DE1000528B - Einrichtung an polarisierten elektromagnetischen Relais mit einseitiger Ruhelage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf polarisierte elektromagnetische Relais, insbesondere auf einseitig stabile Relais.

Die meisten Arten von polarisierten Relais sind mit einem Anker aus magnetischem Material versehen und erfordern für ihre Arbeitsweise ein Gleichgewicht zwischen der durch eine Feder auf einen Anker ausgeübten mechanischen Kraft und der durch das polarisierte Magnetsystem hervorgerufenen, auf dem Anker ausgeübten magnetischen Kraft. Die mechanische Kraft verleiht dem Anker eine positive Steilheit und versucht, ihn in einer neutralen Stellung zwischen den beiden Seitenkontakten zu halten, während die magnetische Kraft eine negative Steifheit erzeugt und versucht, den Anker aus einer Stellung des instabilen Gleichgewichts heraus gegen das nächste Polstück zu ziehen.

Im Fall eines beiderseitig stabilen Relais ist die magnetische Steifheit größer als die mechanische, so daß die resultierende Steifheit negativ ist und demzufolge der Anker sich aus der Stellung des instabilen Gleichgewichts heraus mit steigender Kraft bewegt, bis er durch einen der Seitenkontakte angehalten wird.

Um die gewünschte Wirkungsweise eines einseitig stabilen Relais herbeizuführen, war as üblich, den einen Seitenkontakt in Richtung auf die Mittelstellung oder darüber hinaus zu setzen und den entgegengesetzten Seitenkontakt so anzuordnen, daß man den erforderlichen Kontaktspalt erhält. Dann ist natürlich der Anker daran gehindert, die Mittelstellung einzunehmen, und folglich überquert während einer Bewegung des Ankers von einem Kontakt zum andern das Stück des Ankers im Arbeitsluftspalt des Relais nur einen Teilabschnitt des Luftspaltes an der einen Seite der Mitte. Somit ist bed einem gegebenen Luftspalt die verfügbare Bewegung an den Kontakten erheblich eingeschränkt bzw. vermindert.

Erfindungsgemäß wird ein einseitig stabiles, eisenbewegendes, polarisiertes elektromagnetisches Relais derart ausgebildet, daß sowohl die auf den Anker einwirkende mechanische Kraft als auch die magnetische Kraft, welche durch den Polarisierungsmagnetfluß hervorgerufen wird, bei ungefähr der gleichen Stellung des Ankers, welche aus der Mittelebene des Relaisluftspaltes herausgerückt bzw. versetzt zu ihr und außerhalb des Bewegungsbereiches des Ankers liegt, zu Null werden. In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Seitenkomtakte so einzustellen, daß die Grenzpunkte der Bewegung des Ankers gleich weit von der Mitfcelebene dee Luftspaltes oder der Luftspalte zu liegen kommen.

Durch die Erfindung wird der vorgeschilderte Nachteil beseitigt, da das Relais arbeiten kann, ohne daß die Seitenkontakte relativ zur Mittelebene des Relais Einrichtung an polarisierten

elektromagnetischen Relais

mit einseitiger Ruhelage

Anmelder: Telephone Manufacturing

Company Limited, London,

und Rupert Evan Howard Carpenter,

South Croydon, Surrey (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 29. Mai 1952

ao Frederick Emil Rommel, Ilford, Essex, und Rupert Evan Howard Carpenter, South Croydon, Surrey

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

verschoben bzw. versetzt werden müssen; folglich kann der Anker, wenn man von irgendwelchen durch die Seitemkontakte bedingten Begrenzungen seiner Bewegung absieht, über die ganze Länge des Arbeitsluftspaltes hinweg spielen bzw. sich bewegen. Der Anker wird dann am Erreichen der neutralen Gleichgewichtsstellung (bzw. in seinem Bestreben, sie zu erreichen) durch Zusammentreffen mit dem Seitenkontakt am Ende seiner Bewegung in Richtung auf die neutrale Stellung hin gehindert.

Es besteht keine Schwierigkeit, die versetzte Nullstellung der auf den Anker einwirkenden mechanischen Kraft einzuregeln, da dies lediglich das Spannen einer Feder, gewöhnlich der Ankereinstellfeder, erforderlich macht. Die versetzte Nullstellung der auf den Anker einwirkenden magnetischen Kraft kann jedoch auf verschiedenem Wege erreicht werden, praktisch unter anderem dadurch, daß die Stärke des Polarisierungsmagnetflusses, welcher den Anker verläßt oder in diesen eintritt, auf gegenüberliegenden Seiten ungleich groß ausgebildet wird, oder dadurch, daß der Polarisierungsmagnetfluß auf entgegengesetzten Seiten an Stellen mit verschiedenem Abstand entlang dem Anker zur Einwirkung gebracht wird. Dabei werden vorteilhaft die Polenden odier -spitzen der polarisierten Magnetanordnung auf entgegengesetzten Seiten des Ankers unsymmetrisch gestaltet.

Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt bzw. zeigen

Fig. ι in schaubildlicher Darstellung das Magnetsystem und den Anker des bekannten Carpenterrelais, wie es in den deutschen Patentschriften 607 203 und 881 059 beschrieben ist,

Fig. 2 ein Kräfteschaubild, das die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Relais erläutert,

Fig. 3 ein ahnliches Kräfteschaubild für ein erfmdungsgemäßes Relais,

Fig. 4 ein ähnliches erläuterndes Schaubild für abgeänderte Bedingungen,

Fig. 5 und 6 Darstellungen ähnlich wie in Fig. 1 für Ausführungsformen, gemäß der Erfindung,

Fig. 7 und 8 Teilansichten auf entgegengesetzte Seiten eines Relais nadi dem deutschen Patent 872 063, das eirfindungsgetnäß ausgebildet ist (der Anker, die Kontakte und der Magnet, die dem Beobachter zugewandt sind, wurden jedoch weggelassen), während

Fig. 9 und 10 in ähnlichen Schaubildern wie Fig. 5 und 6 die Anwendung der Erfindung bei zwei anderen bekannten Ausführungsformen von eisenbewegenden polarisierten Relais veranschaulichen.

Es ist ersichtlich, daß Fig. 1 das Gegenstück zu Fig. 5 der Zeichnung der deutschen Patentschrift 881 059 darstellt, mit der Abweichung, daß die Seitenkon takte c und c' über die Mittellinie A-B weg nach rechts gesetzt sind und daß sogar der linke Kontakt c über diese Mittellinie hinausragt. Wenn somit die Signalwicklung nicht erregt wird, versucht die Spitze des Ankers a, sich nach rechts der neutralen Stellung zu bewegen, sie wird jedoch durch Berührung mit dem Seitenkontakt c' aufgehalten, wodurch der einseitig stabile Schaltzustand bedingt wird. Der Anker a ist zwischen den Dauermagneten m und in' bei p gehalten bzw. angelenkt, und es ist leicht ersichtlich, daß infolge der Einstellung der Seitenkontakte c und c' die Bewegung des Ankers begrenzt wird und sein unteres Ende nur einen Bruchteil des Spalts zwischen den Magnetstücken I und /' überqueren kann.

In Fig. 2 sind die Stirnflächen der Schenkel / und V durch χ und y dargestellt. Die neutrale oder labile Stellung des Ankers, welche hier in der Mitte liegt, befindet sich im Punkt n. Bei den kleinen Bewegungsgrößen, die hier in Frage kommen, sind die mechanischen Kräfte und die magnetischen Kräfte in erster Annäherung linear bzw. direkt proportional den Entfernungen des Ankers vom Mittelpunkt n. Da das Relais eine eigene Seitenstabilität besitzt, ist die durch die volle Linie Ma dargestellte, d. h. der negativen Steifheit verhältnisgleiche magnetische Kraft größer als die durch die gestrichelte Linie Me dargestellte und der positiven Steifheit verhältnisgleiche mechanische Kraft Me. Die magnetische Kraft ist größer, wie dies durch die größere Steigung deir Linie Ma dargestellt ist.

Die strichpunktierte Linie R ist die Resultierende der Kräfte Ma und Mc und demnach direkt proportional der Entfernung des Ankers vom Mittelpunkt n. Wenn somit die Spule w nicht gespeist ist, wird sich der Anker α (in Fig. 1) mit steigender Kraft 7? im Uhrzeigersinne bewegen, solange er nicht durch den Kontakt c' daran gehindert wird.

Zwecks Erläuterung der Erfindung zeigt Fig. 3 ein ähnliches Schaubild wie Fig. 2, das dieselben Bezugszeichen aufweist. Es ist in diesem Fall jedoch ersichtlich, daß der instabile oder neutrale Punkt n, in dem sowohl die mechanische Kraft Me als auch die magnetische! Kraft Ma zu Null werden, nach links verschoben ist. Hieraus folgt, daß die resultierende Kraft 7? bei nicht erregtem Relais den Anker α nach diesem Punkt hin bewegt und daß demzufolge die in den Fig. 2 und 3 mit c und c' bezeichneten Seitenkontakte weiter auseinander und symmetrisch zur Mittelebene Cp des Relais angeordnet sein können. Darum verkörpert die Entfernung zwischen den Punkten der Kontakte c und c' in Fig. 3 den Nutzluftspalt, der, wie ersichtlieh, bis auf einen kleinen Wert bis zum vollen Spalt zwischen den Stirnflächen χ und y vergrößert werden kann. Ein Vergleich mit Fig. 2 zeigt deutlich die bereits erwähnte Tatsache, daß durch Verschieben der Kontakte c und c' zur Sicherung des einseitig stabilen Betriebs nach rechts hin der Nutzluftspalt unter die Hälfte des vorhandenen Luftspalts absinkt.

Der Grund, weshalb man die magnetische Kraft Ma und die mechanische Kraft Me in ungefähr demselben Punkt η zu Null werden läßt, ist leicht aus dem Schaubild gemäß Fig. 4, aus welchem besonders deutlich der Hauptnachteil zu erkennen ist, der durch die Erfindung vermieden wird, zu ersehen, in dem die Linien Ma und Me die horizontale Achse an verschiedenen Punkten ο und 0' kreuzen. Wenn z. B. durch Temperaturänderungen die mechanische Steifheit wächst, so vergrößert sich die Steigung der Linie Me, wie durch Me' angedeutet, während die Steigung der Resultierenden R kleiner wird, wie durch 7?' angedeutet. Hierdurch wird der Punkt, an dem die Resul- tiereiide die horizontale Ankerverstellungsachse schneidet, von η nach n' verschoben. Dies bedeutet, daß die neutrale Stellung des Ankers sich entlang der horizontalen Achse verschiebt, was eine bedenkliche Veränderung der Werte des Erregerstroms in der Spule w zur Folge hat, bei denen das Gerat betätigt und der Anker gegen den Seitenkontakt c' gezogen wird und bei denen der Anker wieder freigegeben wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann dies außerdem eine gefährliche Verringerung de:r Rückdrehkraft weg vom Kontakt c ergeben, wenn der Erregungsstrom abgeschaltet wird. Diese Verringerung ist in der Figur, als von / zu F reichend, angedeutet.

Wenn n' über die Stellung der Kraft des Kontaktes c hinausbewegt würde, so würde diese Kraft in ihrer Richtung geändert, und die einseitig stabile Wirkung ginge ganz verloren.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Relais gezeigt, bei welchem die Erfindung auf ein Magnetsystem angewandt wird, wie es in den deutschen Patentschriften 607 203 und 881 059 angegeben ist. Allgemein ergibt sich dieses Relais aus dem in Fig. 1 gezeigten, jedoch mit zwei grundsätzlichen Unterschieden. Erstens sind die Seitenkontakte c und c' nicht über die Mittelebene A-B verschoben, sondern sind in gleichen Abständen auf entgegengesetzten Seiten der Mittelebene A-B des Luftspalts zwischen den Schenkeln / und /' angebracht, und zweitens ist das System dadurch instabil, daß der polarisierte Dauermagnet m so angeordnet ist, daß seine Stirnfläche an einem Ende weiter vom Anker α entfernt ist als die entsprochende innere Stirnfläche des anderen Magneten m'. Beim gezeigten Beispiel wird dies dadurch erreicht, daß der Dauermagnet m kürzer als der Magnet m' ausgeführt ist. In der Regel· wird dadurch der Magnetfluß am Magnetschenkel V größer als an der Stirnfläche des Schenkels /, während die Ankeraufhängfeder j so herüber gesetzt bzw. versetzt ist, daß bei abgeschaltetem Relais der Anker α sich entgegen dem Uhrzeigersinne einseitig stabil, wie gezeigt, gegen den Kontakt c legt.

In Fig. 6, wo dieselben Bezugszeichen verwandt sind, ist das Magnetsystem dadurch, aus dem Gleichgewicht gebracht, daß die Polstirnflächen der Dauermagneten m und w' an verschiedenen Punkten relativ zum Zapfen p und Anker α augebracht sind. In diesem Fall ist die Ankersteuerfeder J so seitlich versetzt, daß die Gleichgewichtsstellung entgegen dem Uhrzeigersinne ausgelenkt ist. Wenn das Relais abgeschaltet wird, dreht sich der Anker im Uhrzeigersinne zurück und hegt einseitig stabil am Seitenkontakt c' an.

Die Fig 7 und 8 zeigen die Erfindung, angewandt bei einem Relais der in der deutschen Patentschrift 872 063 beschriebenen Art, wobei die zwei Dauermagneten tn und m' sich überdecken und der Anker im Spalt /wischen diesen Magneten im rechten Winkel /.u diesen hin und her schwingt. Die Fig. 7 und 8 sind Teilansichten von entgegengesetzten Seiten des Relais und entsprechen Fig. 1 der Zeichnungen der deutschen Patentschrift 872 063, mit der Abweichung, daß in dieser Darstellung der Anker 13 und der Frontmagnet 9 weggelassen sind, während einige andere nicht gezeigte Teile wie in der älteren Patentschrift ausgeführt sind. So ist ersichtlich, daß die Polstirnflächen der Magneten m und m' dem Anker in bezug auf den Ankerzapfen auf verschiedenen Höhen gegenüberliegen; obwohl die Magnetflüsse von den Magneten w und m' in den Anker hinein dieselbe Größenordnung haben, wirken sie in diesem Fall an verschiedenen Hebelarmen, wodurch dear magnetische Außergleichgewichtszustand des Ankers erreicht wird.

In Fig. 9 ist die Anwendung der Erfindung auf eine andere bekannte Relaisform gezeigt, wobei der Anker α bei p nahe den oberen Enden der Magneten m und m' gelagert ist. Ebenso wie in Fig. 6 wenden die Datiermagneten m und in' ihre Polfläche dem Anker a in relativ zum Zapfen p verschiedenen Höhen zu, und die Ankerfedern J sind so· angeordnet, daß der Anker bei stromloser Spule w im Uhrzeigersinn gegen den Kontakt c' gelegt wird. Die Seitenkontakte c und c' sind mittig mit gleichen Abständen auf entgegengesetzten Seiten der Mittelebene A-B des Luftspaltes zwischen den Magnetschenkeln / und ΐ angeordnet. Bezogen auf die vorstehenden Ausführungen sind die Ankerfedern s derart seitlich versetzt, daß die mechanische Kraft des Ankers α an demselben Punkt des Ankers zu Null wird, an dem auch die magnetische Kraft zu Null wird.

Schließlich ist die Erfindung in Fig. 10 bei einer Relaisart angewandt, bei welcher der Anker α in der Mitte bei p gelagert und von der Erregerwicklung ze/ umgeben ist, während der polarisierende Fluß durch einen Hufeisenmagnet m erzeugt wird, so daß sich der Magnetfluß von dem Pol N teilt und sich auf- und abwärts, wie durch die Pfeile χ angezeigt, in das Polstück t erstreckt, den Anker a, an der Spitze und am Fuß kreuzend, in das Polstück t' hineinführt und sich am Pol ^" vereinigt. Wiederum sind die Seitenkontakte c und c' niittig und mit gleichen Abständen auf entgegengesetzten Seiten relativ zur Mittelebene A-B des Luftspalts angeordnet. Die magnetische Kraft ist dadurch versetzt, daß das obere Ende r des Polstücks t gegenüber dem Ende r' des Polstucks t' und das untere Ende r² des Polstücks t gegenüber dem unteren Ende r^s des Polstücks f nach oben verschoben werden und somit den Anker entgegen dem Uhrzeigersinne drehen. Wie zuvor ist die mechanische Kraft durch Vorspannen der Ankersteuerfeder i in denselben neutralen Punkt veischoben worden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einseitig stabiles, eisenbewegendes, polarisiertes elektromagnetisches Relais, dadurch ge-

ao kennzeichnet, daß sowohl die auf den Anker einwirkende mechanische Kraft als auch die magnetische Kraft, welche durch den Polarisierungsmagnetfluß hervorgerufen wird, bei etwa der gleichen Stellung des Ankers, welche versetzt zur Mittelebene des Relaisluftspaltes und außerhalb des Bewegungsbereiches des Ankers liegt, zu Null werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkontakte so eingestellt sind, daß die Grenzlagen der Ankerbewegung gleichen Abstand von der Mittelebene des Luftspaltes oder der Luftspalte aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzte Nullstellung der auf den Anker einwirkenden magnetischen Kraft dadurch erzielt wird, daß die Stärke des Polarisierungsmagnetflusses, welcher den Anker verläßt oder in diesen eintritt, auf gegenüberliegenden Seiten ungleich groß ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzte Nullstellung der auf den Anker einwirkenden magnetischen Kraft dadurch erzielt wird, daß der Polarisierungsmagnetfluß auf entgegengesetzten Seiten an Stellen mit verschiedenem Abstand entlang dem Anker zur Einwirkung gebracht wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gefkennzeichnet, daß die Polenden oder -spitzen der polarisierten Magnetanordnung auf entgegengesetzten Seiten des Ankers unsymmetrisch gestaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 734 040.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen