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Elektromagnetisches Drehanker-Relais Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches
Drehanker-Relais, dessen beweglicher Anker ohne Torsionsmoment aus zwei magnetischen,
in der Mitte verbundenen Teilen identischer Form zusammengesetzt ist, von denen
wenigstens einer aus einem permanenten, in Längsrichtung magnetisierten Magneten
besteht.
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Bei solchen elektromagnetischen Relais müssen, um einmal eine Bewegung,
zum anderen zwei stabile Stellungen zu erhalten, die für die gute Wirkungsweise
eines polarisierten Relais erforderlich sind, wenigstens vier Spulen und wenigstens
vier feste Elektromagnetpole vorgesehen sein. Im übrigen bleibt das bekannte Relais
nicht immer stabil, da der bewegliche Anker immer seine neutrale Stellung wieder
einnimmt, sobald der Erregerstrom abgeschaltet ist.
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Nach einer bekannten Anordnung (USA.-Patentschrift 2 866 870) ist
der bewegliche Anker in Form einer radialen magnetischen Scheibe ausgebildet und
kann frei zwischen den Polen schwingen. Der Anker ist mit Spanneinrichtungen ausgestattet,
die den Rotor in eine neutrale oder Ruhestellung zurückstellen. Bei diesen Spanneinrichtungen
handelt es sich beispielsweise um eine Feder, die für die Funktionsweise der Vorrichtung
erforderlich ist.
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Im übrigen ist auch diese Einrichtung auf Grund der Schwingbewegungen,
die der Anker bei seiner Vierteldrehung zum Zeitpunkt der Erregung des Elektromagneten
ausführt, nicht besonders stabil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches elektromagnetisches
Relais so auszubilden, daß in allen Fällen der bewegliche Anker ohne Auftreten von
Nebenschwingungen eine stabile, bezüglich des Magnetflusses genau definierte Lage
einnimmt. Die Bedeutung dieser genau definierten Lage ist unter anderem darin zu
sehen, daß die Kontakte des beweglichen Ankers daran gehindert werden, auf den festen
zugeordneten Kontakten zurückzuprallen.
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Erreicht wird dies erfindungsgemäß bei einem elektromagnetischen Relais
der eingangs genannten Gattung dadurch, daß der Elektromagnet zwei vorspringende
Polstücke mit Trapezquerschnitt aufweist, deren Längsseiten abwechselnd Anschläge
für die Enden der magnetischen Teile entsprechend dem Vorhandensein und der Richtung
des magnetischen Flusses im Magnetkreise des Elektromagneten bilden.
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Vorzugsweise ist einer der stabförmigen Magnetteile ein Permanentmagnet,
während der andere ein Stab aus nichtmagnetisiertem Magnetmaterial besteht, wobei
die Polstücke des Magneten sich jeweils gegen eine Schrägfläche jedes der vorspringenden
Polstücke legen und die Enden des nichtmagnetisierten Stabes sich in der Nähe der
anderen Schrägflächen der vorspringenden Polstücke befinden, wenn der Elektromagnet
nicht erregt ist und die Erregung des Elektromagneten derart ist, daß eine Abstoßung
des Magneten und eine entsprechende Anziehung des nichtmagnetisierten Stabes gegen
die Schrägflächen der vorspringenden Pole hervorgerufen wird.
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In vorteilhafter Weise sind die beiden magnetischen Teile permanente
Stabmagneten, wobei der Nordpol des ersten Magneten und der Südpol des zweiten Magneten
abwechselnd sich gegen die Schrägflächen eines der vorspringenden Pole des Elektromagneten
legen, während der Südpol des ersten Magneten und der Nordpol des zweiten Magneten
sich abwechselnd gegen die Schrägflächen des anderen vorspringenden Polstückes des
Elektromagneten legen, und zwar entsprechend der Richtung des Erregerstromes in
der Wicklung des Elektromagneten, wobei diese Magneten in ihrer Stellung nach Verschwinden
des Erregerstromes verbleiben.
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Auf Grund der vorspringenden Polstücke vergrößern sich die magnetischen
anziehenden oder abstoßenden Kräfte in beachtlichen Anteilen, wodurch der Wirkungsgrad
der Vorrichtung erhöht wird und es auch möglich wird, eint Gerät mit sehr kleinen
Abmessungen zu bauen.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, daß der Aufbau der Teile identisch
sein kann und daß es sich hinsichtlich der Funktionsweise sowohl um ein polarisiertes
als auch um ein- nichtpolarisiertes Relais handeln kann. Lediglich der Charakter
der magnetischen Stäbe, d. h. Weicheisen oder Magnetstahl, wäre zu ändern.
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Es wirken am kreuzförmigen Anker des elektromagnetischen Relais im
Augenblick der Erregung des
Elektromagneten zwei Kräfte: nämlich
eine auf den magnetisierten Stab wirkende rückstellende Kraft und eine auf den nichtmagnetisierten
Stab wirkende anziehende Kraft, wogegen bei den bekannten Relais nur eine anziehende
Kraft vorhanden ist.
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Auf Grund der vorspringenden Pole bleibt die Stellung des beweglichen
Relaisankers nach der Erfindung immer stabil und in einer genau definierten Lage,
in der einer der magnetisierten Stäbe angezogen und gegen die Schrägflächen der
vorspringenden Pole gehalten wird, selbst dann, wenn der Erregerstrom verschwindet.
Dies gilt aber für das eingangs als erstes erörterte bekannte Relais nicht, bei
dem der bewegliche Anker immer seine neutrale Stellung wieder einnimmt, sobald der
Erregerstrom abgeschaltet ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung, die als Beispiel an Hand der Zeichnungen je
eine Ausführungsform eines polarisierten und nichtpolarisierten Relais erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in F i g. 1 eine Ausführungsform eines nichtpolarisierten
Relais und in F i g. 2 und 3 Ausführungsformen polarisierter Relais.
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Zur Herstellung eines nichtpolarisierten Relais gemäß der Erfindung
verwendet man einen Weicheisenstab F, F (F i g. 1), der über Kreuz
mit einem Permanentmagnetstab NS auf einer im Schnittpunkt der beiden Stäbe angeordneten
Drehachse O montiert ist. Bei dieser Anordnung kann der Permanentmagnetstab auf
den Weicheisenstab keine Kraftwirkung ausüben.
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Setzt man dieses bewegliche System zwischen die Polstücke P, P' eines
Elektromagneten E und ist der Elektromagnet nicht erregt, d. h. der Schalter I geöffnet,
dann legt sich der Permanentmagnetstab an die Polstücke P, P' des Elektromagneten
an, wobei sich Kraftlinien des Stabmagneten über den Magnetkreis des Elektromagneten
schließen. Diese Stellung ist die Ruhestellung des Relais.
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Wird der Schalter I geschlossen und damit der Elektromagnet durch
Gleichstrom erregt, dessen Polarität derart ist, daß ein Nord- bzw. Südpol an den
Polstücken P' bzw. P entsteht, dann wird bei Kontakt der gleichnamigen Polstücke
mit den entsprechenden Polen des Magnetstabes eine Abstoßkraft erzeugt, welche den
Magnetstab von den Polstücken P' und P des Elektromagneten E entfernt.
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Befinden sich andererseits die Polstücke P, P' nicht mehr in Berührung
mit dem Magnetstab NS, dann schließen sich die Kraftlinien des Elektromagneten über
dem Weicheisenstab F, F, so daß wieder eine Anziehungskraft entsteht, welche
sich der Abstoßkraft überlagert, wobei die beiden Kräfte die bewegliche Anordnung
auf der Achse O im Sinne des Pfeiles F drehen, bis der Weicheisenstab F,
F mit den Polstücken P, P' in Berührung kommt. In diesem Augenblick ist der
Magnetkreis vollständig geschlossen, kein vom Elektromagneten stammendes Magnetfeld
kann durch den Magnetstab verlaufen und diesen dadurch gegebenenfalls entmagnetisieren.
Da die durch den Magnetstab ausgeübte Dauerkraft wegen des Luftspaltes zwischen
diesem Stab und den Polstücken wesentlich schwächer ist als die den Weicheisenstab
mit diesen Polstücken in Berührung haltende Kraft, bleibt die Anordnung in dieser
Arbeitsstellung des Relais, solange der elektrische Strom in der Spule fließt.
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Sobald der Strom unterbrochen wird, verschwindet die elektromagnetische
Kraft, und die Anziehungskraft des Magnetstabes führt die Vorrichtung in die Ausgangsstellung,
d. h. in die Ruhestellung, zurück.
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Die Erfindung ist in gleicher Weise auch auf ein polarisiertes Relais
anwendbar, das nach dem gleichen Prinzip der Abstoßungs- und Anziehungskraft arbeitet.
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Bei einem polarisierten Relais verwendet man eine der oben beschriebenen
ähnliche bewegliche Vorrichtung, bei der jedoch der Weicheisenstab durch einen zweiten
Permanentstab N"S" ersetzt ist (F i g. 2 und 3). Dieser Stab ist derart montiert,
daß immer eine Nord- und Südpolarisation bezüglich der beiden Polstücke des Elektromagneten
E vorhanden ist.
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Beim Fehlen des Erregerstromes in der Spule des Elektromagneten (F
i g. 2) kommt entweder der eine oder der andere Magnetstab NS oder N"S" mit den
Polstücken P', P in Berührung, so daß einer der beiden bistabilen Zustände des polarisierten
Relais entsteht.
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Wird die Spule des Elektromagneten derart erregt, daß an den Polstücken
die gleiche magnetische Polung wie an den mit den Polstücken in Berührung stehenden
Magnetstabpolen entsteht, wirkt auf diesen eine abstoßende Kraft und gleichzeitig
eine Anziehungskraft auf den zweiten Magnetstab, dessen Polung entgegengesetzt zur
Polung der Polstücke ist. Hört der Stromfluß in der Spule auf, dann bleibt trotzdem
die bewegliche Anordnung, welche sich im Sinne des Pfeiles f' gedreht hat, in dieser
Stellung stehen, welche die zweite bistabile Stellung des polarisierten Relais darstellt.
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Um die Anordnung in die erste Stellung zurückzuführen, genügt es,
wie aus F i g. 3 ersichtlich, die Spule des Elektromagneten mit umgekehrter Polung
des Erregerstromes unter Strom zu setzen.