DE1090322B - Elektromagnetisches Relais mit in Schutzrohren angeordneten Ankerkontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit in Schutzrohren angeordneten Ankerkontakten. Jeder dieser Ankerkontakte stellt dabei bekanntlich einen Arbeitskontakt dar, der durch ein außerhalb des Schlitzrohres erzeugtes Magnetfeld gesteuert wird. Es ist jedoch in vielen Fällen, beispielsweise in Schaltungen der Fernmelde-, insbesondere der Fernsprechtechnik erwünscht, bei derartigen Relais eine Ruhekontaktwirkung (Ruherelais) oder eine Haftwirkung der Ankerkontakte (Haftrelais) zu erzielen.

Bei bekannten Relais wird dies durch einen zusätzlichen, meist außerhalb des Schutzrohres angeordneten Dauermagnet erreicht, der einen durch den Arbeitsluftspalt der Ankerkontakte verlaufenden Dauermagnetfluß erzeugt. Dieser Magnetfluß ist z. B. zum Öffnen der Kontakte eines Ruherelais im Arbeitsluftspalt dem Steuermagnerfluß entgegengesetzt. Um ein möglichst empfindliches Relais zu erhalten, wird bei einem Ruherelais der Dauermagnet nur wenig stärker bemessen, als es bei dem Wert Null des Steuermagnetflusses für ein sicheres Schließen der Kontakte notwendig ist.

Bei zu großer Abwurf erregung kann es vorkommen, daß der Kontakt wieder schließt. Die Abwurferregung darf also einen gewissen Wert nicht überschreiten, was bei der Anwendung derartiger Relais eine störende Einschränkung bedeutet.

Auch beim Haftrelais besteht eine entsprechende obere Grenze für den Abwurfstrom. Die obere Grenze dieses Abwurfstromes wird von den an sich unvermeidlichen Unterschieden im Magnetisierungszustand der verwendeten Magnete und den Einflüssen der mechanischen Toleranzen der Anordnung im Zusammenwirken mit den Streuwerten der magnetischen Daten bestimmt. Je größer diese Unterschiede bzw. Einflüsse sind, desto kleiner ist der maximal zulässige Abwurfstrom, um so störender ist also diese Einengung. Der erwähnte Effekt wirkt sich vor allem bei Relais nachteilig aus, bei denen mehrere Kontakte gleichzeitig gesteuert werden.

Aus diesen Gründen müssen die Magnetisierungszustände der bekannten Relais dieser Art den zugeordneten Kontakten individuell angepaßt werden. Insbesondere bei der Massenherstellung treten hierdurch fertigungstechnische Schwierigkeiten auf. Bei der Verwendung mehrerer Ankerkontakte in einem Relais ist es außerdem zweckmäßig, nur solche Kontakte auszusuchen, deren Kenndaten gleich sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Haftrelais oder ein Ruherelais herzustellen, bei denen die Abfallerregung in einem möglichst großen Bereich schwanken darf. Dies wird dadurch erreicht, daß der erfindungsgemäß parallel zum Arbeitsluftspalt ein magnetischer Nebenschluß angeordnet ist und daß Elektromagnetisches Relais

mit in Schutzrohren angeordneten

Ankerkontakten

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Ing. Heinz Rensch, Korntal (Württ.),
ist als Erfinder genannt worden

die vom Dauermagnet und vom Steuermagnet erzeugten Magnetfelder annähernd die magnetische Sättigung jeweils in dem Teil ihrer Magnetkreise bewirken, der zwischen Dauermagnetsystem und Nebenschluß bzw. Magnetsystem und Arbeitsluftspalt liegt. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Größe des magnetischen Nebenschlusses (Breite) und dessen Abstand vom Schutzrohr und Arbeitsluftspalt von der vorbestimmten Höhe des jeweiligen Magnetflusses im Arbeitsluftspalt bei voller und nahezu voller Sättigung der Magnetkreisteile bestimmt. Jedem Magnetsystem kann dabei ein besonderer Nebenschluß zugeordnet sein.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Magnetstärke der verwendeten Magnete unter der Bedingung beliebig gewählt werden kann, daß sie eine magnetische Sättigung der Magnetkreisteile bewirkt. Dadurch werden derartige Relais unempfindlicher gegenüber Toleranzeinflüssen, beispielsweise gegenüber Betriebsstromschwankungen, verschiedenen Magnetstärken oder Unterschieden in den Kennwerten der Ankerkontakte untereinander.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel, das sowohl als Haftrelais als auch als Relais mit Ruhekontakten verwendbar ist,

Fig. 2 eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 1,

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Fig. 3 ein weiteres Anwendungsbeispiel als Relais mit Ruhekontakt,

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 mit verbesserter Rückführung des Magnetflusses und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Vielzahl von Schutzrohrankerkontakten vorgesehen ist.

In den Figuren sind nur die unbedingt zum Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelteile eines Relais dargestellt, dessen Schutzrohrankerkontakte be- " kanntlich als Arbeitskontakte ausgebildet sind. Sollen diese Kontakte 1 als Ruhekontakte oder bei einem Haftrelais verwendet werden, so ist ein Dauermagnetfluß zusätzlich zum Steuermagnetfluß erforderlich, so daß entweder nach erfolgtem Schließen der Kontakte 1 durch den Steuermagnetfluß diese in geschlossenem Zustand verbleiben (Haftrelais) oder daß die im Ruhezustand geschlossenen Kontakte durch den Steuermagnetfluß geöffnet werden (Ruhekontakt).

Betrachtet man an Hand eines Ruhekontaktes die magnetischen Verhältnisse derartiger Relais näher, so zeigt sich, daß die Stärke des Dauermagnetes so gewählt werden muß, daß auch der unempfindlichste Ankerkontakt 1 noch mit Sicherheit angezogen wird. Um eine möglichst empfindliche Anordnung zu erhalten, wird der Dauermagnet nur wenig stärker aufmagnetisiert, als es für die Beherrschung der verschiedenen auftretenden Toleranzen magnetischer und mechanischer Art, z. B. Betriebsstromschwankungen oder der Kenndaten verschiedener Ankerkontakte untereinander, notwendig ist.

Ist der Ankerkontakt durch den Dauermagnet geschlossen und wird die Steuerspule des Relais erregt, so bildet sich im Arbeitsluftspalt ein magnetisches Steuerfeld, das dem Dauermagnetfeld entgegengerichtet ist. Der Kontakt öffnet bei einer bestimmten Steuererregung (<9_a&) der Spulen. Wird diese negative Erregung noch weiter erhöht, so wird schließlich ein Wert des Magnetflusses (Θψ_αη) erreicht, bei dem der Kontakt wieder schließt. Verringert man von diesem Punkt aus die Erregung wieder, so öffnet der Kontakt bei einer gewissen kleineren Erregung (Θψ_αώ wieder. Berücksichtigt man, daß die Zungen als schwingungsfähige Gebilde nach dem Abwerfen zunächst mit einer Amplitude schwingen, die fast gleich dem halben Luftspalt ist, und daß sie sich daher nach der ersten Schwingung sehr nahe kommen, so muß die Abwurferregung stets kleiner als die kleinere Erregung (6Vo&) sein. Andernfalls besteht die Gefahr, daß die Kontakte nach dem ersten Durchschwingen infolge des Dauermagnetflusses wieder schließen und hängenbleiben. Die Abwurferregung muß also zwischen den Werten 0_a& und Θψ_αι, liegen. Das durch diese Einschränkung zur Verfügung stehende Verhältnis Θψα^&αυ kann in der Größenordnung von 3 oder noch niedriger liegen, je nach den zugelassenen mechanischen und magnetischen Toleranzen. Beim Einsetzen der Ruherelais in Schaltungen ist eine solche merkbare Einengung für den Abwurfstrom oft störend und im Vergleich zu den bisher eingeführten konventionellen Relais mit Ruhekontakten nachteilig.

Besonders eng ist dieser Bereich bei Relais mit mehreren Ruhekontakten. Selbst wenn die Kontakte so ausgewählt sind, daß innerhalb eines Relais nur solche mit sehr ähnlichen Kenndaten verwendet werden, ist der zu erreichende Bereich für den zulässigen Abwurfstrom noch stärker eingeengt als bei Relais mit nur einem Kontakt, da der zuerst schließende Kontakt für den noch geöffneten einen magnetischen Nebenschluß darstellt, wodurch die zum Anzug des letzteren nötige Erregung noch erhöht wird. Damit ergibt sich eine noch stärkere Einengung des Bereiches für den Abwurfstrom.

Noch unangenehmer liegen die Verhältnisse beim Haftrelais. Bei diesem soll der Kontakt haftenbleiben, wenn ein kurzer Stromstoß auf die Spule gegeben wird. Ein Stromstoß in der umgekehrten Richtung öffnet den Kontakt wieder. Hier ist der Dauermagnet so zu bemessen, daß er allein den Kontakt noch nicht anzieht, ihn jedoch hält, auch wenn der Spulenstrom abgeschaltet ist.

Betrachtet man in gleicher Weise wie oben die Verhältnisse und berücksichtigt man, daß beim Halten eine noch ausreichende Kontaktkraft sichergestellt werden muß, daß andererseits wegen des Überschwingens und damit der Gefahr des Wiederanziehens nach dem Abwerfen der Magnetstärke noch einen bestimmten Abstand vom Ansprechwert haben muß, dann zeigt sich, daß die Bemessung, Fertigung und Benutzung solcher Haftrelais noch sehr viel größeren Schwierigkeiten unterworfen ist. Die Schwierigkeiten bestehen auch dann, wenn die Magnetisierung des Magnets jeweils dem zugeordneten Kontakt angeglichen wird. Auf diese Weise Haftrelais mit mehreren Kontakten herzustellen, scheint nach obigem recht schwierig. Diese magnetischen Vorgänge bei Relaiskontakten sind an sich bekannt.

Beim bekannten Schutzrohrankerkontakt sind je nach dem Grad der Ankopplung an eventuelle äußere Eisenkreise die Erregungen für Anziehen und Halten sehr verschieden. Im Normalfall — als Arbeitskontakt — ist zum Schließen des Kontaktes eine sehr viel höhere Erregung nötig als zum Halten. Die Querschnitte der Ankerkontaktzungen, die Größe des Arbeitsluftspaltes, die Überlappung der Ankerkontaktzungen und ihre Federkonstante sind so gewählt, daß beim Anziehen die Zungen magnetisch noch nicht gesättigt sind.

Soll beim Bau eines Ruhe- und Haftrelais mit Ankerkontakten ausreichende Unabhängigkeit vom magnetischen Zustand des Hilfsmagnets und von der Streuung der Kenndaten des Kontaktes erreicht werden, so muß man an geeigneten Stellen des magnetischen Kreises Sättigungsstrecken einführen. Es empfiehlt sich, dazu vorzugsweise die Zungen der Kontakte zu benutzen. Die Dimensionierung ist dann durch die richtige Wahl der Stärke des nötigen Nebenschlusses und der Länge des benutzten Zungenstückes leicht möglich.

Eine Anordnung der Erfindung als Haftrelais ist in Fig. 1 dargestellt. Sie besteht aus einem Eisenschirm 8, der z. B. ein Rohr sein kann, in dessen Mitte der Schutzrohrankerkontakt 1 angebracht ist. Außerhalb der senkrechten Mittellinie M, außerhalb auch des Bereiches des Arbeitsluftspaltes 2 im Abstand e ist ein magnetischer Nebenschluß 4 von der Breite b und dem Abstand α vom Schutzrohrankerkontakt 1 angeordnet. Auf der gleichen Seite befindet sich ein Ringmagnet 6, vorzugsweise ein Ferritmagnet, der radial magnetisiert ist. Auf der anderen Seite des Nebenschlusses 4, wiederum in einem bestimmten Abstand d vom Bereich des Arbeitsluftspaltes 2, ist die Spule 5 auf dem Schutzrohrankerkontakt 1 angeordnet. Der Nebenschluß 4 ist so zu bemessen, daß ein solcher Anteil des vom Magnet 6 stammenden Flusses in den Arbeitsluftspalt gelangt, der entsprechend obigen Überlegungen nicht zum Anziehen, jedoch zum sicheren Halten des geschlossenen Kontaktes ausreicht.

Wird der Dauermagnet 6 in einer solchen Entfernung / vom Nebenschluß 4 angeordnet und besitzt

er eine solche Stärke, daß etwa die Strecke / der Ankerkontaktzunge praktisch gesättigt ist, dann ist erreicht, daß eine noch weitere Verstärkung des Magnets 6 auf die Flußverhältnisse im Arbeitsluftspalt 2 keinen Einfluß mehr hat. Durch zweckmäßige Wahl 5 der Breite b und des Abstandes α des Nebenschlusses 4 können die optimalen Verhältnisse im Arbeitsluftspalt 2 eingestellt werden.

Soll größte Empfindlichkeit erreicht werden, so müßte die Spule direkt am magnetischen Nebenschluß 4 anliegen. Wählt man dagegen einen solchen Abstand d vom Arbeitsluftspalt 3, daß dadurch bereits eine leichte Erhöhung des Ansprechwertes auftritt, daß also beim Schließen des Kontaktes annähernd die - magnetische Sättigung der Kontaktzunge erreicht ist, so wird der Wiederanzugsbereich und damit auch der Wiederabfallbereich nach ganz erheblich höheren Strom werten hin verschoben. Bei merkbarer Steigerung der Erregung über den Abwurfwert ist das Gebiet d mit Sicherheit gesättigt. ao

Die Wirkung des Ankerkontaktteiles d wird durch die in diesem Magnetkreis stets vorhandene magnetische Streuung verstärkt, die wie ein leichter Nebenschluß wirkt und oft ausreicht.

Diese Wirkung kann durch einen weiteren in der Fig. 1 nicht dargestellten Nebenschluß für die Spule 5 verstärkt werden, der vorzugsweise schwächer ausgebildet ist als der auf der Seite des Dauermagnets 6 befindliche Nebenschluß 4. Diese Nebenschlüsse können zu einem einzigen Nebenschluß 4' zusammengefaßt werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Beim richtigen Dimensionieren nach diesen Regeln kann nicht nur auf das individuelle Anpassen der Magnete 5 und 6 an den betreffenden Ankerkontakt 1 verzichtet werden, es steht nicht nur ein größerer Bereich für Fertigungsungenauigkeiten zur Verfügung, sondern es besteht vor allem ein wesentlich größerer Bereich für den Abwurfstrom.

Bei einem Relais mit Ruhekontakt sind zwei Möglichkeiten gegeben: Entweder man benutzt die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 und 2 oder man vertauscht die Lagen der Spule 5 und des Dauermagnets 6, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Im ersten Fall nach Fig. 1 und 2 ist der Nebenschluß 4 weniger stark als beim Haftreläis, und zwar so, daß der Kontakt 1 durch den Duermagnet 6 sicher angezogen wird. Dabei ist der Magnet 6 so groß zu wählen, daß die Strecke / der Zunge bereits gesättigt ist. Die Spule 5 ist so weit nach außen zu legen, daß das Zungen teil d durch den stets vorhandenen Streufluß oder durch die Wirkung eines schwächeren zusätzlichen Nebenschlusses beim Öffnen des Kontaktes 1 der magnetischen Sättigung sehr nahe kommt. Dann ist wieder erreicht, daß bei einer Steigerung der Spulenerregung infolge der Sättigung im Gebiet d ein Wiederanziehen des Ankerkontaktes 1 erst bei sehr hoher negativer Erregung auftritt und daß Unterschiede in der Magnetstärke die Verhältnisse nicht beeinflussen. Auch der individuelle Abgleich der Magnete 5 und 6 auf den zugeordneten Kontakt 1 wird überflüssig. Auch bei Anordnung nach Fig. 3 ist im Ruhezustand das Ankerkontaktteil / durch den Dauermagnet 6 gesättigt.

Es sind viele konstruktive Möglichkeiten für die Realisierung denkbar: Abgesehen von einer rotationssymmetrischen Form ist es möglich, etwa zwei ebene Bleche, ein U-Blech oder auch zwei Halbschalen für den Eisenkreis 8 vorzusehen. Statt eines Ringmagnets 6 sind auch rechteckige Dauermagnete verwendbar. Die Wirkungsweise wird auch nicht wesentlich verändert, wenn dann statt zweier nur ein Dauermagnet vorgesehen wird. Schließlich ist es für die Nebenschlüsse 4, 4' nicht erforderlich, daß sie aus Vollmaterial bestehen. Sie können durch entsprechende Formgebung direkt aus dem Eisenkreis 8 gebildet werden. Zum Erhöhen der Ansprechempfindlichkeit kann es vorteilhaft sein, etwa wie in Fig. 4 gezeigt, für ein Ruherelais auf der Spulenseite des Ankerkontaktes 1 einen magnetischen Rückschluß 9 vorzusehen. Die dadurch entstehende Änderung der Fluß auf teilung im Bereich des Nebenschlusses 4 kann durch entsprechende Änderung der Stärke b und des Abstandes α ausgeglichen werden. Analog kann der Rückschluß 9 auf der Spulenseite des Ankerkontaktes 1 auch bei Anordnungen nach Fig. 1 und 2 vorgesehen werden.

Die erwähnten Gesichtspunkte lassen sich vorteilhaft auch beim Bau eines stromrichtungsabhängigen Relais berücksichtigen, wobei beispielsweise ein Aufbau nach Fig. 1 oder 2 verwendet werden kann. Auch hier ist die Strecke / praktisch gesättigt. Der Nebenschluß ist im Vergleich zur Dimensionierung beim Ruhe- und Haftrelais noch wirksamer zu bemessen.

In gewissen Anwendungsfällen stört das relativ große Verhältnis von Anzugs- zu Abfallerregung. Es ist bekannt, dieses Verhältnis dadurch zu verringern, daß eine Vorerregung entgegen dem Sinne der Anzugserregung benutzt wird. Auch bei dieser Anordnung ist durch sinngemäße Anwendung der geschilderten Maßnahmen eine befriedigende Unabhängigkeit von den Toleranzen zu erreichen.

Die angeführten Überlegungen gelten in gleicher Weise für Anordnungen mit mehreren Kontakten. Dabei ist besonders auf gleichartige Ankopplung der verschiedenen Kontakte 1 zu achten.

Schließlich kann auch eine Anordnung mit Innenspule gemäß Fig. 5 vorteilhaft sein, bei deren Dimensionierung die oben dargelegten Gesichtspunkte in gleicher Weise berücksichtigt werden können. Die Figur zeigt einen Schnitt durch die in diesem Beispiel rotationssymmetrische Anordnung, auf deren Umfang sich je nach der Größe des Durchmessers eine größere Anzahl von Ankerkontakten 1' befindet. Fig. 5 zeigt nur die prinzipielle Ausbildung des magnetischen Kreises.

Auf dem in der Symmetrieachse angeordneten Kern 3 sind einerseits der radial magnetisierte Ringmagnet 6 und andererseits der Steuermagnet 5 befestigt. Zwischen beiden ist auf dem Kern 3 der scheibenförmig ausgebildete Nebenschluß 4 a angeordnet. In diesem Nebenschluß 4 α sind ringförmig Öffnungen 10 angeordnet, in denen im Abstand α die Schutzrohrkontakte 1' befestigt sind. Auf der Steuermagnetseite ist ein topfförmig ausgebildetes Führungsstück 11 befestigt. Der Topfrand 11' dieses Führungsstückes 11 reicht so weit über die Ankerkontakte 1', daß der Abstand d vom Arbeitsluftspalt 2 eingehalten ist. Der Abstand des Ringmagnets 6 vom Nebenschluß 4 a wird durch den erforderlichen Sättigungsbereich /bestimmt.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektromagnetisches Relais mit in Schutzrohren angeordneten Ankerkontakten, bei dem zur Steuerung der Ankerkontakte ein Steuermagnetfluß und ein Dauermagnetfluß vorgesehen sind, die innerhalb des Arbeitsluftspaltes derart aufeinander abgestimmt sind, daß beim Abwerfen des geschlossenen Kontaktes auch bei sehr großen Steuermagnetflüssen ein Wiederansprechen der Kontaktzungen verhindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Arbeitsluftspalt (2) ein ma-

gnetischer Nebenschluß (4) angeordnet ist und daß die vom Dauermagnet (6) und vom Steuermagnet (5) erzeugten Magnetfelder annähernd die magnetische Sättigung jeweils in dem Teil ihrer Magnetkreise bewirken, der zwischen Dauermagnetsystem und Nebenschluß (Strecke/) bzw. Steuermagnetsystem und Arbeitsluftspalt (Strecke d) liegt.

2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß (4) zwischen Dauermagnet (6) und Steuermagnet (5) seitlich des Arbeitsluftspaltes (2) des Ankerkontaktes (1) angeordnet ist.

3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des magnetischen Nebenschlusses (4) (Breite b) und dessen Abstände (a, e) vom Schutzrohrankerkontakt (1) und Arbeitsluftspalt (2) von der vorbestimmten Größe des jeweiligen Magnetflusses durch den Arbeitsluftspalt (2) bei voller oder nahezu voller Sättigung der Magnetkreisteile so (Strecken d und f) bestimmt sind.

4. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß (4) die Schutzrohrankerkontakte (1) umschließt.

5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Magnetsystem (5, 6) ein magnetischer Nebenschluß (4) zugeordnet ist und daß der magnetische Nebenschluß des Steuermagnets (5) geringer ist als der magnetische Nebenschluß des Dauermagnets (6).

6. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Nebenschlüsse vereinigt sind und die Kontaktstellen der Ankerkontakte (1) umschließen (Fig. 2).

7. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) des magnetischen Nebenschlusses (4') vom Schutzrohrankerkontakt (1) zum Steuermagnet (5) hin großer wird.

8. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (6) und der magnetische Nebenschluß (4) ringförmig ausgebildet sind.

9. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Schutzrohrkontakte (1) vorgesehen sind.

10. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Vielzahl von Schutzrohrankerkontakten (1') diese den Dauermagnet (6) und den Steuermagnet (5) umschließen und daß die Magnetflüsse über Flußleitbleche (11) den Ankerkontakten (1') zugeführt sind.

11. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Nebenschlüsse (4) zur Halterung der Schutzrohrankerkontakte (1) dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

®i 009 610/300 9.60