EP0203496A2

EP0203496A2 - Elektromagnetisches Relais

Info

Publication number: EP0203496A2
Application number: EP86106834A
Authority: EP
Inventors: Harry Dipl.-Ing.(FH) Schröder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1986-12-03
Anticipated expiration: 2006-05-20
Also published as: US4689587A; JPS61271725A; ATE66542T1; DE3680950D1; JPH0736311B2; JPS61271727A; EP0203496A3; EP0203496B1

Abstract

Das Relais besitzt ein Magnetsystem mit einem Spulenkörper (1), einem in einer Durchgangsöffnung (8) des Spulenkörpers angeordneten Anker (9) sowie einem mehrschenkeligen Joch, welches mit einem ersten Schenkel (10a) in die Durchgangsöffnung des Spulenkörpers hineinreicht. Zwischen diesem Jochschenkel (10a) und dem Anker (9) ist ein Arbeitsluftspalt schräg zur Spulenachse ausgebildet, wodurch sich eine große Polfläche und ein guter Flußübergang des Erregerflusses erzielen lässen. Das freie Ende des Ankers besitzt einen Fortsatz (13), welcher eine stirnseitig vor dem Spulenkörper angerdnete Kontaktfeder (14) betätigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit einem eine Wicklung tragenden Spulenkörper mit axialer Durchgangsöffnung, mit einem mehrmals abgewinkelten Joch, dessen erster Abschnitt in die Durchgangsöffnung des Spulenkörpers eingreift, dessen zweiter Abschnitt senkrecht zur Spulenachse an einer Stirnseite eines ersten neben der Spule bis zu einem zweiten Spulenflansches verläuft und dessen dritter Abschnitt sich parallel zur Spulenachse neben der Spule bis zu einem zweiten Spulenflansch erstreckt und mit einem zumindest zum Teil in der Durchgangsöffnung des Spulenkörpers angeordneten Anker, der im Bereich des zweiten Spulenflansches an dem Joch gelagert ist und in der Durchgangsöffnung mit dem ersten Jochabschnitt einen Arbeitsluftspalt bildet, wobei einander gegenüberstehende Polflächen des Joches und des Ankers schräg zur Spulenachse verlaufen.
Ein derartiger Aufbau ist aus der DE-OS 2 115 004 bekannt, wo ein Elektromagnet mit Klappanker beschrieben ist. Bei dem dortigen System ist ein winkelförmiger Anker in seinem Mittelbereich am Jochschenkel so gelagert, daß er neben dem - schrägen Luftspalt im Inneren des Spulenkörpers einen zweiten Luftspalt außerhalb des Spulenkörpers mit dem Joch bildet. Dadurch soll eine hohe Ansprechempfindlichkeit des Elektromagneten erreicht werden. Allerdings kann dort der Anker ein Schaltelement nur mit seinem kurzen, außerhalb des Spulenkörpers und senkrecht zur Spulenachse verlaufenden Schenkel betätigen, womit sich aufgrund deskurzen Abstandes zur Lagerstelle nur ein kleiner Arbeitshub erzielen läßt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß unter Ausnutzung des Arbeitsluftspaltes innerhalb des Spulenkörpers eine hohe Ansprechempfindlichkeit und eine große Anzugskraft erzielt wird, daß aber gleichzeitig ein verhältnismäßig großer Ankerhub zur Kontaktbetätigung erreichbar ist. Uberdies soll die Konstruktion einschließlich des Kontaktssystems einfach im Aufbau und in der Herstellung sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Anker sich in Längsrichtung durch die gesamte Durchgangsöffnung des Spulenkörpers erstreckt und mit seinem der Lagerung entgegengesetzten Ende im Bereich des ersten Spulenflansches einem Fortsatz zur Betätigung einer Kontaktfeder in einer zur Spulenachse senkrechten Richtung aufweist.
Bei der Erfindung erstreckt sich also der Anker durch die gesamte Länge der Durchgangsöffnung im Spulenkörper, wobei er an dem einen Spulenflansch gelagert ist und mit seinem freien Ende am anderen Spulenflansch eine Kontaktfeder betätigt. Der Anker selbst kann entweder insgesamt stabförmig ausgebildet und in Verlängerung der Spulenachse an einem vierten Jochschenkel gelagert sein. In einer anderen Ausführungsform ist der Anker winkelförmig ausgebildet, wobei ein zweiter Schenkel etwa senkrecht zur Spulenachse vor dem zur Ankerlagerung dienenden Spulenflansch verläuft und mit dem dritten Jochschenkel die Lagerung bildet.
Der den Spulenkörper-Innenraum in seiner ganzen Länge durchsetzende Anker bzw. Ankerschenkel ist zumindest teilweise keilförming ausgebildet, um den erwähnten schrägverlaufenden Arbeitsluftspalt mit dem in entsprechender Weise keilförmig ausgebildeten ersten Jochschenkel zu bilden.
Dabei kann durch entsprechende Wahl der Länge des ersten Jochschenkels und damit der Länge des Arbeitsluftspaltes in Axialrichtung der Spule die Anzugskraft des Magnetsystems in gewünschter Weise eingestellt werden. Um eine definierte Punktberührung zwischen dem ersten Jochschenkel und dem Anker und damit definierte Kraftverhältnisse zu erhalten, ist in einer zwechmäßigen Ausgestaltung des Relais vorgesehen, daß zumindest eine der Polflächen von Anker und Joch in zumindest einer Richtung leicht konvex gewölbt ist. Vorzugsweise besitzt die Polfläche, beispielsweise des Ankers, eine nach zwei Richtungen konvexe Wölbung. Durch entsprechende Gestaltung dieser konvexen Wölbung kann der Berührungspunkt zwischen Anker und Jochschenkel in Axialrichtung der Spule verlagert werden. Je weiter dieser Berührungspunkt von der Lagerstelle des Ankers entfernt an das gegenüberliegende Spulenende verlagert wird, um so geringer kann wegen des vergrößerten Hebelarms die Anzugskraft des Ankers, d.h. die Erregung, gewählt werden, um eine vorgegebene Kontaktkraft zu erzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais in zwei Schnittansichten,
Fig 3. eine abgewandelte Ausführungsform des Relais in der gleichen Schnittansicht wie
Fig. 2,
Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung der Polflächen im Arbeitsluftspalt,
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittdarstellung des Arbeitsluftsplates Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Relais besitzt einen als Grundkörper dienenden Spulenkörper 1 mit zwei Flanschen 2 und 3 und einem an dem Flansch 2 angeformten Ansatz 4 zur Aufnahme von zwei feststehenden Kontaktelementen 5 und 6. Der Spulenkörper 1 trägt eine Wicklung 7 und besitzt innerhalb des Wicklungsbereiches eine axiale Durchgangsöffnung 8, in welcher in Axialrichtung ein stabförmiger Anker 9 angeordnet ist. Ein zweiteiliges, aus einem Winkelpolschuh 10 and einem Winkeljochstück 11 zusammengesetztes Joch bildet zusammen mit dem Anker 9 eine im wesentlichen rechteckige Flußführung durch das Spuleninnere und um die Spule herum.

Der Winkelpolschuh 10 besitzt als ersten Jochschenkel ein keilförmiges Polstück 10a, welches vom Spulenflansch 2 aus in Axialrichtung der Spule in die Durchgangsöffnung 8 hineinragt, sowie einen stirnseitig vor dem Flansch 2 senkrecht zur Spulenachse angeordneten zweiten Jochschenkel 10b. An diesen Schenkel 10b schließt sich das Winkeljochstück 11 mit einem Längsschenkel 11 a an, der sich als dritter Jochschenkel parallel zur Spulenachse neben der Wicklung erstreckt. Außerdem besitzt das Winkeljochstück einen Querschenkel 11 b, der sich als vierter Jochschenkel stirnseitig vor dem Flansch 3 senkrecht zur Spulenachse erstreckt und eine nur andeutungsweise dargestellte Ausnehmung 11c zur Aufnahme und Lagerung des gelagerten Ankerendes 9a aufweist. Dieses Ankerende 9a ist der Ausnehmung 11 c in Form eines Schneidenlagers oder auf sonstwie geeignete Weise angepaßt, so daß der Anker mit seinem freien Ende 9b Schaltbewegungen in Richtung auf das Polstück 10a ausführen kannn. Das Ankerende 9b ist entgegengesetzt zum Polstück 10a keilförmig gestaltet und bildet mit dem Polstück 10a einen Arbeitsluftspalt 12. Am freien Ende des Ankers 9 ist außerdem ein Fortsatz 13 angeformt, der eine Kontaktfeder 14 betätigt. Diese Kontaktfeder 14 ist mit einem Befestigungsschenkel 14a neben dem Jochschenkel 11 a angeordnet und an diesem befestigt, sie erstreckt sich mit einem Betätigungsschenkel 14b senkrecht zur Spulenachse in Richtung auf den Ankerfortsatz 13 und bildet mit ihrem freien Ende 14c einen Mittelkontakt, der zwischen den beiden feststehenden Kontaktelementen 5 und 6 umschaltbar ist. Am Kontaktfederschenkel 14a oder am Winkeljochstück 11 ist außerdem sin Anschlußelement 15 für die Kontaktfeder 14 angeformt bzw. befestigt.
In Fig. 3 ist eine gegenüber Fig. 2 etwas abgewandelte Gestaltung des Ankers und des Joches gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Anker 19 winkelförmig gestaltet, wobei ein Lagerschenkel 19a stirnseitig vor dem Spulenflansch 3 sich senkrecht zur Spulenachse erstreckt und mit dem Ende dieses Schenkels 19a am Joch 20 gelagert ist. Dieses Joch 20 besteht in diesem Fall aus drei Schenkeln, nämlich einem keilfömigen Schenkel 20a als Polstück, einem Querschenkel 20b, der stirnseitig vor dem Spulenflansch 2 angeordnet ist, sowie einem Längsschenkel 20c, der an seinem Ende im Bereich des Spulenflansches 3 mit dem Ankerschenkel 19a die Lagerung für den Anker bildet. Diese Lagerung kann beispielsweise in ähnlicher Form wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel als Scheidenlager oder als sonstwie mit ineinandergreifenden Teilen gebildete Lagerung ausgestaltet sein. Der Anker 19 bildet mit seinem freien Ende 19b auch in diesem Fall einen Arbeitsluftspalt 12. Ansonsten ist die Funktion des Relais und die Betätigung der Kontaktfeder 14 genauso wie bei dem vorhergehenden Beispiel. Das Relais wird zweckmäßigerweise mit einer Kappe 16 umschlossen und bei Bedarf abgedichtet bzw. vergossen.
Das Relais könnte natürlich auch eine von den dargestellten Beispielen abweichende Konstruktion aufweisen. So könnten insbesondere die Kontaktelemente eine andere Gestalt besitzen und anders angeordnet sein. Auch eine Drehung des Magnetsystems um 90° bezüglich der Spulenachse wäre möglich, wobei die Gegenkontaktelemente entsprechend anders gestaltet werden müßten. In diesem Fall würden die in Fig. 1 nach unten herausgeführten Anschlußelemente 15, 17 und 18 nach vorne (aus der Bildebene heraus) herausgeführt; sie wären dann in den Fig. 2 und 3 an der Unterseite des Relais sichtbar.
Durch die Anordnung des Arbeitsluftspaltes 12 im Inneren des Spulenkörpers wird der gesamte Magnetfluß bei Erregung des Relais über diesen Arbeitsluftspalt geleitet, so daß praktisch keine Streuflußanteile verlorengehen.
Durch die schräge Gestaltung der Polflächen an dem Polstück 10a bzw. 20a und am Ankerende 9b bzw. 19b wird die Zuführung des Magnetflusses Ø über einen großen Querschnitt mit geringem magnetischem Widerstand erreicht. Die Länge a der Polfläche (Fig. 3) kann durch entsprechende Bemessung des Polstücks 20a (bzw. 10a) und des Ankerendes (19b) bzw. (9b) in gewünschter Weise eingestellt werden.
Um definierte Ansprechverhältnisse zu - schaffen und Lagetoleranzen auszugleichen, ist es zweckmäßig, zumindest eine der Polflächen konvex auszubilden. Eine derartige Gestaltung ist in den Fig. 4 und 5 in vergrößertem Detailausschnitt gezeigt. Rg. 4 zeigt auf dem Ankerabschnitt 9b die Polfläche 17 mit einem Radius R, wodurch der Anker beim Schalten das Polstück 10a im Punkt 18 berührt. Die Lage des angezogenen Ankers ist strichpunktiert angedeutet. Um eine punkimäßige Auflage des Ankers zu erreichen, ist der Ankerabschnitt 9b auch in der Querrichtung leicht gewölbt, so daß die Polfläche 17 in dieser Richtung den Radius r aufweist (Fig. 5).
Zur Anpassung der ' Kraft-Weg-Verhältnisse zwischen Kontaktfedersatz und Antriebsmagnetsystem kann die Polflächengröße durch Verändern der Länge des Polstücks 10a bzw. des Ankerabschnitts 9b leicht optimiert werden. Dies trifft aucht für die Lage des Berührungspunktes 18 zu. Je näher der Punkt 18 in Richtung auf den Spulenflansch 2 (in Rg. 4 nach links) verlagert wird, um so größer ist der bei der Anzugskraft wirksame Hebelarm entsprechend der Entfernung zum Lagerpunkt, und um so kleiner kann bei vorgegebener Kontaktkraft die Ankeranzugskaft bzw. die Erregung des Relais gewählt werden.

Claims

1. Elektromagnetisches Relais mit einem eine Wicklung tragenden Spulenkörper mit axialer Durchgangsöffnung, mit einem mehrmals abgewinkelten Joch, dessen erster Abschnitt in die Durchgangsöffnung des Spulenkörpers eingreift, dessen zweiter Abschnitt senkrecht zur Spulenachse an einer Stirnseite des ersten Spulenflansches verläuft und dessen dritter Abschnitt sich parallel zur Spulenachse neben der Spule bis zu einem zweiten Spulenflansch erstreckt und mit einem zumindest zum Teil in der Durchgangsöffnung des Spulenkörpers angeordneten Anker, der im Bereich des zweiten Spulenflansches an dem Joch gelagert ist und in der Durchgangsöffnung mit dem ersten Jochabschnitt einen Arbeitsluftspalt bildet, wobei einander gegenüberstehende Polflächen des Joches und des Ankers schräg zur Spulenachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (9; 19) sich in Längsrichtung durch die gesamte Durchgangsöffnung (8) des Spulenkörpers (1) erstreckt und mit seinem der Lagerung entgegengesetzten Ende (9b; 19b) im Bereich des ersten Spulenflansches (2) einen Fortsatz (13) zur Betätigung einer Kontaktfeder (14) in einer zur Spulenachse senkrechten Richtung aufweist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (19) winkelförmig ausgebildet ist, wobei ein Ankerschenkel (19a) stimseitig vor dem zweiten Spulenflansch (3) verläuft und mit seinem Ende eine Lagerausnehmung zur Aufnahme des Endes des dritten Jochschenkeis (20c) aufweist.

3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (11) einen vierten, sich senkrecht zur Spulenachse stirnseitig vor dem zweiten Spulenflansch (3) erstreckenden Abschnitt (11b) aufweist, und daß der stabförming ausgebildete Anker (9) in einer Ausnehmung (11c) des vierten Jochschenkels (11 b) gelagert ist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß von den einander gegenüberliegenden Polflächen (17) des Ankers - (9) und des Joches (10) zumindest eine in zumindest einer Richtung konvex gewölbt ist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder - (14) mit einem ersten Schenkel (14a) parallel zum dritten Jochschenkel (11 a) verläuft und an diesem befestigt ist, mit einem zweiten, senkrecht zur Spulenachse verlaufenden Schenkel (14b) an dem Fortsatz (13) des Ankers (9) abgestützt ist und mit einem dritten, parallel zur Spulenachse verlaufenden Schenkel (14c) zwischen zwei Gegenkontaktelementen (5, 6) umschaltbar ist.