DE68912861T2 - Polarisiertes elektromagnetisches Relais. - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagnetisches Relais, insbesondere ein polarisiertes Relais mit einer Basis aus einem magnetischen Material, das einen Teil des Flußweges zum Antreiben eines Ankers zwischen zwei Positionen des Öffnens und Schließens eines Relaiskontakts bildet.
STAND DER TECHNIK
• Polarisierte Relais mit einer Basis aus einem magnetischen Material, die einen Teil des magnetischen Flußweges bildet, sind in der Technik bekannt. Der magnetische Kreis des vorbekannten polarisierten Relais, wie es beispielsweise in der DE-A-1926514 gezeigt ist, kann schematisch wie in Fig. 1 gezeigt wiedergegeben werden, wobei ein polarisierter Elektromagnet auf der Basis 1 aus magnetischem Material montiert ist. Der polarisierte Elektromagnet weist eine Erregerspule 2, einen Anker 3, der mit der Basis 1 durch ein Joch 5 magnetisch verbunden ist und sich durch die Spule 2 erstreckt, und ein Paar von ersten und zweiten Polelementen 4 und 6, die mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert sind und einen Permanentmagneten 7, der zwischen diesen angeordnet ist, auf. Der Anker 3 wird an seinem Ende von der Oberseite des Jochs 5 getragen, das andere Ende erstreckt sich in einen magnetischen Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Polelement 4 und 6. Das erste Polelement 4 ist magnetisch mit der Basis 1 verbunden, so daß bei einer Entregung der Spule 2 ein magnetischer Fluß, der sich von dem Perrnanentmagneten 7 ergibt, fließt, wie dies in der Figur durch den Pfeil M gezeigt ist, durch das erste Polelement 4, die Basis 1, das Joch 5, den Anker 3 und das zweite Polelement 6, um so den Anker 3 in einer dargestellten Ruheposition zu halten, in der dieser an das zweite Polelement 6 angezogen ist. Bei Erregung der Spule 2 zur Entwicklung eines dem magnetischen Fluß entgegengesetzten Spulenflusses kreist der Spulenfluß, wie in der Figur durch einen Pfeil C angegeben, durch den Anker 3, das Joch 5, die Basis 1, das erste Polelement 4 und durch den magnetischen Spalt zwischen dem ersten Polelement 4 und dem Anker 3. Der von der Spule 2 entwickelte Spulenfluß ist in seiner Stärke ausreichend, um den magnetischen Fluß des Permanentmagneten 7 zu überwinden, um dadurch den Anker 3 in eine Stellposition zu bringen, wo das andere Ende des Ankers 3 an das zweite Polelement 6 angezogen ist. Der obige magnetische Aufbau zeigt jedoch ein Problem insofern, als der Spalt zwischen dem ersten Polelement und dem Ankerende größer wird, der Spulenfluß unterliegt einem entsprechend vergrößerten magnetischen Widerstand an dem Spalt. Der Spulenfluß muß daher in seiner Stärke entsprechend größer sein, um den magnetischen Fluß des Permanentmagneten bei der Anfangsbewegung des Anziehens des Ankers an das erste Polelement weg von dem zweiten Polelement zu überwinden, obwohl eine solche größere Stärke nicht erforderlich ist, wenn der Anker sich aus dem zweiten Polelement herausbewegt, um den Spalt zu überbrücken. Infolgedessen ist es erwünscht, den Anker bei Beginn der Ankerbewegung aus der Ruheposition in Richtung auf die Stellposition zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit ohne eine unnötige Erhöhung der magnetischen Stärke der Erregerspule wegzubewegen.
• Das obige Problem wird durch die vorliegende Erfindung erfolgreich überwunden, die ein verbessertes elektromagnetisches Relais schafft. Das magnetische Relais nach der vorliegenden Erfindung weist eine Basis aus einem magnetischen Material auf, an das ein Elektromagnet und eine Kontaktanordnung montiert sind. Eine Abdeckung ist über die Basis gepaßt, Um den Elektromagnet und die Kontaktanordnung dazwischen einzuschließen. Der Elektromagnet weist eine Erregerspule, einen Anker, der sich durch die Spule erstreckt und an seinem einen Ende verschwenkbar von der Basis getragen wird, und ein Paar von ersten und zweiten Polelementen, die durch einen mit diesen verbundenen Permanentmagneten mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert sind, auf. Die Kontaktanordnung weist wenigstens einen beweglichen Kontakt auf, der betriebsmäßig mit der Armatur verbunden ist, um in und aus Kontakt mit einem zugehörigen Kontakt zu sein. Das erste und das zweite Polelement definieren zwischen sich einen magnetischen Spalt, in den sich das andere Ende des Ankers derart erstreckt, daß der Anker zwischen einer Ruheposition, in der der Anker von dem zweiten Polelement angezogen wird, und einer Stellposition, in der der Anker an das erste Polelement angezogen ist, verschwenkbar ist. Der Anker und das erste Polelement sind magnetisch mit der Basis ohne einen erheblichen Luftspalt zwischen sich gekoppelt, so daß ein magnetischer Fluß, der von dem Permanentmagneten stammt, durch das erste Polelement, die Basis, den Anker und durch das zweite Polelement zirkulieren kann, um so den Anker in die Ruheposition zu ziehen und diesen in der Position zu halten, bis die Spule entregt wird. Auch mit der Vorsehung einer magnetischen Kupplung des ersten Polelements und des Ankers durch die Basis kann ein Spulenfluß, der bei einer gewählten Erregung der Spule entgegengesetzt zu dem Magnetfluß entwickelt wird, durch den Anker, die Basis und die erste Polplatte schließen, um den Anker in die Stellposition gegen den magnetischen Fluß anzuziehen. Das kennzeichnende Merkmal der vorliegenden Erfindung ergibt sich daraus, daß die Abdeckung aus magnetischem Material besteht und magnetisch mit der Basis verbunden ist, und daß das zweite Polelement benachbart zu der Abdeckung positioniert ist, um dazwischen einen solchen Luftspalt zu definieren, der mit dem zweiten Polelement, dem Anker in der Ruheposition, der Basis und der Abdeckung zur Bildung einer Hilfsflußschleife zusammenwirken. Die Hilfsflußschleife ist für die Bewirkung eines zusätzlichen Spulenflusses zur Zirkulation in entgegengesetzter Richtung zu dem Magnetfluß bei der Erregung der Spule verantwortlich, wodurch der zusätzliche Polenfluß, insbesondere zu dem Abschnitt zwischen dem zweiten Polelement und dem Anker in der Ruheposition, geschaffen wird, um so den entgegengesetzten magnetischen Fluß zu schwächen. Infolgedessen kann der Anker, wenn die Spule einmal erregt ist, einen geringeren Einfluß von dem Permanentmagneten oder eine geringere Reduktanz haben, so daß er unverzüglich aus dem zweiten Polelement oder der Ruheposition an das erste Polelement oder die Stellposition angezogen werden kann.
• Entsprechend ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes polarisiertes elektromagnetisches Relais zu schaffen, in dem die Abdeckung aus dem magnetischen Material am besten verwendet werden kann, um einen Teil des Hilfspulenflußweges zu schaffen, um die Ansprechempfindlichkeit bei dem Bewegen des Ankers von der Ruheposition in die Stellposition bei Erregung der Erregerspule zu verbessern.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das erste und das zweite Polelerient mit dem Permanentmagneten in einem Rahmen aus nichtmagnetischem Material, das auf der Basis montiert ist, zusammengehalten. Der Rahmen ist an einem Abschnitt benachbart dem zweiten Polelement mit Anschlagvorsprüngen ausgebildet, die gegen die Innenfläche der Abdeckung anstoßen, um so den obigen Luftspalt eines gleichbleibenden Abstands zwischen dem zweiten Polelement und der Abdeckung zu bestimmen.
• Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes polarisiertes elektromagnetisches Relais zu schaffen, bei dem das zweite Polelement in genaue Beziehung zu der Abdeckung gebracht werden kann, um sicherzustellen, daß der Luftspalt einen festen Abstand zwischen dem zweiten Polelement und der Abdeckung hat, was der gewünschten Ankerbetätigung Zuverlässigkeit gibt.
• In dem Ausführungsbeispiel ist der Anker magnetisch mit der Basis durch ein Joch, das von der Basis absteht, gekoppelt. Der Anker hat an seinem einen Ende einen sich quer erstreckenden Schwenkvorsprung, der von der Oberseite des Jochs getragen wird, um eine Schwenkachse zu definieren, um die der Anker zwischen der Ruhe- und der Stellposition schwenkt. Mit dieser Schwenkstruktur kann der Anker eine feste Schwenkachse haben und kann daher einen festen Kontaktbereich mit dem Joch während der Schwenkbewegung haben, um so von einer Änderung des magnetischen Widerstands frei zu sein, was zu einer stabilen Betriebseigenschaft beiträgt. Dies ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
• Der bewegliche Kontakt ist in Form einer Feder vorgesehen, die auf den Anker wirkt, um den Anker in eine neutrale Position zwischen der Ruheposition und der Stellposition vorzuspannen. Da der Anker eine gewünschte Anziehungseigenschaft haben kann durch Einstellen des obigen Spaltabstandes oder des magnetischen Widerstands zwischen dem zweiten Polelement und der Abdeckung, kann der Anker eine Anziehkraft haben, die leicht mit der Federvorspannkraft ausgeglichen werden kann, um so eine optimale Ankerbewegung zu haben, die bei dem Betrieb des Relais erforderlich ist. Dies ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung offenbart ein weiteres vorteilhaftes Merkmal insofern, als das erste Polelement und das Joch an ihren jeweiligen unteren Enden mit der Basis durch Laserschweißen verbunden sind. Durch den Einsatz der Laserschweißtechnik können das erste Polelement und das Joch an der Basis befestigt sein, um eine genaue Abstandsbeziehung mit den zugehörigen Elementen zu haben, um so die Dimensionsstabilität zu verbessern und dainit einen zuverlässigen Relaisbetrieb sicherzustellen. Es ist insbesondere von Bedeutung, wenn das Relais miniaturisiert werden muß.
• Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen deutlicher.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die einen magnetischen Schaltkreis eines vorbekannten polarisierten elektromagnetischen Relais zeigt;
• Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die einen magnetischen Schaltkreis eines polarisierten elektromagnetischen Relais in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht, teilweise weggeschnitten, des Relais in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des obigen Relais;
• Fig. 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Rahmens, der bei dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet wird, um das erste und das zweite Polelement und die anderen zugehörigen Teile zu halten;
• Fig. 6 ist eine Ablaufdarstellung, die die magnetischen und Federkräfte, die auf einen Anker auf das Relais bei verschiedenen Positionen zwischen einer Ruheposition und einer Stellposition aufgebracht werden, wiedergibt;
• Fig. 7A und bzw. 7B sind Ablaufdarstellungen, die den Verlauf der Kräfte, die auf den Anker ausgeübt werden, wenn eine Erregerspule erregt bzw. entregt wird, in Beziehung zu einer Veränderung des Spaltabstands zwischen dem zweiten Polelement und der Abdeckung wiedergeben;
• Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines modifizierten Rahmens, der die festen Kontaktelemente trägt;
• Fig. 9 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines polarisierten Relais in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Schwenkverbindung eines Ankers mit einem Joch mittels eines Federhalters, der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, zeigt;
• Fig. 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Relais, die die Strahlrichtungen des Laserschweißens zeigt, das zum Befestigen eines Elektromagneten an der Basis eingesetzt wird;
• Fig. 12 ist eine Teilansicht, die eine Anordnung der Anschlußstifte zeigt;
• Fig. 13A, 13B und 13C sind perspektivische Ansichten, die jeweils die Richtungen des Laserstrahls zum Schweißen der festen Kontakte und des beweglichen Kontakts an entsprechende Anschlußstifte wiedergeben;
• Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die die Richtungen der Laserstrahlen zum Schweißen einer Spule des Elektromagnetes auf einem entsprechenden Anschlußstift zeigt; und
• Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht, die die Richtungen der Laserstrahlen zum Schweißen des Federhalters an den Anker und das Joch zeigt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS Erstes Ausführungsbeispiel < Fig. 2 bis 5>
• Es wird jetzt auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen, in denen ein polarisiertes elektromagnetisches Relais in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das Relais ist vom mono-stabilen Typ und weist eine Basis 10 auf, auf der ein Elektromagnet und eine Kontaktanordnung 60 montiert ist. Eine Abdeckung 70 ist über die Basis 10 gepaßt, um den Elektromagneten und die Kontaktanordnung 60 zwischen der Basis 10 und der Abdeckung 70 hermetisch abzuschließen. Die Basis 10 und die Abdeckung 70 bestehen aus einem metallischen, magnetischen Material, das Abschnitte des magnetischen Flußweges mit dem Elektromagneten bildet. Der Elektromagnet weist eine Erregerspule 20, einen sich horizontal durch die Spule 20 erstreckenden Anker 30, ein Paar von ersten und zweiten Polelementen 4l und 42, die mit entgegengesetzter Polarität durch einen Permanentmagneten 43, der zwischen diesen angeordnet ist, magnetisiert wird, auf. Der Anker 30 ist verschwenkbar an seinem einen Ende auf dem oberen Ende eines sich aufrecht erstreckenden Jochs 50 auf der Basis 10 befestigt, wobei das andere Ende in einen magnetischen Spalt G ragt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Polelement 41 bzw. 42 ausgebildet ist, so daß er zwischen einer Ruheposition, in der er an das zweite Polelement 42 angezogen ist, und einer Stellposition, in der er an das erste Polelement 41 angezogen ist, verschwenkbar ist. Das erste Polelement 41 hat einen Schenkel 44, der nach unten abgebogen und magnetisch mit der Basis 10 gekoppelt ist. Der Anker 30 ist magnetisch an seinem Schwenkende mit dem Joch 50 gekoppelt, das auch magnetisch mit der Basis 10 gekoppelt ist, so daß der Anker 10 magnetisch mit dem ersten Polelement 41 und dem zweiten Polelement 42 durch den Permanentmagneten 43 gekoppelt ist. Eine magnetische Flußschleife wird so, wie in Fig. 2 gezeigt, gebildet, damit ein Magnetfluß Mf, der sich von dem Permanentmagneten 43 ergibt, durch das erste Polelement 41, die Basis 10, das Joch 50, den Anker 30 und das zweite Polelement 42 zirkuliert, wie dies in der Figur durch einen Pfeil angegeben ist, um den Anker 30 in die gezeigte Ruheposition anzuziehen und diesen in seiner Position zu halten, bis die Spule 20 erregt wird. Der Anker 30 ist so in der Ruheposition stabil und wird bei Erregung der Spule 20 in die Stellposition gezogen.
• Die Kontaktanordnung 60 weist zwei Sätze von Kontakt elementen auf, die jeweils einen ersten festen Kontakt 61, einen zweiten festen Kontakt 62 und einen beweglichen Kontakt 63 aufweisen, die an entsprechenden Anschlußstiften 81 bis 83 befestigt sind, die sich durch die Basis 10 erstrecken. Der bewegliche Kontakt 63 ist mit dem Anker 30 mittels einer Karte 31 aus einem elektrisch und magnetisch isolierenden Material verbunden, so daß der bewegliche Kontakt 63 in Berührung mit den zweiten festen Kontakt 62 gehalten wird, wenn der Anker 30 in der Ruheposition ist und kommt mit dem ersten festen Kontakt 61 in Berührung, wenn der Anker 30 in die Stellposition angezogen wird. Diesbezüglich ist der erste Kontakt 61 ein normalerweise offener Kontakt und der zweite Kontakt 62 ein normalerweise geschlossener.
• Zur Verbindung des Ankers 30 mit den beweglichen Kontakten 63 ist die Karte 31 mit einem Loch 32 ausgebildet, das den Endabschnitt des Ankers 30 ergreift. Er ist weiter mit einem Paar von Schlitzen 33 ausgebildet, die jeweils den freien Endabschnitt des beweglichen Kontakts 63 in jedem Satz von Kontakten ergreifen. Es ist diesbezüglich zu beachten, daß die bewegliche Feder 63 eine Blattfeder ist, die den Anker 30 in eine neutrale Position zwischen der Ruheposition und der Stellposition vorspannt, und daß der Anker 30 in der Ruheposition durch den Perrnanentmagneten 43 gegen die Federvorspannung des beweglichen Kontakts 63 hält, wie in Fig. 6 erkennbar ist. Die Figur zeigt drei Kurven M, C und S von Kräften, die auf den Anker 30 aufgebracht werden, die sich mit sich ändernden Positionen zwischen der Ruheposition und der Stellposition ändern, wobei die Kurven M und C die Anziehungskräfte angeben, die auf den Anker 30 von dem Permanentmagneten 43 und von der Erregung der Spule 20 aufgebracht werden. Die Kurve S zeigt eine Federkraft, die auf den Anker 30 aufgebracht wird, um diesen in die neutrale position zu zwingen.
• Die Spule 20 wird auf einem Körper 21 aus einem isolierenden Kunststoffmaterial getragen, der auf der Basis 10 mit einer Isolationsplatte 11 zwischen diesen befestigt ist. An dem einen Ende des Körpers 21 ist ein Paar von lateral beabstandeten Pfosten 22 ausgebildet, die auf der Basis 10 derart befestigt sind, daß das Joch 50 zwischen den Pfosten 22 für eine genaue Positionierung des Körpers 21 auf der Basis 10 gepaßt ist. Spulenanschlußdrähte 24 erstrecken sich durch die Pfosten 22 und sind an entsprechenden Spulenanschlußstiften befestigt, die sich durch die Basis 10 erstrecken. Das andere Ende des Körpers 21 hat eine Endplatte 25 mit einem Ankerschenkel 26 zur Verbindung mit der Basis 10. Eine Rückhaltfeder 27 überbrückt die oberen Enden der Pfosten 22, um so das Ende des Ankers 30 auf das obere Ende des Jochs 50 zur Bewirkung der Schwenkverbindung zwischen diesen zu drücken.
• Ein Rahmen 90 aus einem Kunststoffmaterial ist auf das Ende der Basis 10 dem Joch 50 gegenüberliegend befestigt, um das erste Polelement 41 und das zweite Polelement 42 und den Permanentmagneten 43 zusammenzuhalten. Der Rahmen 90, der gesondert von der Isoiationsplatte 11 oder einstückig mit dieser ausgebildet sein kann, hat an seinem oberen Ende eine Öffnung 91 mit einem Paar von Rippen 92, die sich horizontal an den Seitenwandungen der Öffnung 91 erstrecken. Wie in Fig. 5 am besten erkennbar, ist der obere Plattenabschnitt des ersten Polelements 41 in die Öffnung 91 von rückwärts eingesetzt und unterhalb der Rippen 92 gehalten. Entsprechend ist das zweite Polelement 42 in die Öffnung 91 eingesetzt und oberhalb der Rippen 92 rückgehalten. Entsprechend ist das zweite Polelement in die Öffnung 91 eingesetzt und oberhalb der Rippen 92 rückgehalten. Das erste Polelement 41 und das zweite Polelement 42 sind innerhalb der Öffnung 91 durch einen Abstand getrennt, der der Dicke der Rippen 92 entspricht, um einen festen Abstand zu dem magnetischen Spalt G zu halten, zwischen denen der Anker 30 wandert. Die rückwärtigen Enden der Rippen 92 sind ausgeschnitten, um den Permanentmagneten 43 in Berührung mit dem ersten Polelement 41 und dem zweiten Polelement 42 aufzunehmen. Eine vertikale Wandung 93 ist an dem unteren Abschnitt des Rahmens 90 ausgebildet, um diesen in zwei lateral beabstandete Abschnitte 94 zu teilen, von denen jeder die ersten und zweiten festen Kontakte 61 und 62 in jedem Satz von Kontakten hält. Zu diesem Zweck ist jeder Abschnitt 94 mit unteren und oberen horizontalen Kerben 95 und 96 zur Aufnahme der Enden der ersten und zweiten festen Kontakte 61 und 62 versehen. Jeder Abschnitt 94 hat weiter eine vertikale Kerbe 97 benachbart zu der Wandung 93 zur Aufnahme des Abschnitts eines vertikalen Segments 62A des zweiten Kontakts 62. Aufgrund der obigen Struktur des Rahmens 90 sind der magnetische Spalt zwischen dem ersten Polelement 41 und dem zweiten Polelement 42 als auch der Kontaktspalt zwischen dem ersten festen Kontakt und dem zweiten festen Kontakt 62 genau beibehalten, was die Stabilität und die Zuverlässigkeit des Relaisbetriebs erhöht.
• Der Rahmen 90 ist ebenfalls an seiner Rückfläche mit Anschlagsvorsprüngen 100 versehen, die gegen die Innenfläche der Abdeckung 70 anstoßen, um einen festen Abstand zwischen der Abdeckung 70 und dem zweiten Polelement 42 zu schaffen. Der Abstand definiert einen zusätzlichen magnetischen Spalt Ga, der mit der Abdeckung 70 des magnetischen Materials zusammenwirkt, um einen wesentlichen Flußweg bei der Erregung der Spule 20 zum Rückstoßen des Ankers 30 aus dem zweiten Polelement 42 in Richtung auf das erste Polelement 41 zu schaffen. Fig. 2 zeigt magnetische Schaltkreise nach der vorliegenden Erfindung, wobei der Anker 30 als in der Ruheposition durch den magnetischen Fluß Mf gehalten gezeigt ist, der von dem Permanentmagneten 43 durch das erste Polelement 41, die Basis 10, das Joch 50, den Anker 30, das zweite Polelement 42 und zurück zu dem Magneten 43 zirkuliert. Wenn die Spule 20 durch einen Strom einer bestimmten Richtung erregt wird, wird ein Hauptspulenfluß Cfm, der dem Magnetfluß Mf entgegengesetzt ist, entwickelt, um in der gezeigten Richtung durch einen Hauptspulenflußweg zu zirkulieren, der den Anker 30, das Joch 50, die Basis 10, das erste Polelement 41 und den magnetischen Spalt G zwischen dem ersten Polelement und dem Anker 30 aufweist. In diesem Beispiel wird ein zusätzlicher Spulenfluß Cfa entwickelt, um in der mit Pfeil versehenen Richtung durch einen Hilfsflußpfad zu zirkulieren, der den Anker 30, das Joch 50, die Abdeckung 70, den weiteren Spalt Ga und das zweite Polelement 42 aufweist. Da, wie in der Figur gezeigt, der zusätzliche Spulenfluß Cfa auch dem magnetischen Fluß Mf entgegengesetzt ist, insbesondere über dem zweiten Polelement 42 und dem Anker 30, wird der magnetische Fluß Mf des Permanentmagneten 43 erheblich geschwächt, wenn der Anker 30 um die Ruheposition herum ist, um so den Anker 30 zur Anziehung durch den Hauptspulenfluß Cfm in Richtung auf das erste Polelement 41 oder die Stellposition vorzubereiten. Wenn der Anker 30 sich aus der Ruheposition herausbewegt, sieht der zusätzliche Spulenfluß Cfa eine erhöhte Reluktanz und der Hauptspulenfluß Cfm wird überwiegend, um den Anker 30 in die Stellposition oder zu dem ersten Polelement 41 zu ziehen. Der Anker 30 kann so unverzüglich von der Ruheposition in die Stellposition bei Erregung der Spule 20 verstellt werden und gibt so eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit auf den Anker oder den Relaisbetrieb. Bei einer Entregung der Spule 20 wird der Anker 30 veranlaßt, durch den magnetischen Fluß Mf in die Ruheposition zurückzukehren. In Fig. 6 stellt die Kurve C eine Anziehungskraft dar, die durch den Hauptspulenfluß Cfm entwickelt wird, um auf den Anker 30 zu wirken mit einer veränderten Position zwischen der Ruheposition und der Stellposition. In der Figur ist erkennbar, daß die Kurve C nach oben verschoben ist, um anzugeben, daß eine geringere Anziehungskraft erforderlich ist in der Ruheposition als in der Stellposition in Bewirkung der gewünschten Ankerbewegung. Dies bestätigt, daß es dem Anker 30 erlaubt sein kann, unverzüglich sich aus der Ruheposition zu bewegen mit einer geringeren Anziehungskraft und erzwungen in Richtung auf die Stellposition mit einer größeren Anziehungskraft angezogen zu werden, die ausreichend ist, um die Federvorspannung zu überwinden. Der obige zusätzliche Spalt Ga ist geeignet ausgewählt, um einen Wert zu haben in einer Größenordnung, um den Anker 30 aus dem zweiten Polelement 42 unmittelbar bei dem Beginnen der Ankerbewegung in Richtung auf die Stellposition zu bringen. In den Figuren 7A und 7B ist erkennbar, daß dann, wenn der Abstand des oben erwähnten zusätzlichen Spaltes Ga sich ändert, der Anker 30 eine Anziehungskraft einer variierenden Stärke in der Stellposition (Fig. 7A) und auch in der Ruheposition (Fig. 7B) aufnimmt. Bei Berücksichtigung dieser Tatsache kann der Spaltabstand Ca ausgewählt werden, um maximale Anziehungskräfte zum Verschieben des Ankers 30 in die Stellposition bei der Erregung der Spule und zu dessen Rückkehren in die Ruheposition bei Nichterregung der Spule 20 auszuüben. Die magnetischen Anziehungskräfte, die auf den Anker 30 ausgeübt werden, können so einfach durch Variieren des Spaltabstandes Ga eingestellt werden und daher einfach mit der ebenfalls auf den Anker 30 durch den beweglichen Kontakt 43 aufgebrachten Federvorspannung ausgeglichen werden, was es erleichtert, eine gewünschte Relaisbetriebseigenschaft zu erreichen.
• Fig. 8 zeigt einen abgewandelten Aufbau eines Rahmens 90A zum Halten des ersten und des zweiten Polelements 41 bzw. 42. Der abgewandelte Rahmen 90A ist in unteren und oberen Kerben 95A bzw. 96A mit Greifausbuchtungen 99 zur festen Verbindung mit dem Endabschnitt des ersten und des zweiten festen Kontakts, die in diesen eingesetzt sind, versehen, was eine vergrößerte Dimensionsstabilität für den Kontaktspalt gibt.
Zweites Ausführungsbeispiel < Fig. 9 und 10>
• Fig. 9 zeigt ein polarisiertes Relais in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in seiner Ausbildung dem ersten Ausführungsbeispiel identisch ist mit der Ausnahme einer Befestigungsstruktur auf einem Spulenkörper 21B. Einander entsprechende Teile sind mit entsprechenden Ziffern versehen, aber mit einem Suffixbuchstaben "B" zur einfachen Bezugnahme. Der Körper 21B hat an seinem einen Ende ein Paar von lateral beabstandeten Bolzen 28 und 29, die auf einer Endwandung 12 ruhen, einstückig von einer Isolationsplatte 11B auf einer Basis 10B aufstehend. Das andere Ende des Körpers 21B hat eine entsprechende Endplatte 25B mit einem Ankerschenkel 26B, dessen unteres Ende in eine entsprechende Kerbe 13 umgebogen ist, die in dem unteren Ende eines Rahmens 90B gebildet ist. Die Bolzen 28 und 29 sind beabstandet, um zwischen sich den oberen Abschnitt eines Jochs 50B aufzunehmen, das sich von der Basis 10B nach oben erstreckt. Ein Bolzen 28 ist so dimensioniert, daß er durch ein Spiel zwischen dem oberen, umgebogenen Abschnitt des Jochs 50B und dem oberen Ende der Endwandung 12 geführt werden kann, während der andere Bolzen 29 größer gemacht ist, um nicht das Spiel zu passieren, aber um gegen den Seitenrand des Jochs 50B geblockt zu sein. Der kleinere Bolzen 28 hat sein vorderes Ende nach außen geneigt, um ein sich verjüngendes Ende 28B zu bilden. Die Montage des Körpers 21B auf die Basis 10B wird durchgeführt durch anfängliches Einbringen des Ankerschenkels 26B in die Kerbe 13 und Führen des kleineren Bolzens 28 in das Spiel zwischen dem Joch 50 und der Endwandung 12. Sodann wird der Körper 21 um den Ankerschenkel 26B in einer horizontalen Ebene derart geschwenkt, daß der kleinere Bolzen 28 weiter durch das Spiel geführt wird, wobei das sich verjüngende Ende 28B in Gleitberührung mit der Innenfläche des Jochs 50B ist. Dabei biegt sich der Ankerschenkel 26 nachgiebig, um die Gleitbewegung des kleineren Bolzens 28 entlang der Innenfläche des Jochs 50B zu erlauben. Nachdem der Bolzen 28 hinter das Joch 50B geht, wird er nach außen durch die Nachgiebigkeit des Ankerschenkels 26B in einen verriegelten Eingriff mit dem Seitenrand des Jochs 50B gezwungen. In diesem Zustand kommt der andere Bolzen 29 in Berührung mit dem gegenüberliegenden Seitenrand des Jochs 50B für eine genaue Positionierung des Körpers 21B auf der Basis 10B.
• In Fig. 10 ist gezeigt, daß ein mit dem Körper 21B verbundener Anker 30B an seinem einen Ende mit einer sich quer erstreckenden Stange 34 ausgebildet ist, die auf dem oberen Ende des Jochs 50B ruht, um von diesem verschwenkbar getragen zu werden. Die untere Fläche der Stange 34 ist gekrümmt, um einen Linienkontakt mit dem oberen Ende des Jochs 50B während der Schwenkbewegung des Ankers 30B beizubehalten, so daß der Anker 30B mit dem Joch 50B einen magnetischen Kreis mit einem konstanten Widerstand bilden kann, der sich nicht mit der Ankerbewegung zwischen der Ruheposition und der Stellposition verändert, was zu einem zuverlässigen und stabilen Ankerbetrieb führt. Auch ist die sich quer erstreckende Stange 34 vorteilhaft zur Vergrößerung der Kontaktf läche mit dem Joch 50B, um dadurch den magnetischen Widerstand zwischen dem Anker 30B und dem Joch 50B zu reduzieren. Eine Rückhaltefeder 36 wird verwendet, um den Anker 30B und das Joch 50B miteinander zu verbinden. Eine Rückhaltefeder 36 ist an ihrem einen Ende mit dem Anker 30A im Inneren der Stange 34 gesichert. Der andere Endabschnitt der Feder 36 ist nach unten entlang des unteren Abschnitts des Jochs 50B gebogen und ist an seinem unteren Ende mit einem Haken 37 versehen, der in ein Auge 51, das in dem Joch 50B ausgebildet ist, schnappt. Der Anker 30B ist so fest von dem Joch 50B getragen, um eine feste Schwenkachse für den Anker 30B zu geben, was eine unerwünschte Verschiebung der Schwenkachse während der Ankerbewegung verhindert.
• Das Joch 50B und das erste Polelement 41B sind, wie in Fig. 11 gezeigt, an ihren unteren Enden jeweils mit Zungen 55 und 45 versehen, die von entsprechenden Ausnehmungen 15 und 16 aufgenommen sind, welche in den gegenüberliegenden Enden der Basis 10B ausgebildet sind. Diese Zungen 55 und 45 sind mit der Basis 10B durch Richten von Laserstrahlung in den gezeigten Richtungen verschweißt. Mit dem Laserschweißen ist es möglich, das Joch 50B, das erste Polelement 41B und die zugehörigen Teile auf der Basis 10B exakt zu positionieren, was eine genaue Montage des Relais und damit einen zuverlässigen Relaisbetrieb erlaubt. In Fig. 11 ist der Rahmen 90B, der das erste Polelement 41B und das zweite Polelement 42B als auch einen (nicht erkennbaren) Permanentmagneten zeigt, wie dieser an seiner rückwärtigen, geschlossenen Wandung ein Paar von Anschlagvorsprüngen 100B hat, die den Spaltabstand zu der Abdeckung (nicht erkennbar) bestimmen. Der Rahmen 90B ist weiter einstückig mit einer Isolationsplatte 11B ausgebildet, die zwischen der Spule 20B und der Basis 10B angeordnet ist.
• In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Anschlußstifte isoliert und bezüglich der Basis 10 mittels Glaspassungen 14 oder einem ähnlichen Isolationsmaterial isoliert und versiegelt, wie in Fig. 12 gezeigt, in der zur Vereinfachung nur zwei Anschlußstifte 81 und 83 gezeigt sind. Aufgrund der Versiegelung durch die Glaspassungen 14 können die Anschlußstifte horizontal in den Glaspassungen 14 während deren Verfestigung verlagert werden. Eine derartige, unerwünschte horizontale Verlagerung kann, wie in den Figuren 13A bis 13C und 14 gezeigt ist, an den jeweiligen Verbindungen zwischen den Anschlußstiften 81 bis 84 und den entsprechenden Elementen 61 bis 64 und 24 absorbiert werden. In diesen Figuren sind der erste feste Kontakt 61, der zweite feste Kontakt 62, der bewegliche Kontakt 63 und die Spulenstifte 84 jeweils mit sich horizontal erstreckenden Flächen 66 bis 68 und 86 versehen, die mit den entsprechenden Anschlußstiften 81 bis 83 und der Spulenzuleitung 24 verschweißt sind. Diese Verschweißung wird vorzugsweise durch eine Laserschweißtechnik oder durch das Richten von Laserstrahlen in den Richtungen, die in den Figuren angegeben sind, bewirkt. Da die Stifte 81 bis 84 leicht angeordnet werden können, damit sie dieselbe Höhe an der Befestigung der Stifte mit der Basis 10 haben, kann das Laserschweißen einfach lediglich durch Berücksichtigung der horizontal beabstandeten Zielorte und ohne Berücksichtigung jeder vertikalen Verlagerung zwischen den Zielorten bewirkt werden. Die Stifte 81 bis 84 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen in zwei Reihen ausgerichtet, sie können mit den zugehörigen Teilen gleichzeitig durch Richten von Laserstrahlung aus einer der Richtungen verschweißt werden, was bezüglich der Montagezeit vorteilhaft 2 st. Es ist diesbezüglich zu beachten, daß, wie in Fig. 14 gezeigt, die Spulenzuleitung 24 ein plattenartiges Element ist, das einstückig mit dem Spulenkörper 21 versehen ist, wobei das obere Ende in diesem verschweißt ist und umgefaltet ist, um ein entsprechendes Drahtende 24E zu ergreifen. Der gefaltete Abschnitt wird in der dargestellten Richtung einer Laserstrahlung unterworfen, um den Spulendraht 24E fest mit der Leitung zu verbinden, ohne einen übermäßigen Druck auf den Draht 24E auszuüben, der zu einem Bruch des Drahtes führen könnte.
• Das obige Laserschweißen ist auch vorteilhaft zum Befestigen einer Rückhaltefeder 36C mit einem entsprechenden Anker 30C als auch mit einem Joch 50C, wie in Fig. 15 gezeigt, in der auch die Laserstrahlrichtungen angegeben sind. Das Laserverschweißen kann erfolgreich eine besondere Arbeit vermeiden, die ansonsten erforderlich wäre, um eine Schutzbeschichtung auf dem Anker zu entfernen, wie dies in dem Fall des Widerstandschweißens erforderlich ist. Die Feder 36C kann einfach mit dem Anker und dem Joch verschweißt werden, ohne dem Erfordernis der Vorsehung irgendwelcher Vorsprünge oder Aufnahmen zu einer Verbindung zwischen diesen. Auch ist die Abdeckung 70 mit der Basis 10 durch Laserverscheißung an der Überdeckung zwischen einzelnen Flanschen 71 und 17 verbunden, so daß diese Flansche 71 und 17 von jedweden Vcrsprüngen, die erforderlich sind, wenn ein Widerstandsschweißen durchgeführt wird, frei sind, wodurch kein unerwünschter Spalt zwischen den Flanschen 71 und 17 verbleibt und daher eine vorgegebene Abstandsbeziehung zwischen der Basis 10 und der Abdeckung 70 erhalten bleibt. Dies sichert eine gleichbleibende Erstreckung des oben erwähnten zusätzlichen Spaltes Ga zwischen der Abdeckung 70 und dem zweIten Polelement 42 und erlaubt so den gewünschten Betrieb des Ankers. Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen das Laserschweißen bevorzugt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es versteht sich, daß andere Schweiß- oder Befestigungsverfahren verwendet werden können.

Claims (5)

1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais, mit:

- einer Basis (1, 10) aus einem magnetischen Material,

- einer Kontaktanordnung (60) mit wenigstens einem beweglichen Kontakt (63) zum Kontaktieren wenigstens eines festen Kontakts (61, 62),

- einem polarisierten Elektromagneten, der auf der Basis montiert ist und aufweist:

-- eine Erregerspule (2, 20),

-- einen Anker (3, 30), der sich durch die Spule erstreckt und an seinem einen Ende verschwenkbar von der Basis getragen wird, wobei das eine Ende magnetisch mit der Basis verbunden ist,

-- ein Paar von ersten und zweiten Polelementen (41, 42), die durch einen mit diesen verbundenen Permanentmagneten (7, 43) entgegengesetzt polarisiert sind,

-- wobei das erste Polelement (41) und das zweite Polelement (42) zwischen sich einen magnetischen Spalt ausbilden, in den sich das andere Ende des Ankers (3, 30) derart erstreckt, daß der Anker zwischen einer Ruheposition, in der das andere Ende des Ankers an das zweite Polelement (42) angezogen wird, und einer Stellposition, in der das andere Ende des Ankers an das erste Polelement (41) angezogen ist, beweglich ist,

- wobei das erste Polelement magnetisch mit der Basis verbunden ist, so daß ein magnetischer Fluß von dem Permanentmagneten (7, 43) durch das erste Polelement (41), die Basis (1, 10), den Anker (3, 30) und durch das zweite Polelement (42) zirkuliert, um den Anker in die Ruheposition zu ziehen, wenn die Spule (2, 20) entregt ist, und daß ein bei Erregung der Spule entwickelter Spulenfluß in einer zu dem magnetischen Fluß entgegengesetzten Richtung durch den Anker (3, 30), die Basis (1, 10), das erste Polelement (41) und zurück zu dem Anker (3, 30) zirkuliert, um den Anker in die Stellposition anzuziehen;

- wobei der Anker betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt (63) verbunden ist, um den beweglichen Kontakt in und aus dem festen Kontakt zu bringen, wenn der Anker sich zwischen der Stellposition und der Ruheposition bewegt,

- eine Abdeckung (70) über die Basis gepaßt ist, um dazwischen den Elektromagneten und die Kontaktanordnung zu umschließen,

- wobei das Relais dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abdeckung (70) aus magnetischem Material besteht und magnetisch mit der Basis (10) gekoppelt ist und daß das zweite Polelement (42) benachbart zu der Abdeckung positioniert ist, um dazwischen einen solchen Luftspalt auszubilden, daß dieser mit dem zweiten Polelement (42), dem Anker (30), der Basis (10) und der Abdeckung (70) unter Bildung einer Hilfsflußschleife zusammenwirkt, die einen zusätzlichen Spulenf luß erlaubt, der durch die Erregung der Spule bewirkt wird, um in entgegengesetzter Richtung zu dem magnetischen Fluß, insbesondere in dem Abschnitt zwischen dem zweiten Polelement und dem Anker, zu zirkulieren.

2. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, wobei das erste Polelement (41) und das zweite Polelement (42) gemeinsam mit dem Permanentmagneten (43) in einem Rahmen gehalten werden, der auf der Basis (10) befestigt ist, wobei der Rahmen an einem dem zweite Polelement (42) benachbarten Abschnitt mit wenigstens einem Anschlagvorsprung (100) versehen ist, der gegen die Innenfläche der Abdeckung stößt, um so den Luftspalt mit festem Abstand zwischen dem zweiten polelement (42) und der Abdeckung (70) zu bestimmen.

3. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, wobei der Anker (30) magnetisch mit der Basis (10) über ein Joch (50), das von der Basis absteht, gekoppelt ist, wobei der Anker an wenigstens einem Ende einen sich quer erstreckenden Schwenkvorsprung hat, der von der Oberseite des Jochs (50) getragen wird, um eine feste Schwenkachse zu definieren, um die der Anker zwischen der Ruheposition und der Stellposition verschwenkt.

4. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3, wobei das erste Polelement (41) und das Joch (50) an ihren jeweiligen unteren Enden mit der Basis (10) durch Laserschweißen befestigt sind.

5. Polarisiertes elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Kontakt in Form einer Blattfeder (63) ist, die den Anker (30) in eine neutrale position zwischen der Ruheposition und der Stellposition vorspannt, wobei der magnetische Fluß den Anker dazu veranlaßt, sich gegen die Federvorspannung von der neutralen Position in die Ruheposition zu bewegen, wenn die Spule (20) entregt ist, und wobei der Spulenfluß den Anker dazu veranlaßt, sich gegen die Federvorspannung in die Stellposition zu bewegen.