DE1194056B

DE1194056B - Hochempfindliches elektromagnetisches Relais

Info

Publication number: DE1194056B
Application number: DEM51571A
Authority: DE
Inventors: Robert Moser; Jacques Morel
Original assignee: UNILEK ETS
Current assignee: UNILEK ETS
Priority date: 1961-02-06
Filing date: 1962-01-26
Publication date: 1965-06-03
Also published as: CH380243A; NL274270A; FR1292229A; US3113251A; GB998096A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. α.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21g-4/01

Nummer: 1194 056

Aktenzeichen: M 51571 VIII c/21 g

Anmeldetag: 26. Januar 1962

Auslegetag: 3. Juni 1965

Es sind bereits Relais mit einem Magnetkreis bekannt, bei dem ein Permanentmagnet im Kreis der Polstücke und des Ankers einen Magnetfluß erzeugt, der verstärkt oder aufgehoben werden kann, und zwar durch einen Fluß, der durch eine Spule erzeugt wird und in dem besagten Magnetkreis eine magnetomotorische Kraft hervorruft.

Derartige Relais sind nicht empfindlich, da der durch die Spule erzeugte Fluß sich über den Permanentmagneten schließen muß, der einen erhöhten Widerstand darstellt, so daß jede Veränderung des Flusses in einem derartigen Kreis eine erhöhte Anzahl Amperewindungen erfordert. Um in diesem Relais die Empfindlichkeit zu erhöhen, ist bereits bekannt, dieses mit einem magnetischen Nebenanschluß zu versehen, der aus einem Stück magnetischen Metalls besteht, das zwischen den beiden Polstücken angeordnet ist. Es ist auch bereits bekannt, einen magnetischen Nebenschluß mit Luftspalt zu verwenden. In beiden Fällen teilt sich der Gesamtfluß des Permanenmagneten in den Kreis, der sich über einen Teil der Polstücke und den Nebenschluß schließt, und in den Kreis, der die Polstücke und den Anker umfaßt. Diese Teilung des Flusses ist von dem Widerstand der beiden Kreise abhängig. Um im Ankerkreis einen ausreichenden Fluß zu erhalten, ist es wichtig, einen relativ hohen Widerstand des Nebenschlusses vorzusehen. Demgemäß verwendet man Nebenschlüsse aus Eisen, die gesättigt sind. Auf Grund dieser Sättigung bleibt jedoch die für die Durchführung des Ankerflusses durch den Nebenschluß erforderliche magnetomotorische Kraft hoch. Es ist bereits versucht worden, diesem Umstand dadurch abzuhelfen," daß Nebenschlüsse mit Luftspalt verwendet wurden. Die auf diese Weise erhaltenen Relais sind wesentlich sensibler als die mit einem Nebenschluß aus Eisen, man hat jedoch festgestellt, daß es möglich ist, die Empfindlichkeit noch weiter zu erhöhen.

Es ist nämlich möglich, den gleichen Fluß im Ankerkreis bei einem Nebenschluß aus Eisen mit geringem Widerstand zu erhalten, wenn der durch den Nebenschluß führende Fluß sehr hoch ist, da sich der Fluß zwischen den beiden Kreisen in umgekehrten Verhältnis der Widerstände aufteilt. Bei den bisher bekannten Relais mit Nebenschluß, in denen der magnetische Kreis des Nebenschlusses sich über die Polstücke schließt, kann dieser Gesamtfluß nicht erhöht werden, da die Polstücke aus einem hochmagnetischen Material bestehen und schnell gesättigt sind.

Die Erfindung beseitigt die Nachteile der bekannten Relais dadurch, daß der magnetische Nebenschluß, der aus einem ferromagnetischen Material Hochempfindliches elektromagnetisches Relais

Anmelder:

Etablissement UNILEK, Vaduz (Liechtenstein)

Vertreter:

Dr. K. R. Eikenberg und Dipl.-Chem. W. Rücker, Patentanwälte, Hannover, Am Klagesmarkt 10/11

Als Erfinder benannt:

Robert Moser, Saint GaIl (Schweiz);

Jacques Morel, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 6. Februar 1961 (851988)

geringerer Permeabilität besteht, einen großen Querschnitt aufweist, während die beiden Polstücke, die mit dem Nebenschluß an zwei Stellen fest verbunden

as sind und aus einem ferromagnetischen Material hoher Permeabilität bestehen, einen kleineren Querschnitt besitzen.

Es sind zwar bereits polarisierte Relais bekannt, bei denen der Nebenschluß nicht aus einem durchgehenden Stück aus magnetischem Material gebildet wird, sondern einen Luftspalt enthält. Ein solcher Luftspalt ist jedoch aus den bereits in Verbindung mit einer anderen Relaisart angegebenen Gründen nachteilig. Weiter ist bereits ein Relais bekannt, bei dem die beiden Polstücke als Schenkel eines U-Profils ausgebildet sind, das über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt besitzt. Auf die Basis dieses U-Profils ist ein Polarisationsmagnet aufgesetzt. Infolge der gegenüber der vorliegenden Erfindung abweichenden Querschnittsverhältnisse lassen sich die mit der Erfindung beabsichtigten Wirkungen jedoch nicht erzielen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der magnetische Nebenschluß durch eine starke zylindrische Schale gebildet, deren Umfangsränder mit den Polen des Dauermagneten zusammenarbeiten. Die Polstücke, die aus zwei zylindrischen Stäben bestehen, sind an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten angeordnet.

Auf diese Weise ergibt sich ein konstanter Bereich des Nebenschlusses, unabhängig von der Stellung des um seine Achse drehbaren Magneten. Der Wider-

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stand des Nebenschlusses ist gering und konstant auf Widerstand, der 0,0004: 0,05=0,008 beträgt, erfor-Grund der guten Flußführung, die durch den kreis- dert eine magnetomotorische Kraft von 1,6 AW, um förmigen Rand des Nebenschlusses gesichert ist. einen Fluß von 250 Maxwell durchzuleiten.

Es ist auch möglich, einen zweiten Nebenschluß Wenn das Relais geschlossen ist (F i g. 2), verteilt

vorzusehen, und zwar auf der anderen Seite des Per- 5 sich der gesamte Fluß Φ_Ρ des Permanentmagneten tnanentmagneten. Dieser Nebenschluß ist zweck- auf die beiden Kreise. Die Abschnitte des Nebenmäßig axial verschiebbar, um seinen Luftspalt gegen- Schlusses und die magnetomotorische Kraft des Perüber dem Magneten verändern zu können, und dreh- manentmagneten sind so ausgewählt, daß der Gebar, um seine den Magnetpolen gegenüberliegenden samtfluß Φ_Ρ 2250 Maxwell beträgt, von dem Flächen verändern zu können. Diese Steuerung io 2000 Maxwell (Fluß Φ_Ρ—Φ_η zwischen den Punkdurch den zweiten Nebenschluß kann mit der Steue- ten N₁ und S₁) durch den Nebenschluß und 250 Maxrung durch Drehen des Magneten verbunden wer- well (Φ,) durch den Ankerkreis fließen. Der magneden, wobei der zweite Nebenschluß die Wirkung des tische Widerstand des Nebenschlusses zwischen N₁ Flusses im ersten Nebenschluß und die Drehung des und S₁ muß demgemäß
Magneten den Sinuswert der Komponente der ma- 15

gnetomotorischen Kraft steuert, die den Fluß im An- ' =

kerkreis erzeugt. 0,8-2000

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung betragen.

werden im folgenden an Ausführungsbeispielen an Wenn man zum Zwecke der Erklärung die ma-

Hand der Zeichnungen näher erläutert. 20 gnetomotorische Kraft an den Rändern des Neben-

In den Zeichnungen stellt dar Schlusses, die durch den Dauermagneten erzeugt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht des Relais wird, mit 3 AW annimmt, ergibt sich daraus, daß der in geöffneter Stellung, Gesamtwiderstand des Nebenschlusses 0,00178 sein

F i g., 2 eine Ansicht gemäß F i g. 1 bei geschlosse- muß. Wenn der Ankerkreis geöffnet ist, nimmt der nem Relais, 25 Gesamtfluß Φ_ο im Nebenschluß den Wert

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 und 2 im 3

Augenblick des Ansprechens, Φ_ο = = 2,106 Maxwell

F i g. 4 eine schematische Ansicht des Relais, ^υ'° "^υ>υυι '°

F i g. 5 ein Diagramm des Flusses im Nebenschluß, und die magnetomotorische Kraft zwischen JV₁ und S₁

Fig. 6 einen Axialschnitt eines Ausführungsbei- 30 den Wert 1,685AW an.
spiels des Relais, Um den Fluß Φ_Γ völlig zu vernichten, muß im

Fig. 7 eine schematische Darstellung der wesent- Ankerkreis eine entgegengerichtete magnetomotolichen Teile des Relais, rische Kraft von 1,685 AW erzeugt werden. Der An-

F i g. 8 einen Axialschnitt eines weiteren Ausfüh- kerkreis öffnet sich, wenn der Fluß im Nebenschluß rungsbeispiels des Relais und 35 zwischen N₁ und S₁ in der Größenordnung der bei-

Fig. 9 Einzelteile eines dritten Ausführungsbei- den Werte Φ_ο und Φ_Ρ—Φ_Γ liegt, d. h. Φ₃ beträgt, wospieles in perspektivischer Darstellung. bei die magnetomotorische Kraft zwischen N₁ und S₁

Das Relais gemäß der Erfindung besteht im zwischen 1,6 und 1,685 AW liegt. Wenn sich die mawesentlichen aus einem Permanentmagneten 1, einem gnetomotorische Kraft zwischen N₁ und S₁ von 1,6 Nebenschluß 2 aus magnetischem Weicheisen, aus 40 auf 1,685 AW verändert, während gleichzeitig die zwei Stäben 3 aus einem magnetischen Material mit durch die Wicklung 4 erzeugte magnetomotorische großer Permeabilität, die Polstücke bilden und an Kraft von 0 auf 1,685 AW ansteigt, findet die Auszwei Punkten mit dem magnetischen Nebenschluß lösung für eine Anzahl von Amperewindungen in verbunden sind. Weiterhin besteht das Relais aus der Spule 4 zwischen 0 und 1,685 AW statt.
Wicklungen 4, die die Stäbe umgeben, aus einem 45 Wenn der magnetische Widerstand des Neben-Anker 5 aus magnetischem Material mit großer Schlusses sich ändert und der Wert 1,685 AW nicht Permeabilität und aus einer Feder 6, die auf den erreicht wird, ist es ebenfalls zweckmäßig, einen Anker eine dem magnetischen Anzug entgegenge- Nebenschluß mit maximaler Permeabilität zu wählen richtete Kraft ausübt. und, wenn möglich, ein Verhältnis Φ_ο : (ß>_F — Φ_Γ)

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Relais erzeugt der 50 ebenfalls in der Nähe von 1 zu erhalten (Fig. 5).
Magnet 1 im Nebenschluß 2 einen Kraftfluß. Auf Für eine Steuerung des Relais kann man die ma-

dem Nebenschluß 2 sind an den beiden Punkten N₁ gnetomotorische Kraft zwischen den Punkten ./V₁ und S₁ die Stäbe 3 aus einem magnetischen Material und S₁ sich ändern lassen. Bei den bisher bekannten von hoher Permeabilität befestigt. Wenn für das oben Relais mit rotierenden Magneten wird eine Ändebeschriebene Relais der Luftspalt zwischen dem An- 55 rung der magnetomotorischen Kraft durch Änderunker und dem geschlossenen Relais eine Stärke von gen des Flusses im Magnetkreis erhalten, und zwar 2 Mikron und eine Oberfläche von 0,05 cm² auf- durch Verminderung des Luftspaltabschnittes an der weist, und wenn die erforderliche Induktion, um die Verbindung zwischen dem Magneten und dem magewünschte Anzugskraft des Ankers gegen die Zug- gnetischen Kreis. In der Praxis verläuft eine derkraft der Feder unter Berücksichtigung eines gewis- 60 artige Veränderung in Abhängigkeit von der Rotasen Sicherheitsabstandes aufrechtzuerhalten, etwa tion des Magneten sehr schnell und plötzlich, so daß 5000 Gauß beträgt, dann muß der Magnetfluß in eine Steuerung schwierig ist. Bei dem Relais gemäß dem die Luftspalte enthaltenden Magnetkreis des der Erfindung (F i g. 4), bei dem der Nebenschluß 2 Ankers 5000-0,05=250 Maxwell betragen. Wenn die Form einer zylindrischen Schale besitzt mit einer die magnetische Permeabilität der Polstücke und des 65 großen Umfangsbahn Ί, auf der sich die Pole des Ankers sehr hoch sind, braucht nur der magnetische kreisförmigen Magneten 1 abstützen, wobei Vorzugs-Widerstand der Luftspalte im Kreis durch die Pol- weise seitliche Abflachungen 8 vorgesehen sind, ist stücke berücksichtigt zu werden. Dieser magnetische der Gesamtfluß im Nebenschluß konstant und maxi-

Claims

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mal, und zwar auf Grund des schwachen Wider- Der Ankerbolzen 16 erstreckt sich axial durch die

Standes der Luftspalte mit großem Flächenkontakt Bohrungen 9, 10 und 14, durch den Permanent-

und geringer Stärke. Da die magnetomotorische magneten 1, den schalenförmigen Nebenschluß 2 und

Kraft zwischen zwei Punkten eines Magnetflusses die Halterungsplatte 12 der Spulen hindurch. An dem proportional zur Entfernung dieser Punkte ist, ge- 5 den Enden 11 der Polstücke zugeordneten Ende des

messen parallel zur Achse des Flusses, ändert sich Bolzens ist der Anker 5 aus einem Material hoher

die magnetomotorische Kraft zwischen N₁ und S₁ Permeabilität angebracht. An den Enden des Bolzens

entsprechend dem Kosinus des Winkels α. Der Win- 16 sind Nuten vorgesehen, in die kreisförmige Gegen-

kel χ ist der Winkel, der von der magnetischen Achse platten 17 einfassen.

des Magneten 1 mit der Achse JV₁ S₁ gebildet wird. io Das Relais gemäß Fig. 8 stimmt in seinen wesent-

Da der Gesamtfluß des Nebenschlusses durch den liehen Teilen mit dem vorstehend beschriebenen

Permanentmagneten 1 und durch die Charakteristiken überein. Die gleichen Bauelemente sind deshalb mit

des Nebenschlusses in Form der Schale 2 bestimmt gleichen Bezugszeichen versehen. Dagegen ist die

ist, ergeben sich die Veränderungen der magneto- Bohrung 10 der Schale 2 mit einem Gewinde vermotorischen Kraft im Ankerkreis als eine Sinus- 15 sehen, um das Ende eines hohlen Schraubenbolzens

funktion des Winkels <x. Wenn man in bekannter 18 aufzunehmen, in dem der Ankerbolzen 16 ver-

Weise den Gesamtfluß des Nebenschlusses verändert, schiebbar gelagert ist. Die Bohrung 9 des Magneten 1

beispielsweise durch einen zweiten Nebenschluß, der ist vergrößert, um den Durchgang des Schraubenbol-

ein Teil des Flusses des Permanentmagneten ablenkt, zens 18 zu ermöglichen. Ein zweiter Nebenschluß in ergibt sich der Wert der magnetomotorischen Kraft 20 Gestalt einer Schale 19 aus Weicheisen, in der Form

als Funktion dieses neuen Flusses. Jedoch gibt die dem Nebenschluß 2 entsprechend, ist auf dem

Drehung des auf diese Weise durch Drehung des Schraubenbolzen 18 angeordnet, wobei der Rand

Magneten und des zweiten Nebenschlusses veränder- gegen den Magneten 1 gekehrt ist. Ein Abstand zwi-

ten Flusses noch eine sinusförmige Veränderung der sehen dem Magneten 1 und dem Nebenschluß 19

magnetomotorischen Kraft. 25 wird durch eine Feder 20 aufrechterhalten. Der Ab-

Die F i g. 6 und 7 zeigen eine zweckmäßige Aus- stand kann durch Drehen des Schraubenbolzens 18

führungsform des oben beschriebenen Relais. In die- verändert werden. Die Veränderung des Luftspaltes

sem Relais ist ein kreisförmiger Permanentmagnet 1 zwischen dem Magneten 1 und dem zweiten Neben-

mit zwei Abflachungen 8 an seinem Umfang vorge- Schluß 19 ergibt eine Veränderung des absoluten

sehen. Wie weiter unten beschrieben werden wird, 30 Wertes des im ersten Nebenschluß 2 erzeugten Flus-

kann sich dieser Magnet um eine Achse aus nicht- ses. Die Drehung des Permanentmagneten 1 ermög-

magnetischem Metall drehen, die in einer Axialboh- licht eine sinusförmige Veränderung der magneto-

rung 9 durch den Magneten hindurchgeführt ist. Der motorischen Kraft, die zwischen den beiden Stäben 3

Magnet 1 arbeitet mit einem kreisförmigen Neben- durch den Fluß erzeugt wird, dessen Wert selbst

Schluß in Form einer Schale 2 aus magnetischem 35 durch den Nebenschluß 19 gesteuert wird.

Weicheisen zusammen, deren Rand 7 eine kreisför- F i g. 9 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform

mige Krone bildet, auf der sich die äußeren Enden des Steuerteiles, bei der die Steuerung allein durch

des Dauermagneten 1 abstützen können. Die Schale 2 Drehung eines zweiten Nebenschlusses 21 bewirkt

besitzt ebenfalls eine Axialbohrung 10. Ihre Stärke wird. Zu diesem Zweck wird der Magnet 1 unver-

ist derart, daß bei dem durch den Permanentmagne- 40 schiebbar durch Anschläge 22 in seiner Stellung ge-

ten erzeugten Fluß der Nebenschluß eine maximale halten, die gegen die Abflachungen 8 anliegen. Der

Permeabilität aufweist und daß der Magnetfluß im zweite Nebenschluß 21 besitzt die Form einer zylin-

Nebenschluß wesentlich unterhalb des Sättigungs- drischen Schale, jedoch mit Abflachungen 23, derart,

flusses liegt. daß die Oberfläche des Luftspaltes zwischen dem

Am Boden der Schale 2 sind an zwei diametral 45 Nebenschluß 21 und dem Magneten 1 verändert wer-

gegenüberliegenden Punkten Bohrungen angeordnet, den kann. Der Nebenschluß 21 wird durch eine

in denen die Enden der beiden zylindrischen Stäbe 3 elastische Kappe 24, die durch den Schraubenbolzen

befestigt sind. Diese Stäbe 3 bestehen aus einem 18 unter Spannung gehalten wird, gegen den Magne-

Material hoher Permeabilität. Um dennoch eine aus- ten I gedrückt,

reichende Induktion in den Luftspalten des Ankers 50 Patentansorüche·
zu erhalten, sind die Enden 11 der Stäbe oder Pol-

stücke 3 mit einem verringerten Durchmesser ausge- 1. Relais hoher Empfindlichkeit mit einem

bildet. Die Oberfläche der Enden dieser Polstücke ist Permanentmagneten, dem ein magnetischer Ne-

mit großer Genauigkeit poliert, um den Widerstand benschluß zugeordnet ist, welcher zwei Polstücke

der Luftspalte möglichst weit zu vermindern. Durch 55 trägt, die mit einem Anker zusammenwirken und

diese Maßnahme wird ein Luftspalt gegenüber der von denen mindestens eines eine Wicklung trägt,

Platte von einigen Mikron erreicht. dadurch gekennzeichnet, daß der

Auf den Stäben 3 sind zwei in Serie miteinander magnetische Nebenschluß, der aus einem ferro-

verbundene Wicklungen 4 angeordnet. Sie werden magnetischen Material geringerer Permeabilität

durch eine Platte 12 aus Plastikmaterial in ihrer Lage 60 besteht, einen großen Querschnitt aufweist, wäh-

gehalten. Diese Platte erfaßt die Polstücke, läßt rend die beiden Polstücke, die mit dem Neben-

jedoch die Enden 11 frei. Die Halterungsplatte weist schluß an zwei Stellen fest verbunden sind und

zwei Nocken 13 auf, die zur Führung am Anker die- aus einem ferromagnetischen Material hoher

nen. Auf der Außenfläche ist um die zentrale Boh- Permeabilität bestehen, einen kleineren Quer-

rung 14 der Halterungsplatte eine kreisförmige Aus- 65 schnitt besitzen.

nehmung angeordnet, die das ihr zugekehrte Ende 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

einer konischen Spiralfeder 15 aufnimmt. Die Spiral- zeichnet, daß der magnetische Nebenschluß durch

feder 15 entspricht der Feder 6 in Fig. 1. eine starke, zylindrische Schale gebildet ist, deren

Umfangsränder mit den Polen des Permanentmagneten zusammenarbeiten, und daß die Polstücke, die aus zwei zylindrischen Stäben bestehen, an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten angeordnet sind.

3. Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Permanentmagneten relativ zur Axialebene der Polstücke einstellbar ist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, steuerbarer Nebenschluß auf der vom ersten Nebenschluß abgekehrten Seite des Magneten angeordnet ist.

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Nebenschluß axial verschiebbar ist um die Stärke des Luftspaltes gegenüber dem Magneten zu verändern.

6. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Nebenschluß drehbar ist, um seine den Magnetpolen gegenüberliegende Fläche zu verändern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 890 992;
französische Patentschrift Nr. 1246 839;
USA.-Patentschrift Nr. 2784 352.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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