende Exzenterhülse möglich.
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Wie insbesondere aus den Fig. 6 und 7 deutlich wird, ist die Exzenterbuchse
12/ mit einem Schlitz 31 zum Einführen eines Werkzeugs versehen. Besonders vorteilhaft
ist es, die Gehäusekappe 29 in Entsprechung zu den Exzenterbuchsen 12' mit Öffnungen
32 (s. Fig. 5) zu versehen, so daß auch nach dem endgültigen Zusammenbau, die Exzentereinrichtung
verdreht und damit die Magnetkennlinie justiert werden kann. Dieser Gesichtspunkt
gewinnt besonderes Gewicht, da die Ansprechwerte des Relais durch das Aufsetzen
der Kappe noch verändert werden können.
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Für besondere Anwendungsfälle kann der Hub der Exzentereinrichtung,
d.h. der Abstand x zwischen der Anker-Drehachse A und der Exzenter-Drehachse E nach
Fig. 6, in Relation zum Abstand zwischen den beiden Jochschenkeln eines Relais so
ausgelegt werden, daß durch Verdrehen der Exzentereinrichtung 12 das Schaltverhalten
des Relais zwischen mono- und bistabil einstellbar ist. Um z.B. dem ursprünglich
bistabilen Relais nach Fig. 1 ein monostabiles Schaltverhalten aufzupräaen,ist es
erforderlich, die Anker-Drehachse A so weit gegenüber ihrer Ausgangslage zu versetzen,
daß je nach Schaltstellung unterschiedliche Abstände zwischen den Ankerenden 22
und den Polschuhen 17 des Magnetkerns 10 vorliegen.