DE1019383B

DE1019383B - Polarisiertes Relais

Info

Publication number: DE1019383B
Application number: DES50365A
Authority: DE
Inventors: Josef Fischer; Martin Aidn; Christian Lind; Herbert Krautwald; Alois Ruhland; Dr Rer Nat Hans Helmrich
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-09-14
Filing date: 1956-09-14
Publication date: 1957-11-14
Also published as: CH356536A; US2941130A; BE560797A; GB838988A

Description

Bei vielen, elektrischen Schaltauf gaben* z. B. bei Verwendung von lichtelektrischer!, Gebern, steht vielfach nur eine kleine Steuerenergie zur Verfügung, die nicht ohne weiteres für die Betätigung normaler Relais ausreicht. In manchen Fällen könnte zwar die erforderliche Steuerenergie aufgebracht werden, aber der Leistungsentzug an der Steuerstromquelle kann Fehler mit sich bringen, die unter gegebenen Verhältnissen nicht zulässig sind. Auch aus anderen Gründen dürfen oft nur kleine Steuerströme verwendet werden, so beispielsweise bei den vielfach angewendeten feinsten Kontaktfühlern und bei eigensicheren Schalteinrichtungen. Zwar lassen sich noch geringste Ströme mit Röhren beliebig hoch verstärken, doch wird man in den meisten Fällen aus wirtschaftlichen Gründen die Verwendung von Verstärkern vermeiden: wollen. Die Empfindlichkeit eines Relais wird grundsätzlich durch die erforderliche Ansprechleistung bestimmt. Der geringste Energieaufwand zur Betätigung eines Relais ist immer dann vorhanden, wenn neben geringsten mechanischen Verlusten der Widerstand für den magnetischen Flußverlauf möglichst gering ist. Zur Empfindlichkeitssteigerung¹ wird oft eine Vormagnetisierung des Relaisankers angewendet. Die durch einen Dauermagneten erzeugte Vormagnetisierung führt dabei zu einem Dauerfluß, der sich normalerweise derartig verzweigt, daß sich in dem einen zwischen Anker und Flußführungsteilen entstehenden Luftspalt Erregerfluß und Dauerfluß entgegenwirken, in dem anderen Luftspalt jedoch addieren. Das durch den Steuerstrom erzeugte Magnetfeld beeinflußt im Zusammenwirken mit dem Feld des Dauermagneten den Relaisanker in der Weise, daß der magnetische Kraftfluß bei dem einen Magnetpol eine Schwächung hervorruft, während gleichzeitig der andere Magnetpol eine Verstärkung erfährt und damit eine stärkere Anziehung ausübt und der Relaisanker zu diesem Pol hingezogen wird. Durch die Tatsache, daß dem kräftigen Feld eines Dauermagneten der Erregerfluß überlagert wird, besitzen polarisierte Relais eine besonders große Ansprechempfindlichkeit. Neben dem geringen Leistungsbedarf werden an derartige Relais aber auch noch hohe Anforderungen bezüglich Schalthäufigkeit und Erschütterungs-Unempfindlichkeit gestellt.

Das empfindlichste Relais stellt das Galvanometeroder Drehspulrelais dar, dessen Aufbau jedoch wegen seines Meßinstrumentencharakters relativ erschütterungsempfindlich ist und im übrigen nur eine geringe Schalthäufigkeit zuläßt. In vielen Fällen werden daher sogenannte gepolte Telegrafenrelais benutzt, welche für Aufgaben der Telegrafietechnik in großem Umfang \^rerwendung gefunden haben. Derartige Relais besitzen zwar eine für die meisten Betriebsfälle Polarisiertes Relais

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Beanspruchte Priorität:

Schaustellung vom 29. April 1956 auf der am 29. April 1956

eröffneten Deutschen Industrie-Messe Hannover 1956

(Technische Messe-Mustermesse) in Hannover

Josef Fischer, Martin Aidn, Christian Lind,

Herbert Krautwald, Alois Ruhland, München,

und Dr. rer. nat. Hans Helmrich,

Geisenbrunn bei München,
sind als Erfinder genannt worden

ausreichende Empfindlichkeit, zu ihrer Herstellung ist jedoch ein großer Aufwand an feinmechanischer Präzision erforderlich, und daher sind diese Relais relativ teuer. Außerdem ist das Gewicht und Volumen derartiger polarisierter Relais für viele Anwendungsgebiete zu groß.

Vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein polarisiertes Relais mit verhältnismäßig hoher Empfindlichkeit zu schaffen, dessen Aufbau aber hinsichtlich Gewicht und Volumen weit unter dem der bisher bekannten polarisierten Relais liegt. Ferner soll durch entsprechende Verkleinerung der bewegliehen Massen eine möglichst hohe Schalthäufigkeit und Schüttelfestigkeit erreicht werden. Durch die Erfindung wird nun ein polarisiertes Relais geschaffen, das diese Forderungen in weitgehendem Maße erfüllt und sich neben hoher Empfindlichkeit insbesondere durch einfachen Aufbau und geringen Platzbedarf von bekannten Ausführungen unterscheidet. Es wird zwar von einem bekannten Relaisprinzip Gebrauch gemacht, bei welchem der Dauerfiuß sich nach zwei verschiedenen Richtungen aufteilend über die PoI-schuhe des Steuerflußkreises und von diesen über die Arbeitsluftspalte in den Anker derart geführt ist, daß er in dem einen Arbeitsluftspalt in gleicher Richtung zum Steuerfluß, im anderen Arbeitsluftspalt jedoch gegensinnig überlagert wird. Das besondere Merkmal

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der Ausführung liegt jedoch darin, daß erfindungsgemäß die Kopplung der Flußkreise an den Polenden des Steuerflußkreises in der Nähe der Arbeitsluftspalte erfolgt und ein zweiflügelig ausgebildeter Anker vorgesehen ist, der vorzugsweise in seiner Mitte vor dem feststehenden Dauermagneten oder einem Zwischenstück aus magnetischem oder unmagnetischem Material gelagert ist. Zweckmäßigerweise wird der Anker direkt auf dem feststehenden Dauermagneten

Fig. 5 bis 10 verschiedene Ausführungen der Ankerlagerung.

In Fig. 1 ist der Verlauf des Dauerflusses Φ_Β mit gestrichelten Linien, der Verlauf des Steuerflusses Φ$ 5 mit strichpunktierten Linien dargestellt. Der Dauerfluß Φ_ο wird durch den Dauermagneten 6, der Steuerfluß fps durch die Erregerspule 1 erzeugt. Beide Flüsse sind durch die Luftspalte 24 nahezu getrennt und überlagern sich vorzugsweise in den Polflächen oder auf einem daran angebrachten Zwischenstück als io 23 und im Anker 12. Der Ausgleichsfluß des Dauer-Wälzanker gelagert. Bekanntlich ist die Lagerung magneten über den Kernquerschnitt ist bei Mitteleines Relaisankers von entscheidendem Einfluß auf lage des Ankers 12 gleich Null, bei gekippter die Empfindlichkeit eines Relais. Diese Ankerlage- Ankerlage relativ klein. Aus diesem Grunde kann rungen verbrauchen wegen der verhältnismäßig großen der Kernquerschnitt der Steuerspule 1 zugunsten des Reibungsverluste einen nicht unerheblichen Teil der 15 Spulenvolumens klein gehalten werden. Es läßt sich erzur Verfügung stehenden Steuerenergie, die sonst für reichen, daß der Eisenquerschnitt des Flußbügels 5 den eigentlichen Schaltvorgang verlorengeht. Dem- durch den Dauerfluß Φ_ο nahezu in Sättigung gebracht gegenüber arbeitet der Wälzanker praktisch reibfrei. wird, so daß über ihn nur ein kleiner Teil des Steuer-Diese Art der Lagerung des Ankers hat aber noch flusses fließen kann. In den Teilen des magnetischen einen weiteren Vorteil hinsichtlich eines günstigen ao Kreises, in denen eine Überlagerung von Dauer- und Flußverlaufs. Über die Lagerstelle wird bei einer Steuerfluß stattfindet, und zwar in den Polflächen 23 Reihe bekannter Relaisanordnungen der Steuerfluß ge- und im Anker 12, werden je nach Richtung des Steuerführt, was normalerweise durch den unvermeidlichen flusses entweder beide Flüsse addiert oder vonein-Luftspalt Verluste bringt und das Relais dadurch un- ander subtrahiert. Der daraus resultierende Fluß beempfindlicher macht. Dies gilt beispielsweise auch für 25 stimmt die mechanische Bewegung des Ankers 12, der die bekannte Schneidankerlagerung. Durch die Ver- mit dem Trennblech 12 α versehen ist. Der Vorteil wendung eines Wälzankers wird dagegen erreicht, dieses Magnetkreises liegt insbesondere darin, daß er daß der Dauerfluß nur einen geringen Übergangs- konstruktiv einfach und gedrängt aufgebaut werden widerstand vorfindet, zumal sich verhältnismäßig kann. Der Anker 12 ist quer zu seiner Längsrichtung große flußführende Querschnitte gegenüberstehen. 30 etwas gewölbt, so daß er als Wälzanker wirksam ist, Durch die günstige Flußführung können im Vergleich wobei seine Lagerung im Schwerpunkt zusätzlich eine zu anderen Lagerungen kleinere Dauermagneten ver- Lageunempfindlichkeit bewirkt. Eine Halterung des wendet werden, was in Richtung der gestellten Förde- Ankers 12 ist nicht unbedingt erforderlich, denn die rung nach Kleinheit und geringem Gewicht liegt. Um Haltekraft des Dauermagneten 6 ist auch bei verhältdie Bewegungsfreiheit des Wälzankers, der vom 35 nismäßig großen Erschütterungen ausreichend, jedoch Dauermagneten auch ohne mechanische Hilfsmittel ist eine Lagenfixierung, welche ein Abwandern des gehalten werden kann, in der Arbeitsrichtung sicher- Ankers verhindert, notwendig.

zustellen, ist der Anker mit einer quer zur Anker- In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei

längsrichtung verlaufenden Wölbung versehen, wobei welcher gegenüber der Prinzipdarstellung der Wälzdann der Dauermagnet an dem in Frage kommenden 40 anker mit dem Dauerflußkreis um 90° verdreht ist, Polende plan ausgeführt ist. ohne allerdings das Magnetkreisprinzip und die tech-

Um dem Anker eine definierte Ruhelage zu' geben nischen Daten zu verändern. Mit 1 ist wiederum die und eine einfache Symmetrieeinstellung zu ermög- Steuerspule dargestellt, die mit den Kernenden 2 in liehen, kann eine einstellbare Feder, z. B. in Form passende Schlitze der beiden Jochwinkel 3 eingeschoeines Torsionsdrahtes, der in der Mitte des Ankers 45 ben ist und durch Andrücken der Lappen 4 festgebefestigt ist, vorgesehen werden. Zweckmäßigerweise halten wird. Die Verbindung vom Kern 2 und Jochwinkel 3 könnte auch durch Schweißen oder Kerbnieten erfolgen. Unter der Steuerspule 1 ist zwischen den Jochwinkeln 3 der Flußbügel 5 befestigt, der den 50 Dauermagneten 6 trägt. Aus diesem Bügel 5 sind Warzen herausgedrückt, die zur Lagenfixierung des Dauermagneten 6 dienen. Der Dauermagnet 6 ist durch die am Bügel 5 mittels Kerbnietung angebrachte Ankerfeder 8 befestigt. Zwischen die Jochwinkel 3 und Weise möglich, durch verschiedene Magnetisierung 55 dem Bügel 5 sind zur Trennung des Dauermagnetder Teilmagneten einen Ausgleich der Unsymmetrien kreises vom Steuerkreis auf jeder Seite je ein Träger 9 zu erreichen. Außerdem wird damit das einfache Ein- aus nichtmagnetischem Material eingeschichtet. Der stellen der Kennwerte des Relais erleichtert. Jochwinkel 3, Bügel 5 und die Träger 9 sind durch

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus Schrauben 10 miteinander verbunden, könnten aber der Beschreibung mehrerer in der Zeichnung darge- ^6o auch verschweißt sein. Die Träger 9 dienen gleichstellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt zeitig zur Befestigung des gesamten Relaissystems

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des polarisierten auf dem Sockelboden des Relaissockels 11. Der Anker Magnetsystems mit eingezeichneter Flußführung, 12, der, wie in Fig. 1 gezeigt, als Wälzanker ausge-

Fig. 2 und 3 die schaubildliche Darstellung von bildet ist, kann sich auf dem Dauermagneten 6 abzwei Ausführungsformen des polarisierten Relais, ⁶5 wälzend bewegen. Zur Einstellung der Ankerruhewobei wesentliche Unterschiede nur in der Anordnung lage ist am Anker 12 ein Torsionsdraht 13 angebracht, der flußführenden Teile und der Kontakte vorhanden der durch ein Loch 14 im Boden des Sockels 11 aus sind. dem Relais herausgeführt wird. Relais dieser Klein-

Fig. 4 eine Variante der Prinzipdarstellung gemäß heit mit einer dadurch bedingten, verhältnismäßig Fig. 1, 70 empfindlichen Kontaktanordnung werden, um äußere

wird dieser durch den Sockelboden geführt und dort
nach Einstellung des Ankers in seiner Ruhelage arretiert. Um die Einstellung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, den Torsionsdraht kurbeiförmig auszuführen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
sieht eine Aufteilung des vor dem Anker befindlichen
Dauermagneten in zwei getrennte, gleichpolig wirkende Teilmagneten vor. Damit ist es auf einfache

Einflüsse fernzuhalten, normalerweise dicht verschlos sen, ζ. B. verlötet. Mittels des durch den Sockelboden geführten Torsionsdrahtes 13 ist es möglich, auch nach dem Verschließen noch auftretende Veränderungen der Relaiseinstellung zu korrigieren oder auch eine gewünschte Ruhelage des Relais einzustellen. Dies erfolgt durch Drehen des Torsionsdrahtes 13 um seine Längsachse, die etwa mit der Ankerwälzlinie zusammenfällt. Nach Einstellung der Ankerruhelage bzw. der Symmetrie wird der Torsionsdraht 13 am Sockelboden befestigt und dabei das Durchführungsloch 14 dicht verschlossen.

Im Boden des Sockels 11 sind die Kontaktstifte 15 mittels Glasperlen 16 druckdicht eingeschmolzen. Die Kontaktstifte 15 sind dabei so angeordnet, daß ein falsches Einstecken in die Fassung nicht möglich ist. Der Relaissockel ist für zwei Umschaltkontakte und vier Spulenanschlüsse vorgesehen. Die Mittelfedern 17 sind Drähte, die aus federhartem Kontaktmaterial oder aus anderem Federmaterial bestehen, welches an den Kontaktstellen mit Kontaktmaterial umgeben ist. Die Federn sind an den Kontaktstiften 15 angeschlossen, z. B. angelötet. Die Außenkontakte des Umschaltkontaktes sind starr angeordnet und bestehen aus Kontaktröllchen 18 oder Fahnen 19., die auf den Kontaktstiften 15 durch Schweißen oder Löten befestigt sind. Die Mittelfedern 17 besitzen gegen den Anker 12 eine Vorspannung und drücken in Mittelstellung des Ankers mit etwa gleicher Kraft gegen diesen. Das gesamte Magnetsystem befindet sich unter einer Schutzkappe 22, die zur magnetischen Abschirmung vorzugsweise aus Eisen besteht und durch Schweißen oder Löten mit dem Sockelboden verbunden ist und damit das gesamte Magnetsystem abschließt.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des polarisierten Relais gemäß der Erfindung entspricht der Anordnung der Bauteile, λνίε in Fig. 1 gezeigt. Gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist zum Erreichen eines guten Flußübergangs die Verbindung vom Spulenkern 2 zu den Jochen 3 mit großen Überlappungsflächen und Schweißung ausgeführt. Die Träger 9 sind mit den Flußführungsteilen verschweißt und an ihren unteren Enden so ausgebildet, daß nach Anpassung des Magnetsystems an den Kontaktsatz, was durch Verschieben in Höhenrichtung erfolgt, das Magnetsystem mittels Kerbnietung am Sockel 11 befestigt ist, wobei eine Verzahnung 9 ο des Trägers 9 einen sicheren Festsitz gewährleistet. Beim Auflöten der Kappe 22 können außerdem noch sämtliche Hohlräume der Kerbnietung mit Lot ausgefüllt werden. Zur nachträglichen Einstellung der Symmetrie bzw. der Ankerruhelage ist an Stelle eines Torsionsdrahtes, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Biegedraht 13 vorgesehen und durch den Sockel 11 geführt. Der zur Führung des Ankers 12 dienende Drahtbügel ist durch Kerbnietung befestigt.

In Fig. 4 ist eine Variante der Prinzipdarstellung von Fig. 1 gezeigt, wobei lediglich der Dauerflußkreis eine Abänderung erfahren hat. Der Steuerfluß wird auch hier durch die Steuerspule 1 erzeugt. Statt eines Dauermagneten sind zwei Teilmagneten 6 α und 6 b vorgesehen. Dadurch erhält jeder der beiden Arbeitsluftspalte die Induktion vorwiegend aus den ihm benachbarten Magneten. Da diese Induktion beliebig, auch nach Fertigstellung des Relais, festgelegt werden kann, erübrigt sich eine zur Einstellung der Symmetrie oder der Ansprechwerte notwendige Torsionsoder Biegefeder, welche sonst die Aufgabe hat, ein zusätzlich einstellbares Drehmoment auf den Anker auszuüben.

Für die Ausbildung der Ankerlagerung bestehen verschiedene Möglichkeiten, von denen einige an Hand der Fig. 5 bis 10 dargestellt sind.

Fig. 5 zeigt eine Ankerlagerung durch Blattfedern mit Torsionsstegen aus magnetischem oder unmagnetischem Material,

Fig. 6 eine ähnliche Ankerlagerung mit Torsionsstegen und abgewinkelten Zugbändern;

Fig. 7 und 8 zeigen Ankerlagerungen, welche unter Verwendung von Runddraht ausgeführt sind.

Hier wird der Drahtbügel mittels einer auf den Dauermagneten 6 geschweißten Polplatte 23 aus Weicheisen geführt. Die Polplatte 23 bewirkt eine Sammlung und gleichmäßigere Aufteilung der Dauerflußzweige in Ankermittelstellung.

Fig. 9 stellt ein Ausführungsbeispiel für die Ankerlagerung dar, bei der eine Ankerführung in kurvenförmig ausgebildeten Blechen erfolgt; in

Fig. 10 ist die Lagerung des Ankers durch zwei Warzen, welche in entsprechende Durchbrüche der Polplatte 23 greifen, ausgeführt.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 5, 6, 8 und 10 stellen Ankerlagerungen dar, bei denen der Anker indirekt auf dem Dauermagneten eine Abwälzbewegung durchführt, wogegen bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 7 und 9 der Anker unmittelbar auf dem Dauermagneten aufliegt. Die Federn der Ankerlagerung übernehmen vielfach einen Teil der Kompensation. Bei Ausführung der Ankerlagerung mit Torsionsblattfedern aus nichtmagnetischem Material kann diese Blattfeder gleichzeitig als Trennblech dienen, anderenfalls wird, wie Fig. 1 zeigt, ein besonderes Trennblech 12 α vorgesehen oder die Jochwinkel bzw. der Anker an den Polflächen verkupfert.

Claims

Patentansprüche:

1. Polarisiertes Relais, bei welchem der Dauerfluß sich nach zwei verschiedenen Richtungen aufteilend über die Polschuhe des Steuerflußkreises und von diesem über die Arbeitsluftspalte in den Anker derart geführt ist, daß er in dem einen Arbeitsluftspalt in gleicher Richtung mit dem Steuerfluß, im anderen Arbeitsluftspalt jedoch gegensinnig überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Flußkreise an den Polenden des Steuerflußkreises in der Nähe der Arbeitsluftspalte erfolgt und der zweiflügelig ausgebildete Anker vorzugsweise in seiner Mitte vor dem feststehenden Dauermagneten oder einem Zwischenstück aus magnetischem oder unmagnetischem Material gelagert ist.

2. Polarisiertes Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem feststehenden Dauermagneten angeordnete Anker auf diesem oder auf dem Zwischenstück als Wälzanker gelagert ist.

3. Polarisiertes Relais nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem feststehenden Dauermagneten bzw. seinem Zwischenstück und dem zweiflügeligen Anker ein Luftspalt vorgesehen ist und die Lagerung des Ankers durch Achslager oder Torsionsfeder erfolgt.

4. Polarisiertes Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Dauermagneten angebrachten, symmetrisch zu diesem verlaufenden Flußführungsteile derart ausgebildet und bemessen sind, daß sich diese durch den Dauerfluß nahezu im Sättigungsbereich befinden und die Nebenschlußwirkung dieser Teile zum Steuerkreis weitgehend unterdrückt wird.

5. Polarisiertes Relais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufteilung des feststehenden Dauermagneten in zwei getrennte, gleichpolig über das gemeinsame magnetische Zwischenstück wirkende Teilmagneten vorgesehen ist.

6. Polarisiertes Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Unsymmetrien und zur einfachen Einstellung der Betriebswerte des Relais Teilmagneten mit ent- ίο sprechend abgestimmter Induktion gewählt sind.

7. Polarisiertes Relais nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsfreiheit des Ankers auf den planen Polflächen des Dauermagneten bzw. den Zwischenstücken durch eine quer zur Ankerlängsrichtung verlaufende Wölbung erreicht ist.

8. Polarisiertes Relais nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch den Sockelboden geführte und an der Mitte des Ankers befestigte Feder zur Einstellung der Ankerruhelage und der Symmetrie dient und die Durchführung durch den Sockelboden derart ausgebildet ist, daß nach Einstellung der Ankerruhelage oder der Symmetrie eine Arretierung der Feder, z. B. durch Löten oder Schweißen, möglich ist.

9. Polarisiertes Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Einstellung der Ankerruhelage als Feder ein kurbeiförmig ausgebildeter Draht dient.

10. Polarisiertes Relais nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blattfeder zur Halterung des Wälzankers dient.

11. Polarisiertes Relais nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drahtbügel zur Halterung des Wälzankers dient.

12. Polarisiertes Relais nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich des Ankers bei gegebener Ausführungsform durch auf seiner Innenseite angebrachte Klebebleche veränderbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen