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Polarisiertes Relais mit bilateral beweglichem Anker Die Erfindung
bezieht sich auf ein polarisiertes Relais mit bilateral beweglichem Anker für Fernmel#de-,
insbesondere Fernsprechanlagen.
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Die Erfindung bezweckt, durch Verringerung des Raumbedarfs und Erhöhung
der Ansprechempfindlichkeit ein polarisiertes Relais für Speicherzwecke geeignet
zu machen.
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Für Speicherzwecke muß das Schaltmittel zwei Schaltzustände fixieren
können, durch sehr kurze Stromstöße umstenerbar sein und vorteilliafterweise einen
sehr geringen Raumbedarf und geringen Aufwand aufweisen.
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Die Verwendung von bilateral beweglichen Ankern ist bei Gleichstromrelais
bekannt, jedoch können diese namentlich für Speicherzwecke nicht verwendet werden,
da sie für jede Arbeitsstellung eine eigene Erregerspule benötigen und nach Abschaltung
die während der Erregung betätigten Kontakte nicht in der Arbeitsstellung halten.
Abgesehen davon sind das Gewicht und die Reibung des Ankers bei den bekannten Ausführungen
zu groß und die Umschaltezeit von einer Endlage in die andere zu lang. Es sind auch
polarisierte Relais bekannt, bei welchen ein bilateral beweglicher Anker als permanenter
Magnet ausgebildet ist und auf Otiecksilber schwimmt, das er beim Eintauchen verdrängt,
wobei das Quecksilber dann zwei Kontakte überbrückt. Diese Refa-is besitzen jedoch
nur eine Arbeitsstellung und haben einen großen Raumbedarf und eine geringe Empfindlichkeit.
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Für einen elektroniagnetischen, durch Wechselstrom betriebenen Schwingankermotor,
dessen hilateral beweglicher Anker unter dem Einfluß eine Feder steht, ist es bekannt,
den Anker innerhalb einer Spule anzuordnen, an deren Außenseite zwei Paare von permanenten
Magneten angeordnet sind, die mit einer Polplatte zwischen den beiden Wicklungen
der Spule hindurchgreifen, wobei die Polpilatte senkrecht zur Längsachse des Ankers
auf seine Mitte zu gerichtet ist. Zur Führung des permanenten und des Wechselflusses
dient ein Jochrahmen, der sich unter Zwischenschaltung eines großen, den Streufluß
unterbindenden Zwischenraumes längs der permanenten Magnete erstreckt. Durch die
Anordnung eines zu dem Raum für die übrigen Teile zusätzlichen Zwischenraumes sowohl
als auch durch die große Zahl der Teile wird aber dieses Magnetsystem sehr groß
und aufwendig und ist nicht geeignet, zwei Schaltzustände fixieren zu können.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei Wekkersystemen den Raumbedarf
herabzusetzen und die Ansprechempfindlichkeit zu erhöhen, dadurch, daß ein in der
Spule längsverschiebbarer Anker, der zugleich als Stößel Schallstrahler, z. B. Glocken,
anreizt, zwischen gleichnamigen Polen zweier Permanentmagnete angeordnet wird. Die
Kraftlinien der beiden gleichnamigen Pole greifen zu beiden Seiten des Ankers an.
Sie magnetisieren den Weicheisenanker in der Weise, daß an seinen Enden gleiche
Polarität auftritt. Der Anker ist in der Mitte des resultierenden Feldes zwischen
den beiden Magneten mittels einer als Hülse ausgebildeten Führung, die nur eine
Längsverschiebung des Ankers zuläßt, mechanisch stabilisiert. Der Anker ist damit
in der Hülse bezüglich des Magnetfeldes nahezu kräftefrei, d. h. ohne zusätzlichen
Reibungseinfluß verschiebbar. Die Gegenpole gegenüber den Ankerenden werden bei
der vorgeschlagenen Einrichtung von zwei Flußleitblechen gebildet, zwischen denen
die Ankerenden frei hindurchgreifen. Bei Erregung mit Wechselstrom führt der Anker
hin- und liergehende Schwingungen aus.
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Es wird nun unter Verwertung des dem vorgeschlagenen Weckersystem
zugrunde liegenden Aufbauprinzips ein polarisiertes Relais geschaffen, dessen Aufwand,
Größe und Empfindlichkeit seine Verwendung als Schaltelemente für Speicherzwecke
zulassen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Anker zwischen derart
im Innern der Relaisspule angeordneten Permanentmagneten verschiebbar gelagert ist,
daß die Anzugskräfte der einzelnen Magnete sich in bezug auf den Anker gegenseitig
aufheben, daß die Perrnanentmagnete mit ihren gleichnamigen Polen dein Anker zugekehrt
sind und daß in den Arbeitslagen des Ankers das jeweilige Ankerende nach Abschaltung
der Relaisspule an einem Gegenpol bis zur nachfolgenden gegensinnigen Erregung der
Relaisspule magnetisch gehalten wird. Auf diese Weise kann das polarisierte Relais
durch Betätigung von zwei Kontaktfedersätzen mittels zweier an den beiden Ankerenden
angebrachten Pimpeln zwei Schaltzustände fixieren. Das periiianente
Magnetfeld
wird gleichzeitig für den Antrieb des Ankers ausgenütit. Der Anker hat nur eine
geringe Reibung wegen der sich aufhebenden Anzugskräfte der permanenten Magnete
und kann von geringein Gewicht sein. Durchentsprechende Bemessung der zu betätigenden
Kontaktfedern, welche den Anker aus der Arbeitslage zurückzuschieben trachten, und
der magnetischen Haftkraft kann das Relais auf äußerste Empfindlichkeit eingestellt
werden. Die Magnete und die Spulen können besonders klein gehalten j werden und
ergeben in Verbindung mit ihrer Ineinanderfügung einen Raumbedarf. der nur einen
Bruchteil eines entsprechend bestückten Flachrelais ausmacht.
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Um den magnetischen Str-eufluß bei dem Anker möglichst klein zu halten
und den Einfluß der auf den Anker in entgegengesetzter Richtung einwirkenden Permanentmagnete
möglichst günstig zu gestalten, können in vorteilhafter - Weiterbildung der
Anker einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und zwei Permanentmagnete gegenüber
den Breitseiten des Ankers angeordnet sein, vorzugsweise in der Höhe der Mitte des
ruhenden Ankers. Die Beschränkung auf zwei Perinaiientmag-,nete erlaubt, den Aufwand
und den Relaisdurchmesser auf ein Minimum herabzusetzen. Der rechteckige Ankerquerschnitt
hat gegenüber einem runden Onerschnitt den Vorteil, daß die Permanentmagnete ebenfalls
flach ausgebildet werden können un d einfacher züi magnetisieren sind. Die
Austrittsflächen für den Streufluß am rechteckigen Anker iverden nur von seinen
schmalen Begrenzungsflächen gebildet, von denen die längsseiti ' gen wegen
der Kleinheit des beschriebenen Systems verhältnismäßig kurz sind. Die Anordnung
der Permanentniagnete in Höhe der Mitte des ruhenden Ankers gewährleisten eine gleichmäßige
Verteilung der senkrecht zur Bewogungsrichtung des Ankers eintretenden Kraftlinien.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken können die Gegenpole von rahinenartigen
Flußleitblechen gebildet werden, welche die Rel aisspule umfassen. Damit wird ein
gedrängter Aufbau erzielt. Infolge des Z, l# z# verhältnismäßig großen, im
wesentlichen durch die Wicklungshöhe bedingten Abstandes zwischen Pernianentmagnet
und Flußleitblech, der mit Hilfe der bekannten hochkoerzitiven Magnetstoffe, z.
B. Eisen-Barium-Oxyd, ohne weiteres überbrückt werden kann, wird der -esamte Widerstand
des magnetischen Krei-"es für die Permanentmagnete so groß gehalten, daß
toleraiivbedingte Abweichungen in den Luftspalten zwischenAnker und Magneten in
bezug auf dieKräfte zwischen ihnen unerheblich bleiben.
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Eine den Aufwand an Betätigungsenergie herabsetb zende Ausbildung
kann dadurch erzielt werden, daß der Anker bei seiner Verschiebun - von einer
Arbeitslage in die andere unter dein Einfluß einer in der er sten Arbeitslage betätigten
Feder verbleibt, bis er vor Erreichung der anderen Arbeitslage auf eine ent-"e#
. kende Feder auftrifft und daß beide 1. "en-esetzt wir Feder ii eine gleiche
Kraftcharakteristik haben. Damit unterstützt die vorbetätigte Feder das Spannen
der nachbetätigten Feder, währenddessen der Luftspalt zwischen dem gepolten Ankerende
und dem Gegenpol sieh verringert und das magnetische Feld erst bei verringertem
Luftspalt die Weiterbewegung :des Ankers allein übernimmt. Wegen der geringen zu
bewegenden Masse des Ankers und der relativ großen Antriebskraft ist die Beschleunigun-
des Ankers groß und daher die Umschaltezeit von einer Endlage in die andere
b
gering. Eine weitere Schaltfunktion kann dem polarisierten Relais dadurch
gegeben werden, (laß der beiden Kontaktfedern mit einer solchen Kraft auf den Anker
wirkt, daß er bei einem Abwerfimpuls, der kurzzeit;-ger ist als die Dauer seiner
Bewegung von einer Arbeitslage in die andere, in der Mitte zwischen beiden Arbeitslagen
zur Ruhe kommt. je nach der Richtung des Erregerstromes kann der eine oder der andert-Kontaktfedersatz
betätigt werden, und je nach Zeitdauer des der pernlanenten Haltekraft entgegenwirkenden
Abwerfimpulses kann ein weiterer Schaltvorgang oder eine Ruhestellung des Ankers
bewirkt werden.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines Au,-führungsbeispieles
beschrieben, das in anliegender Zeichnung im Prinzip dargestellt ist.
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Auf einen Spulenkörper 1 ist die Erregerspule 2 n
eines
Relais gewickelt. Der Spulenkörper 1 nimmt zwei querniagnetisierte permanente
Magnete 3 und 4 auf, die vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt haben
und aus hochk-oerzitivem Dauermagnetstoff, z. B. Eisen-Barium-Oxyd, bestehen. Zwischen
den beiden Magneten 3 und 4 ist ein Stabanker 5 au-" mag-iietisch
weichem Material längsverschiebbar angeordnet. Die Perinanentmagnete 3 und
4 liegen so zu dem Anker, daß ihre gleichnamigen Pole gegen die Breitseite,., des
Ankers 5 gerichtet sind und das Polfeld sich symnietrisch zu der Ankermitte
verteilt, wenn der Anker 5
sich in der mittleren Ruhestellung befindet. Die
Permanentmagnete 3 und 4 magnetisieren den Weicheisenanker 5 in der
Weise, daß an seinen E#iilun gleiche Polarität auftritt. Der Anker 5, der
in der Mitte des resultierenden Feldes zwischen den beiden Magneten 3 und
4 liegt, ist mittels einer Führung 6.
die nur eine Längsverschiebung des Ankers
5 zuläßt. mechanisch stabilisiert. Die gleich starken Magnete 3
und
4 üben in dieser Lage des Ankers 5 quer zu seiner Längsausdehnung (Bewegungsrichtung)
gleichmäßig t' ZD t' 13 ># große, aber entgegengesetzt gerichtete Zugkräfte auf
ihn aus. Der Anker 5 ist daher in der Führung 6 be-
züglich des Magnetfeldes
nahezu kräftefrei. d. h. ohne zusätzliche Reibun-, verschiebbar. Die Führtin-
6
kann dem Spulenkörper 1 angeformt sein oder mit ihm aus einem Stück
bestehen. An Stelle der dargestellten durchgehenden Hülsen kann die Führung
6
auch als hülsenförmige Ansätze ausgebildet werden. die zu bei-den Seiten
in den Spulenkörper 1 hineinragen. Der Spulenkörper 1 wird von einem
rahmenartigen Flußleitblech 7 umgeben, durch dessen Öffnungen 8' Ansätze
9 und 10 aus nichtmagneti-schem Material an den En-den des Ankers
5 hinrhirchtreten. An den Öffnungen 8 weist das Flußleitblech
7 nichtmagnetische Scheiben (Trennbleclie-) 11 an seinen den Ankerenden
zugekehrten Seiten auf. Der Spulenk-93rper 1 kann so geformt werden, daß
er gleichzeitig zur Befestigung zweierKontaktfedersätze12 und 13 dient. gegen
deren Betätigungsfedern 14 bzw. 15 die Ansätze 9 bzw. 10 drücken.
Der Abstand der Schenkel der Flußleitbleche 7 ist etwas größer als die Länge
des Ankers 5, womit ein bestimmter Betätigungsweg für z# el den Anker gegeben
ist. Die Enden des Ankers 5 erhalten durch die ihm zugekehrten gleichnainigen
Pole der Permanentmagnete 3 und 4 eine igleichnainige Polarität gleicher
Stärke. Die an den Ankerenden austretenden Flüsse, die einander entgegengesetzt
gerichtet sind, halten jeweils den Anker an einem der Schenkel, in der gezeichneten
Stellung am rechten des Flußleitbleches 7 fest. Durch entsprechende Bemessung
der Trennblechdicke kann die Haltekraft so eingestellt werden, daß sie nur um ein
geringes größer ist als die Gegenkraft der Betätigungsfeder 15, wobei Kontaktsicherheit
und Stoßfestigkeit zu berücksichtigen
sind. Ein durch die Spule
2 geschickter Strom erzeugt einen durch den Anker 5 und die Leitbleche
7
gehenden elektromagnetischen Fluß, der das permanente Feld im Anker
5 überlagert und dieses an einem Ankerende schwächt und am anderen verstärkt.
Der Anker 5 schnellt ab einer bestimmten Erregung von seiner dargestellten
Arbeitslage in die Gegenlage, wo er auf die Betätigungsfeder 14 trifft. Die beiden
Betätigungsfedern 14 und 15 sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie gleiche
Kraftcharakteristiken haben und die Feder 15 mit dem Anker 5 erst
außer Eingriff kommt, wenn er bereits mit der Gegenfeder 14 in Berührung steht.
Damit wird die Bewegung des Ankers 5 bis zu seiner Mittellage von den Federn
14 Z,
bzw. 15 unterstützt. Unterdessen ist der andere Luftspalt zwischen
dem Anker 5 und dem Flußleitblech 7
so klein geworden, daß schon ein
schwächeres Feld genügt, den Anker 5 weiter bis zum Anliegen an das Flußleitblech
7 zu bewegen. Bei einer derartigen Ausbildung und Anordnung der Federn 14
und 15 reicht außerdem ein kurzzeitiger Abwerfinipuls, z. B. eine Kondensatorentladung
aus, um den Anker 5 von dem Flußleitblech 7 zu trennen und ihn allein
unter dem Einfluß der Federn 14 und 15 in seine Mittellage zurückzuführen,
in welcher er zur Ruhe kommt, da hier die beiden Federkräfte sich gegenseitig aufheben.