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Elektromagnetisches Relais mit Kolbenmagnet Die Erfindung bezieht
sich auf ein elektromagnetisches Relais mit Kolbenmagnet. Bei derartigen Relais
wird sehr häufig die Forderung gestellt, daß sie hohe Kontaktdrucke zum Schalten
großer Stromstärke, hohe Ansprechgeschwindigkeiten, geringes Gewicht und geringe
Leistungsaufnahmen sowie große Sicherheit gegen äußere Beschleunigungskräfte aufweisen
sollen.
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Bei den bisher bekannten Relaisbauarten wurden die hohen Kontaktdrucke
und die Erschütterungssicherheit vornehmlich durch entsprechend hohe Belastungen
erreicht. Um trotzdem !d@.en Verbrauch verhältnismäßig gering zu halten, wurde der
magnetische Rückschluß sehr sorgfältig ausgebildet. Diese Maßnahmen setzten aber
gleichzeitig das Gewicht des Relais herauf, so daß der Vorteil des hohen Kontaktdrucks
und der Erschiitterungssicherheit wettgemacht wurde durch die notwendige Gewichtsvermehrung.
Es Avar daher- überraschend, festzustellen, daß auch auf entgegengesetztem Wege
Relaisbauarten möglich sind, die den Vorteil .des hohen Kontaktdruckes und der großen
Sicherheit gegen Erschütterungen verbinden mit dem Vorteil des geringen Gewichts
und der geringen Leistungsaufnahme. Diese Vorteile werden dadurch erreicht, @daß
dem Anker und dem Kern des Kolbenmagneten, dessen Luftspalt von der Magnetspule
umschlossen wird, ganz bestimmte, eng begrenzte Abmessungen- gegeben werden. Erfindungsgemäß
beträgt bei einem Durchiniesser des Ankers und des Kerns von höchstens 3 mm das
Verhältnis der von Ader Magnetspule umgebenen Kernlänge zum Kerndurchmesser mindestens
15 : I, zweckmäßig 40 . I.
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In dem dünnen und damit leichten Kern des Relais nach der Erfindung
tritt unter dem Einfluß der Magnetwicklung schon bei schwachen Strömen eine sehr
hohe magnetische Flußdichte auf, die Abis zur Sättigung
des Kerns
führen kann. Dadurch wird das iMaterial des Kerns bis zur Grenze ausgenutzt. Überraschenderweise
ist es bei dieser Bauart von verhältnismäßig geringer Bedeutung, ob ein Eisenrückschluß
für den Kern vorhanden ist oder nicht, da infolge der fast punktförmigen Magnetpole
die Streuung außerhalb Ader Spule sehr groß und damit der magnetische Widerstand
Ader Luftrückführung relativ gering wird.
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Wenn jauch u. LT. eine .günstige Wirkung des Rückschlusses vorhanden
sein kann., so wird diese doch in vielen Fällen durch die nicht unerhebliche Gewichtszunahme
wieder ausgeglichen. Es kann sogar-der magnetische Nebenschluß so beträchtlich werden,
daß die Induktionsdichte im Arbeitsluftspalt sinkt und somit nur'eine ungünstige
Wirkung eintritt. Je nach den Umständen :des Relais wird daher ein Eisenrücksahluß
angebracht sein oder nicht. Da der gering gewählte Luftspalt vollkommen von der
Spule eingeschlossen wird, ist trotz der geringen Oberfläche der Pole die Ausweitung
des Flusses im Luftspalt sehr gering. Diese Erscheinung, zusammen mit der hohen
magnetischen Flußdichte, bewirkt nun, daß auf den Anker eine relativ hohe Anzugskraft
wirkt und weiter, -da.ß der Anker mit großer Kraft gegen den Kern gezogen wird.
Dieser Zug läßt sich durch geeignete Führung als Kontaktdruck ausnutzen. Infolge
der Bauart nach der Erfindung liegen die Spitzendrucke außerordentlich hoch. Es
lassen sich beispiels1weise bei einem Kern von 2 inm Durchmesser ohne Schwierigkeiten
Drucke von 16o gr/.mm2 erreichen, die, als Kontaktdruck verwendet, Kontakte selbst
für große Stromstärken zu schließen: gestatten.
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Die Abmessungen des Kerns ergeben auch eine sehr dünne und verhältnismäßig
lange Bauart der Magnetwicklung, die durch ,ihre Form eine Reihe von Vorteilen mit
sich bringt. Infolge des geringen Durchmessers des Kerns wird auch der Durchmesser
-der Magnetspule sehr gering. Dadurch aber w ird die Drahtlänge je Windung sehr
gering, so daß der Ohmsche Widerstand der Spüle und damit der Kupferverlust sehr
klein wird. Bei der Länge des Kerns sind nur wenige Windungslagen notwendig, um
die notwendigen Amperewindungen unterzubringen, und die einzelnen Windungen liegen
hauptsächlich nebeneinander, statt, wie sonst üblich, übereinander. Dies zusammen
mit der geringen Drahtlänge einer jeden Windung bringt aber :einen geringen O'hmschen
Widerstand und damit eine geringe Wattaufnahme der Magnetspule mit sich.
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Die Vorteile der langen und dünnen Spule sind so groß, daß hier ohne
wesentliche Nachteile auch Drähte aus Aluminium, das zweckmäßigerweise elektrolytisch
oxydiert ist, verwendet werden können, ohne daß der Verbrauch dadurch alIzusehr
steigen würde. Durch die gute Ausnutzung der 'Magnetspule tritt gleichzeitig auch
eine wesentliche Verringerung des Gewichts der Spule ein. Außerdem ist die Kühlung
einer solchen ,langen und dünnen Spule außerordentlich gut.
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Der Anker ist ebenfalls infolge des geringen Durchmessers sehr leicht.
Vorteilhaft ist die Länge des Ankers so gehalten, daß der Luftspalt im oberen Drittel
der Magnetspule liegt. Es ergibt sich eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit, da
die Rückholfeder .nur schwach zu sein braucht. Weiter ist auch die Ansprechempfindlichkeit
infolge des geringen Ankergewichts ebenfalls sehr groß. Vor allem aber zeigt das
Relais eine große Unempfindlichkeit gegen: äußere Beschleunigungskräfte. Versuche
haben ergeben, daß Relais nach dieser Bauart selbst bei Beschleunigungskräften von
dem ioo fachen der Erdbeschleunigung einwandfrei arbeiten.
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Das geringe Ankergewicht, die hohe magnetische Flußdichte im dünnen
Magnetkern und die geringe Aufweitung des Flusses im Luftspalt sowie die gute Ausnutzung
der Spule bei geringem eigenem Widerstand ermöglichen es, bei diesem Relais schon
mit Bruchteil eines Watt :ein sicheres JAnsprechen und einen sehr höhen Kontaktdruck
zu erreichen.
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Die Erfindung sei an einem @usfiihrungsbeispiel erläutert, das ein
Doppelrelais mit zwei Magnetsystemen nach der Erfindung darstellt. y Die Kerne ia,
ib und die Anker 2" 21, sind von Magnetspulen 3Q, 3b umgeben. Die Kerne können durch
Schrauben d.", .4bb in ihrer Länge verschoben werden, wodurch die Luftspalte 5.,
5b verändert werden können. Die Anker 2Q, 2b sind durch einen doppelarmigen Hebel6
gehaltert, der sich um den Drehpunkt 7 im kleinenWinkel drehen kann. Der doppelarmige
Hebel 6 trägt einen weiteren Hebelarm S, der nnit seinem kugelförmig verbreiterten
Ende g bei Stromlosigkeit beider Magnetspulen zwischen den Kontakten iou, lob steht.
Die Kontakte io,, lob sind federnd in der Halterung 12 eingespannt. Die Gegenkontakte
ii", IIb sind starr ausgeführt. Die Anordnung ist so getroffen, daß das Ende g des
Arms ä de Kontaktfedern ioü, lob etwas unterhalb der Kontakte trifft. Bei Erregung
der einen Magnetspule wird der Anker an den Kern herangezogen, dadurch -wird der
Hebel6 um den Punkt 7 geschwenkt und der mit Hebel 6
starr verbundene
Hebel 8 preßt nun den entsprechend federnden Kontakt ioa oder iob gegen seinen starren
Kontakt i IQ bzw. I Ib. Dadurch, .daß der Kontakt i ia, I Ib starr angeordnet ist
und die Kontakte ioa und Iob in der Nähe des Kontaktes selbst von dem Hebelende
9 des Hebelarms 8 getroffen werden, ist die Verbindung sehr :starr, so daß praktisch
der ganze Anpreßdruck zwischen Magnetanker und Magnetkern voll auf .die Kontakte
übertragen wird. Die genaue Einstellung kann durch .die Schrauben 4" d.b vorgenommen
werden. Die Federn Ioa, Iob sind gleichzeitig als Rücks:tellfedern ausgebildet,
.doch können natürlich auch besondere kückholfedern verwendet werden. Alle Teile
dieses Relais bis .auf Anker und Kern sind aus unmagnetischem Material hergestellt
und können daher entsprechend leicht gehalten werden.