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Elektromagnetisches Relais Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches
Relais, das einen Permanentmagneten und einen innerhalb einer Erregerspule angeordneten
Anker aufweist, der zwischen Magnetpolschuhen geführt wird, als beweglicher Schaltkontakt
ausgebildet ist und in seinen beiden stabilen Endstellungen unmittelbar die zu steuernden
Stromkreise schließt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der vorstehend
bezeichneten Art zu schaffen, das möglichst einfach ausgebildet ist, aus möglichst
wenigen Einzelteilen besteht und keine besonderen Isoliermaterialien aufweist, leicht
zusammenzubauen ist und keine Justierung erfordert, prellfrei oder annähernd prellfrei
schaltet und sich als Speicherelement für Rechenvorrichtungen, Datenverarbeitungsanlagen
u. dgl. eignet.
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Relais, bei denen ein beweglicher Anker zwischen Magnetpolschuhen
geführt ist, sind in zahlreichen Baumustern bekannt. Bei einer Reihe von Ausführungsformen
dient der Anker ausschließlich als Stellglied zur Betätigung der Kontakte. Bei anderen
Ausführungsformen dient der Anker selbst als beweglicher Kontakt. Beispielsweise
ist ein elektromagnetisches Relais bekannt, bei dem der die Kontakte betätigende
bewegliche Teil (Anker) in der Ruhelage durch einen Permanentmagneten und in der
Arbeitslage durch elektrisch erzeugte Magnetkräfte festgehalten wird. Der Anker
ist vorzugsweise von der Erregerwicklung umschlossen, führt mit seinem freien Ende
einen Kontakt, der mit einstellbaren Gegenkontakten zusammenarbeitet. Für eine einwandfreie
Wirkungsweise dieses Relais ist eine genaue Justierung erforderlich.
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Bei einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen bilden die Magnetpolschuhe
gleichzeitig die feststehenden Kontakte der zu steuernden Stromkreise. So ist eine
elektrische Schalteinrichtung mit mindestens zwei relativ zueinander entgegen einer
Rückstellkraft beweglichen Schaltteilen bekannt, bei der die Berührungsflächen -des
einen Schaltteils eine sich gegen den anderen Schaltteil öffnende Aussparung bilden,
in die dieser andere Schaltteil bei dem Schaltvorgang mindestens teilweise eingreift.
Es handelt sich hierbei jedoch nicht um ein Relais der vorliegenden Gattung, bei
dem der schaltende Anker zwei stabile Endstellungen einnehmen kann und je nach Lage
entweder den einen oder den anderen von zwei verschiedenenen Stromkreisen schließt.
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Weiter ist eine Einrichtung mit magnetisch gesteuerten Kontakten,
insbesondere für Gleichrichter oder Umformer, bekannt, bei der die Polstücke und
der Anker als Kontakte verwendet werden. Diese bekannte Einrichtung weist keinen
Permanentmagneten auf; für den Aufbau sind Isoliermaterialien erforderlich; es sind
sowohl um den Anker als auch um die Magnetjoche Erregerwicklungen vorgesehen, und
der Anker kann nur bei ständigem Stromzufluß durch die Wicklungen in einer seiner
Kontaktstellungen gehalten werden.
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Bei einer weiteren bekannten Schaltanordnung, bei der die Polschuhe
und der Anker die Kontakte bilden, ist ein genau geformter Kunststoffträger mit
Abstandhalter und äußeren Schultern zur Isolierung der stromführenden Teile und
zur Festlegung der Bauteile in der gewünschten Lage erforderlich. Es wird eine äußere
Erregerspule mit einem zusätzlichen U-förmigen Kern benötigt. Zwischen dem zentral
angeordneten Magneten und den umgreifenden Teilen müssen besondere Isolierstreifen
angeordnet werden. Die bekannte Einrichtung ist also verhältnismäßig kompliziert
ausgebildet.
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Bei einem weiteren bekannten Relais, bei dem die Magnetpolschuhe und
der Anker als Kontakte dienen, ist auf der einen Seite ein Permanentmagnet und auf
der anderen Seite ein Elektromagnet vorgesehen. Der Anker besitzt nur eine stabile
Endstellung, und zwar am Permanentmagneten. Wenn die andere Ankerstellung gehalten
werden soll, ist ein ständiger Stromfluß durch den Elektromagneten erforderlich.
Es hat sich gezeigt, daß ein derartiges Relais zur Verwendung als Speicherelement
wenig geeignet ist. Weiterhin sind auch bei diesem bekannten Relais besondere Vorkehrungen
zur Isolierung der stromführenden Teile voreinander erforderlich.
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Die Relais bekannter Ausführungsarten setzen sich aus verhältnismäßig
vielen Einzelteilen zusammen, und meist sind bei der Montage Niet-, Schraub-, Kleb-
oder Lötverbindungen erforderlich. Dies bedingt eine gewisse Mindestgröße, die nur
schwer oder zumindest nicht mit Kostenersparnis unterschritten werden kann. Die
vergleichsweise komplizierte Ausbildung und der notwendige Aufwand für die Montage
und die gegebenenfalls erforderliche Justierung
verursachen einen
verhältnismäßig hohen Herstellungspreis. Relais mit nur einer stabilen Endstellung
sind insbesondere bei Verwendung als Speicherelement in Recheneinrichtungen, Datenverarbeitungsanlagen
u. dgl. verhältnismäßig störanfällig. Aus diesen Gründen sind die bekannten Relais
bei einer Reihe von Verwendungsgebieten nur beschränkt oder gar nicht zu gebrauchen.
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Durch die Erfindung werden derartige Nachteile beseitigt. Ausgehend
von einem elektromagnetischen Relais mit einem Permanentmagneten und einem innerhalb
der Erregerspule angeordneten und zwischen den Magnetpolschuhen geführten, als beweglicher
Schaltkontakt ausgebildeten Anker, der. in -seinen beiden stabilen Endstellungen
unmittelbar die zu steuernden Stromkreise schließt, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die Magnetpolschuhe durch einen Permanentmagneten, --der völlig aus einem nicht
stromleitenden Material, z. B. einem Sintermagneten, besteht und zwischen den Schenkeln
der Polschuhe ängeordnei ist, sowohl polarisiert als auch galvanisch gegeneinander
isoliert sind und gleichzeitig in an sich bekannter Weise die feststehenden Kontakte
der zu steuernden Stromkreise bilden.
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Ein solches Relais--eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von
Mehrfachrelais, insbesondere von Mehrfachkleinrelais. Bei einem derartigen Mehrfachrelais
sind mehrere Einheiten aus Polschuhen, Anker und Erregerspule auf einen gemeinsamen
Permanentmagneten aus galvanisch nichtleitendem Material aufgesteckt, und das Ganze;
ist in einem einzigen Gehäuse montiert.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Relais ist der bewegliche
Anker in einer Federplatte gelagert, die ihn bei stromlosem Zustand des Relais mechanisch
stabil in der durch den vorausgehenden Impuls bestimmten Endstellung in Anschlag
am entsprechenden Magnetpolschuh hält.
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Das Relais ist sehr einfach und kompakt ausgebildet. Vorzugsweise
umgreifen die Magnetpolschuhe mit dem zwischen ihren Schenkeln angeordneten Permanentmagneten
die Errergerspule, in der der Anker liegt. Hierdurch ergibt sich eine gegen äußere
Einwirkungen unempfindliche Bauweise. Das Relais besteht aus sehr wenigen leicht
herzustellenden Einzelteilen, besondere Isoliermittelschichten sind nicht erforderlich.
Die Einzelteile können durch Zusammenstecken ohne Niet-, Schraub-, Kleb- und Lötverbindungen
rasch und einfach montiert werden, eine Justierung ist nicht erforderlich. Trotz
der Einfachheit und billigen Herstellung ist eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Das Relais schaltet prellfrei oder annähernd prellfrei, da der bewegliche Kontakt,
d. h. der Anker, bei Erreichen der Endstellung durch den feststehenden Kontakt selbst,
d. h. den betreffenden Magnetpolschuh, mit beträchtlicher magnetischer Anziehungskraft
festgehalten wird; eine Schwingbewegung und eine Funkenbildung werden hierdurch
weitgehend vermieden. Der Anker verbleibt in der durch den vorausgehenden Impuls
bestimmten Endstellung, bis er durch einen Impuls umgesteuert wird.
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Das Relais eignet sich vorzüglich zur Verwendung als Speicherelement
in Recheneinrichtungen, Datenverarbeitungsanlagen u. dgl.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, in der in schematischer
Weise ein polarisiertes Relais dargestellt ist, weiter erläutert. Das Relais umfaßt
als wesentliche Bauteile einen Anker 1 mit einer Stromzuführung 2, einen aus einem
nicht stromleitenden Material bestehenden Permanentmagneten 3, Magnetpolschuhe 4
und 5, eine den Anker umgreifende Erregerspule 6 und Anschlüsse 7 und B für die
zu steuernden Stromkreise.
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Der Anker 1 dient als beweglicher Schaltkontakt und ist hierzu über
die Zuleitung 2 mit den zu steuernden Stromkreisen verbunden. Als Anker genügt ein
kurzer Metallstab. Das Relais ist durch den Permanentmagneten 3 polarisiert. Dieser
besteht völlig aus einem galvanisch nichtleitenden permanentmagnetischen Material,
z. B. einem Sintermagneten. Der Per-- manentmagnet- ist zwischen den Schenkeln der
Magnetpolschuhe 4 und 5 angeordnet, so daß er die Magnetpolschuhe sowohl polarisiert
als auch galvanisch gegeneinander isoliert. Hierdurch werden besondere Isoliermittelzwischenschichten
überflüssig.
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Die Ankerbetätigung erfolgt durch die Erregerspule 6. Bei Stromfluß
durch die Spule schlägt der Anker auf die eine oder die andere Seite, je nach der
Stromrichtung. In seinen Endstellungen liegt der Anker an den Magnetpolschuhen
4 bzw. 5 an. Die Magnetpolschuhe bilden gleichzeitig die feststehenden
Kontakte der zur steuernden Stromkreise, die bei 7 und 8 angeschlossen
sind.
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Zweckmäßig umfassen die Magnetpolschuhe 4
und 5 die Erregerspule
6, wobei der zwischen den Schenkeln der Magnetpolschuhe liegende Permanentmagnet
3 die daran anliegenden Polschuhe in der richtigen räumlichen Lage hält.
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Die vorstehend beschriebene Ausbildung des Relais ergibt eine sehr
einfache gedrängte Bauform.
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Da die feststehenden Kontakte in an sich bekannter Weise von den Polschuhen
gebildet werden, zieht bei Betätigung der Erregerspule der entsprechende Kontakt
selbt den Anker an. Die magnetischen Flußlinien durch den Permanentmagneten, den
entsprechenden Polschuh und den Anker sind praktisch geschlossen, es entsteht ein
Nutzflußspalt optimaler Magnetflußdichte, und der Anker liegt fest und sicher am
Polschuh, d. h. am feststehenden Kontakt, an. Die zulässige Toleranz hinsichtlich
der Ankerlage ist beträchtlich. Eine Justierung zur Ausrichtung von Ankerdrehpunkt,
Polschuhen und Kontakten ist nicht erforderlich. Auch durch verhältnismäßig grobe
äußere Einwirkungen wird die Betriebssicherheit nicht beeinträchtigt.
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Das beschriebene Relais schaltet trotz seiner einfachen Ausbildung
annähernd prellfrei. Infolge des ungestörten Magnetflusses durch den Permanentmagneten,
die Polschuhe und den Anker und die große Berührungsfläche zwischen Anker und den
als Kontakten dienenden Polschuhen entsteht zwischen diesen beiden Bauteilen eine
starke magnetische Anziehung. Diese verhindert, daß sich der Anker nach dem Anschlag
wieder von dem Polschuh entfernt und ein Prellvorgang entsteht; sie sorgt vielmehr
für eine starke Haftung der Teile aneinander, solange die magnetische Anziehung
andauert, und für einen hinreichend starken Kontaktdruck. Durch weitgehende oder
vollständige Ausschaltung der Prellung wird eine hohe Lebensdauer der Relais erzielt.
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Die prellfreie Haftung des Ankers an den Polschuhen und die verhältnismäßig
große Berührungsfläche zwischen Polschuhen und Anker gewährleisten eine gute Schaltfähigkeit
des Relais. Es können mit schwachen Steuerimpulsen hohe Ströme in
einem
maximalen Steuerverhältnis bis zu etwa 1:10 000 geschaltet werden.
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Das Relais eignet sich ausgezeichnet für die Herstellung von Mehrfachrelais.
Hier wird ein durchlaufender Permanentmagnet aus dem galvanisch nichtleitenden Material,
z. B. ein Sintermagnet, mit mehreren Einheiten aus Polschuhen, Anker und Erregerspule
in einem einzigen Gehäuse zusammengefaßt.
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Das Relais kann ohne Schwierigkeiten sehr klein ausgebildet und ohne
alle Befestigungs- und Justierelemente, wie Nieten, Schrauben od. dgl., durch einfaches
Zusammenstecken der Bauteile in einem Kunststoffgehäuse montiert werden. Bei der
Herstellung von Mehrfachrelais werden zweckmäßig mehrere Einheiten aus Polschuhen,
Anker und Erregerspule auf einen gemeinsamen, durchlaufenden Permanentmagneten aus
galvanisch nichtleitendem Material aufgesteckt, und die ganze Anordnung wird in
ein gemeinsames Gehäuse eingesetzt. Der durchlaufende Permanentmagnet bewirkt dann
nicht nur eine galvanische Isolierung der beiden jeweils zu ein und derselben Einheit
gehörenden Magnetpolschuhe gegeneinander, sondern auch eine galvanische Isolierung
der nebeneinander angeordneten Einzelrelais. Gleichzeitig polarisiert er sämtliche
Einzelrelais.
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Die Einfachheit der Ausführung und Montage, der geringe Preis und
die Möglichkeit eines leichten Austausches bei steckbarer Führung in einer Kleinfassung,
entsprechend der Halterung von Transistoren oder Röhren, ermöglichen eine Verwendung
des Relais auf Gebieten, für die die bisher bekannten Relais ungeeignet oder zu
teuer waren. Beispielsweise sei auf die Verwendung als Speicherelemente in Rechenvorrichtungen,
Datenverarbeitungsanlagen u. dgl. hingewiesen.
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Bei derartigen Speicherelementen wird der Anker vorzugsweise so gelagert,
daß er bei stromlosem Zustand des Relais mechanisch stabil in der durch den vorausgehenden
Impuls bestimmten Endstellung in Anschlag an dem entsprechenden Magnetpolschuh und
damit an dem entsprechenden Kontakt verharrt. Der Anker kann hierzu vorteilhaft
in eine Federplatte eingesteckt sein, die gleichzeitig als Stromzuführung, Ankerhalterung
und mechanisches Betätigungselement wirkt, wobei die Federplatte mit Anker z. B.
zwischen den Magnetpolschuhen, dem Permanentmagneten und der Erregerspule eingeklemmt
sein kann.
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Ein derartiges Relais kann für eine Schaltung hoher Leistungen in
einer Größe von kaum einem Kubikzentimeter Raumbeanspruchung ausgebildet werden.