DE1199405B - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #Ä PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIh

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21g-4/01

1199405
J 22193 VIII c/21j
1. August 1962
26. August 1965

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einem Anker und mindestens einem Kontaktglied, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und an ihren nicht benachbarten Enden drehbar gelagert sind und durch ein Betätigungsorgan miteinander in Wirkungsverbindung stehen.

Es sind Relais bekannt, welche ein Betätigungsorgan zur Schaffung einer Wirkungsverbindung zwischen dem Anker und einem oder mehreren Kontaktgliedern besitzen und bei welchen der Anker und die Kontaktglieder im allgemeinen parallel zueinander und im rechten Winkel zur Ankerdrehachse des Elektromagneten angeordnet sind. Der Anker und die Kontaktglieder sind an ihren benachbarten Enden verschwenkbar gelagert, und daher wird das Ausmaß der Bewegung sowohl des Ankers als auch der Kontaktglieder im gleichen Verhältnis vergrößert oder verringert, je nachdem, ob das Betätigungsorgan mit einem größeren oder kleineren Abstand von den Schwenkachsen eingestellt ist. Wenn sich der Arbeitsweg des Ankers vergrößert, erhöht sich auch die Anzugszeit des Relais, die eine quadratische Funktion des Ankerweges ist. Auch die für das Anziehen des Ankers erforderliche Kraft erhöht sich im wesentlichen quadratisch zu diesem Arbeitsweg bzw. dem Luftspalt. Wenn der Elektromagnet gegen den Anker verstellt wird, um den Luftspalt und somit auch die Ankerbewegung zu verringern mit dem Bestreben, die Anzugszeit zu verkürzen, wird auch das Ausmaß der erforderlichen Bewegung des Kontaktgliedes entsprechend verringert. Die Verringerung kann so weit gehen, daß schließlich der Hub des Kontaktgliedes nicht mehr für eine sichere Berührung und Abhebung des Kontaktgliedes mit bzw. von den Kontaktelementen ausreicht. Demnach sind für die Erreichung einer kurzen Kontaktbetätigungszeit den bekannten Relais enge Grenzen gesetzt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein elektromagnetisches Relais zu schaffen mit einem gegenüber bekannten Relais kleineren Anker-Magnetkern-Luftspalt, ohne dadurch den für eine sichere Kontaktfunktion erforderlichen Bewegungsweg der Kontaktglieder zu verringern.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes Kontaktglied, in seiner Längsrichtung gesehen, sich nicht wesentlich über die Ankerlänge erstreckt und das Betätigungsorgan mit dem Kontaktglied an einer Stelle zusammenwirkt, die nicht im Bereich des freien Kontaktgliedendes liegt. Ein nach der Erfindung aufgebautes Relais erzielt kürzere Arbeitszeiten als die bisher üblichen Relais. Außerdem ist Elektromagnetisches Relais

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Leroy Hogan, Beacon, Duchess, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 11. August 1961 (130 842)

durch die Verkürzung des Ankerarbeitshubes die Endgeschwindigkeit des Ankers sowohl beim Schließvorgang als auch beim Öffnungsvorgang geringer, so daß die Kontaktelemente weicher aufeinanderschlagen und auch die Beanspruchung des Ankeranschlages beim Abfallen des Ankers kleiner ist. Schließlich sei noch erwähnt, daß durch die geringeren Kräfte auch die beim Bewegungsvorgang zwischen dem Betätigungsorgan am Anker und den Kontaktgliedern auftretenden Reibungskräfte herabgesetzt sind, so daß auch die Lebensdauer dieser Teile erhöht ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedes Kontaktglied im wesentlichen U-förmig ausgebildet mit nahezu parallelen, nach außen federnden Schenkeln, die in unterschiedlichen Abständen vom Anker verlaufen, wobei bei abgefallenem Anker der eine Schenkel eines jeden Kontaktgliedes am Betätigungsorgan, jedoch nicht an seinem zugeordneten Kontaktelement anliegt, wogegen der andere Schenkel durch seine Eigenspannung sein zugeordnetes Kontaktelement berührt, und bei angezogenem Anker beide Schenkel die umgekehrte Lage zu dem Betätigungsorgan und den zugeordneten Kontaktelementen einnehmen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mit seitlichem Abstand voneinander und mit im wesentlichen gleichen Abständen vom Anker eine Vielzahl von haarnadelförmigen Kontaktgliedern angeordnet, die in einer gemeinsamen Kontaktplatte drehbar gelagert sind und durch Längsschlitze des Betätigungsorgans ragen. Es ist somit ersichtlich, daß

509 658/380

jedes Kontaktglied drei Kontaktgabestellen aufweist, durch deren unterschiedliche Inanspruchnahme jedes Kontaktglied als Arbeits- oder Ruhe- oder Umschaltekontakt verwendbar ist.

Es ist zwar auch ein Relais bekannt, bei dem außer der parallelen Anordnung von Anker und Kontaktglied diese beiden Teile an ihren nicht benachbarten Enden gelagert sind. Im Gegensatz zum vorliegenden Relais liegen jedoch die freien Enden der beiden genannten Teile im Bereich des Betätigungsgliedes für das Kontaktglied und sind für einen Umschaltekontakt zwei U-förmige Kontaktglieder notwendig. Durch diese Anordnung ergibt sich einerseits eine wesentliche Vergrößerung sowohl der Länge als auch des Volumens des Relais, die aber der auf vielen Sektoren der Technik herrschenden Tendenz der Verkleinerung von Geräten entgegenwirkt, und andererseits bei einem gegenüber dem vorliegenden Relais gleichen Weg des freien Kontaktgliedendes bei einem lediglich durch die Relaiskonstruktion bedingten minimalen Abstand von Magnet und Kontaktsatz eine Vergrößerung des Ankerweges im Bereich des Magnetkernes. Das bedeutet, daß beim erläuterten bekannten Relais der Anker-Magnetkern-Luftspalt und folglich auch die Anzugszeit größer ist als beim vorliegenden Relais.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Relais, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der bewegten Relaisglieder nach der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der bewegten Relaisglieder eines elektromagnetischen Relais der früher verwendeten Art.

Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, besteht das die Erfindung verkörpernde Relais aus einem Elektromagneten, bei welchem die Erregungswicklung 10 am mittleren Schenkel des E-förmigen Kernes 11 aus magnetischem Material angeordnet ist. Der Kern ist einstellbar an der U-förmigen Basis 12 aus Isolationsmaterial mittels Schrauben 13 befestigt, welche, durch Längsschlitze in den parallelen Seiten der Basis ragend, in entsprechende Gewindebohrungen in den äußeren Kernschenkeln eingeschraubt sind.

Der flache Anker 14 aus magnetischem Material ist nahe seinem einen Ende zwischen dem abgeschrägten Ende des einen äußeren Schenkels des Kernes 11 und der in der Basis 12 abgeschrägten Schulter 15 drehbar gelagert. Die Schraubenfeder 16 in der Bohrung 17 der Basis 12 wirkt gegen dieses Ende des Ankers 14, um den Anker in der zur Uhrzeigerbewegung entgegengesetzten Richtung um seinen Drehpunkt 15 zu verschwenken.

Mehrere Kontaktglieder 20, von denen in dei Fig. 1 nur eines sichtbar ist, sind durch entsprechende Aussparungen 21 in der linken Seite der Basis 12 einsetzbar und mit einem entsprechenden seitlichen Abstand voneinander in der Querrichtung angeordnet. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, hat jedes Kontaktglied 20 die Form einer haarnadelähnlichen Drahtfeder mit zwei parallelen Drähten oder Schenkeln 22, 23. Jedes Kontaktglied 20 ist in je einer Öffnung 24 der gemeinsamen Einsatzplatte 25 schwenkbar gelagert. Der Gelenkpunkt 24 liegt nahe dem freien Ende des Ankers 14, und die Drähte 22 und 23 des Kontaktgliedes 20 erstrecken sich im wesentlichen in Richtung auf den Drehpunkt 15 des Ankers, wobei der Draht 22 dem Anker 14 benachbart ist.

Der aus Isolationsmaterial geformte Betätigungsbügel 26 ist am Anker nahe seinem freien Ende befestigt. Die Drähte 22, 23 des Kontaktgliedes 20 ragen durch einen entsprechenden Längsschlitz 27 im Betätigungsbügel 26, welcher eine Arbeitsverbindung mit Leergang zwischen dem Anker und den Drähten jedes Kontaktgliedes an einer Stelle zwischen ihren entsprechenden Enden herstellt. Das freie Ende jedes Drahtes 22 kann normalerweise mit je einem gegenüberliegenden Kontaktelement 28 in Berührung gebracht werden, und das freie Ende jedes Kontaktdrahtes 23 liegt normalerweise auf je einem Kontaktelement 29 an. Die Kontakte 29 sind im wesentlichen gerade und die Kontaktelemente 28 hakenförmig ausgebildet, um voneinander getrennte Kontaktpunkte zu bilden, welche einen verschiedenen Abstand vom Anker 14 haben, wobei die Kontaktstellen 28 dem Anker näher liegen als die Kontaktstellen 29.

Das aus der Basis 12 ragende Ende des Einstellungszapfens 30 ist länger als die aus der Basis ragenden Teile des als Stecker ausgebildeten Einsatzes 25, der Kontaktelemente 28, der Kontaktelemente 29 und der an den Enden der Wicklung 10 befestigten Drahtklemmen 31 (von welchen nur eine Drahtklemme sichtbar ist). Dieser Einstellungszapfen gewährleistet eine richtige Lage des Relais in einer Kontaktleiste (nicht gezeigt).

Bei Erregung der Wicklung 10 wird der Anker 14 gegen den Mittelschenkel des Kernes 11 gezogen, so daß sein freies Ende gegen den Abstandshalter 32 aus Isolationsmaterial anliegt. Der Anker hebt dabei den Betätigungsbügel 26 an, so daß der untere Rand 33 jedes Schlitzes 27 in Berührung mit dem zugehörigen Draht 23 kommt und diesen vom Kontaktelement 29 abhebt, um die elektrische Verbindung zwischen diesem Kontaktelement und dem gemeinsamen Einsatzelement 25 zu unterbrechen. Bei der Aufwärtsbewegung des oberen Endes 34 jedes Schlitzes 27 im Betätigungsbügel 26 kann sich jeder Draht 22 aufwärts biegen, um das zugeordnete Kontaktelement 28 zu berühren und eine elektrische Verbindung zwischen diesem und dem gemeinsamen Einsatzelement 25 herzustellen.

Wenn die Wicklung 10 stromlos wird, stellt die Feder 16 den Anker 14 in dessen Grundstellung zurück, in welcher das untere Ende des Betätigungsbügels 26 auf dem Anschlag 35 aus Hartgummi aufliegt. Wenn der Anker 14 den Betätigungsbügel 26 abwärts bewegt, drückt seine Wand 34 jeden Draht 22 vom zugeordneten Kontaktelement 28 weg, und die gleichzeitig abwärts bewegte untere Schlitzwand 33 ermöglicht es, daß jeder Draht 23 wieder in Berührung mit dem zugehörigen Kontaktelement 29 gelangt.

Die Einstellung des Kernes 11 erfolgt durch die Schrauben 13, und eine genaue Justierung des Bewegungsweges χ des Ankers ist dadurch möglich, daß der Anschlag 35 von einer Schraube 36 getragen wird, die innerhalb einer Bohrung in der Basis vorgesehen ist.

Anstatt der dargestellten Kontaktglieder 20 können auch die üblichen, aus einem einzigen Draht bestehenden Kontaktglieder verwendet werden. Zu diesem Zweck brauchen die Drähte 22 weggelassen und

die Enden der Kontaktelemente 28 in der Abwärtsrichtung gegen die Kontaktelemente 29 verlängert zu werden. In diesem Falle würde der Draht 23 durch den Betätigungsbügel 26 aufwärts in die Berührung mit dem abgeänderten Kontaktelement 28 gezogen werden, wenn die Wicklung 10 erregt wird.

Die Vorteile der beschriebenen Einrichtung können am besten durch einen Vergleich der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schemen erkannt werden.

Bei den bisher verwendeten und in der F i g. 3 schematisch dargestellten Relais sind der Anker 14' und jedes Kontaktglied 20' an ihren benachbarten Enden 15' bzw. 24' drehbar angelenkt. Zur Vergrößerung des Ausmaßes der Bewegung des Kontaktgliedes 20' muß der Betätigungsbügel 26' weiter vom Drehpunkt 24' und daher vom Drehpunkt 15' bewegt werden. Es ist daher eine größere Bewegung des Ankers 14' erforderlich, um ein größeres Ausmaß der Bewegung der Kontaktglieder 20' vorzusehen, und die Strecken x' und / ändern sich direkt proportional. Wenn die Strecke x' vergrößert wird, vergrößert sich der Luftspalt zwischen dem Kern und dem Anker, und daher vergrößert sich auch die Arbeitszeit des Relais. Um die zusätzlich notwendige Zugkraft zu erzeugen, muß die Wicklung mehr Windungen erhalten. Wegen des relativ großen Bewegungsweges x' des Ankers ist dessen Endgeschwindigkeit relativ hoch mit dem Ergebnis, daß der Berührungsanschlag härter und daher die Abnutzung des Betätigungsbügels durch die Kontaktglieder größer wird, wie aus der folgenden Beschreibung der entsprechenden Vorgänge bei vorliegendem Relais verständlich wird.

Bei diesem Relais sind der Anker 14 und jedes Kontaktglied 20 um ihre nicht benachbarten Enden drehbar abgestützt, so daß, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, bei einer Einstellung des Betätigungsbügels 26 mit einer größeren Entfernung vom Gelenkpunkt 15 des Ankers der Bügel näher zu den Gelenkpunkten 24 der Kontaktglieder rückt. Bei dieser Anordnung und mit einem nahe dem freien Ende des Ankers und ungefähr in der Mitte der Drähte 22 und 23 eingestellten Betätigungsbügel 26 kann jedes vorherbestimmte erforderliche Ausmaß der Bewegung jedes Kontaktgliedes mit einem beträchtlich kleineren Ausmaß der Ankerbewegung erhalten werden. Mit anderen Worten, das gewünschte Ausmaß der Bewegung der Kontaktglieder kann mit einem kleineren Luftspalt zwischen dem mittleren Schenkel des Kernes und dem Anker erreicht werden, als dies bei der in der F i g. 3 gezeigten bekannten Ausführung möglich war. Wenn beispielsweise die Bewegungsstrecke χ mit 0,3 mm angenommen wird und der Betätigungsbügel 26 so eingestellt ist, daß derselbe sich um 0,23 mm aufwärts bewegt und ungefähr in der Mitte jeder Kontaktfeder 20 angreift, beträgt die dem Ausmaß der Bewegung der Kontaktglieder entsprechende Strecke^y 0,46 τητη.

Es ist somit ersichtlich, daß geringe Verkleinerungen des Luftspaltes zwischen dem Anker und dem Kern eine bedeutende Verringerung des dynamischen Teiles und damit eine Verkürzung der Arbeitszeit des Relais ergeben, weil sich dieser dynamische Teil im umgekehrten quadratischen Verhältnis zum Luftspalt ändert. Durch die Verringerung des Luftspaltes wird auch der Elektromagnet wirksamer, d. h. seine Anziehungskraft größer. Da der Betätigungsbügel auf die Kontaktglieder 20 an Stellen einwirkt, welche etwas näher zu den Gelenkpunkten 24 liegen als bei den bekannten Ausführungen, besteht ein kleineres Ausmaß der relativen Bewegung zwischen dem Betätigungsbügel und den Kontaktgliedern und somit weniger Reibung und Abnutzung des Betätigungsbügels durch die Kontaktglieder. Da schließlich die notwendige Bewegungsstrecke χ des Ankers verringert ist, hat der Anker eine etwas kleinere Endgeschwindigkeit beim Erreichen seiner Grenzstellungen, und dadurch wird die Anzahl und die Größe der Ankerschwingungen und somit das Ausmaß der sägeartigen Reibung zwischen dem Betätigungsbüge] und den Kontaktgliedern verringert.

Das vorliegende Relais arbeitet daher nicht nur schneller als die bekannten vergleichbaren Relais, sondern hat auch infolge der Verringerung der die Abnutzung des Betätigungsbügels bewirkenden Faktoren eine größere Lebensdauer.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Relais mit einem Anker und mindestens einem Kontaktglied, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und an ihren nicht benachbarten Enden drehbar gelagert sind und durch ein Betätigungsorgan miteinander in Wirkungsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktglied (20), in seiner Längsrichtung gesehen, sich nicht wesentlich über die Ankerlänge erstreckt und das Betätigungsorgan (26) mit dem Kontaktglied (20) an einer Stelle zusammenwirkt, die nicht im Bereich des freien Kontaktgliedendes liegt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktglied (2d) im wesentlichen ein U mit nahezu parallelen, nach außen federnden Schenkeln (22, 23) bildet, die in unterschiedlichen Abständen vom Anker (14) verlaufen, wobei bei abgefallenem Anker (14) dei eine Schenkel (22) eines jeden Kontaktgliedes (20) am Betätigungsorgan (26), jedoch nicht an seinem zugeordneten Kontaktelement (28) anliegt, wogegen der andere Schenkel (23) durch seine Eigenspannung sein zugeordnetes Kontaktelement (29) berührt, und bei angezogenem Anker beide Schenkel (22, 23) die umgekehrte Lage zu dem Betätigungsorgan (26) und den zugeordneten Kontaktelementen (28, 29) einnehmen.

3. Relais nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von im seitlichen Abstand voneinander und mit im wesentlichen gleichen Abständen vom Anker (14) angeordneten haarnadelförmigen Kontaktgliedern (20), die in einer gemeinsamen Kontaktplatte (25) drehbar (bei 24) gelagert sind und durch Längsschlitze (27) des Betätigungsorgans (Bügel 26) ragen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 2 919 326.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 658/380 8.65 Q Bundesdruckerei Berlin