Auslöserelais

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Auslöserelais mit einem weichmagnetischen Joch und einem weichmagnetischen Anker sowie mit einem hartmagnetischen Permanentmagneten, wobei das Joch aus einem Jochschenkel, einem Spulenschenkel und einem Lagerschenkel besteht, und wobei der Spulenschenkel eine Auslösespule trägt und der Anker um eine am Lagerschenkel angeordnete Drehachse kippbar ist.

[0002] Ein derartiges Auslöserelais ist beispielsweise durch die DE 101 17 340 C1 sowie durch die EP 1 324 365 A1 bekannt. In den bekannten Fällen ist jeweils ein innerhalb des weichmagnetischen Jochs angeordneter hartmagnetischer Permanentmagnet mit seiner Längsachse parallel zum Spulenschenkel und zum Lagerschenkel des Jochs ausgerichtet und unter Bildung eines Luftspaltes zum weichmagnetischen Anker am Jochschenkel befestigt. Der Spulenschenkel trägt eine Auslösespule, die aufgrund ihres Stromflusses ein magnetisches Feld erzeugt. Das von der Auslösespule erzeugte magnetische Feld steht in Wechselwirkung mit dem Feld des Permanentmagneten in einem weichmagnetischen Eisenkreis, der vom Joch und vom Anker gebildet wird und der ein magnetfeldleitendes Element bildet. Wird das magnetische Feld des Permanentmagneten durch das von der Auslösespule erzeugte magnetische Feld geschwächt, dann wird durch die Federkraft einer Auslösefeder der Anker geöffnet, womit es zur Auslösung kommt.

[0003] Durch die Anordnung eines einzelnen diskreten Permanentmagneten kann es je nach Größe und Lage des hartmagnetischen Permanentmagneten zu unerwünschter Sättigung im weichmagnetischen Joch und im weichmagnetischen Anker kommen. Um unerwünschte Sättigungseffekte zu vermeiden, ist unter Umständen der Aufbau magnetischer Nebenschlüsse und der Einsatz von so genannten Nebenschlussfolien erforderlich. Nebenschlussfolien dienen zum Einstellen definierter Luftspalte und definierter Abstände zur gezielten Beeinflussung des vom Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes.

[0004] Durch die EP 1 177 565 B1 ist z. B. jeweils ein elektromagnetisches Relais bekannt, bei dem das als Kernanordnung bezeichnete Joch und/oder der Anker aus einem Kunststoff besteht, der weichmagnetische Partikel (ferromagnetisches Pulver) enthält. Neben den magnetisch leitfähigen Teilen des Relais können optional auch noch die elektrisch leitfähigen Teile aus einem Kunststoff gefertigt sein, der ein elektrisch leitfähiges Pulver enthält. Das Dokument FR 2 276 679 offenbart ein Relais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein konstruktiv einfach aufgebautes und einfach herstellbares Auslöserelais zu schaffen, bei dem Sättigungsprobleme im Joch und/oder im Anker zuverlässig vermieden werden.

[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Auslöserelais gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

[0007] Das Auslöserelais gemäß Anspruch 1 weist ein weichmagnetisches Joch und einen weichmagnetischen Anker sowie einen hartmagnetischen Permanentmagneten auf, wobei das Joch aus einem Jochschenkel, einem Spulenschenkel und einem Lagerschenkel besteht, und wobei der Spulenschenkel eine Auslösespule trägt und der Anker um eine am Lagerschenkel angeordnete Drehachse kippbar ist.

[0008] Erfindungsgemäß besteht der Permanentmagnet aus einem Kunststoffmaterial mit hartmagnetischen Partikeln und liegt außen am Jochschenkel an.

[0009] Dadurch, dass der Permanentmagnet aus einem kunststoffgebundenen Magnetmaterial gefertigt ist und außen am Jochschenkel anliegt, ergibt sich eine großflächig verteilte Anordnung des hartmagnetischen Permanentmagneten. Damit kann der kunststoffgebundene Permanentmagnet im Vergleich zu den bekannten Permanentmagneten magnetisch schwächer ausgebildet werden. Durch die geringere Flussdichte im Permanentmagneten bei gleichzeitig großflächig verteilter Anordnung des hartmagnetischen Permanentmagneten werden Sättigungsprobleme im weichmagnetischen Joch und im weichmagnetischen Anker zuverlässig vermieden. Das weichmagnetische Joch kann somit kleiner dimensioniert werden. Darüber hinaus ist eine Konstruktion mit magnetischem Nebenschluss und Nebenschlussfolie nicht mehr erforderlich, da aufgrund der großflächigen Verteilung der hartmagnetischen Partikel keine besonderen Anforderungen an die Lagetoleranzen des Permanentmagneten mehr gestellt werden müssen. Durch die geringere Baugröße des weichmagnetischen Jochs kann die Größe des erfindungsgemäßen Auslöserelais reduziert werden. Die nicht mehr erforderliche Nebenschlussfolie vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen Auslöserelais.

[0010] Dadurch, dass der Permanentmagnet aus einem kunststoffgebundenen Magnetmaterial gefertigt ist und außen am Jochschenkel anliegt, sind im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Ausgestaltungen möglich. So bildet z. B. bei einer Ausgestaltung des Auslöserelais nach Anspruch 2 der Permanentmagnet eine Grundplatte für das Joch.

[0011] Gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 3 bildet der Permanentmagnet zumindest teilweise ein Gehäuse für das Auslöserelais. Werden Teile des Gehäuses oder das ganze Gehäuse direkt aus Kunststoff mit magnetisierbaren (hartmagnetischen) Partikeln hergestellt, so entfällt der im Auslöserelais zu befestigende Permanentmagnet. Das Gehäuse stellt bei dieser Ausführungsform den Permanentmagneten zur Erzeugung des benötigten Magnetfeldes dar. Somit übernimmt das Gehäuse zusätzlich zu seiner mechanischen Schutzfunktion auch die Funktion der Felderzeugung.

[0012] Nach einer in Anspruch 4 beschriebenen Ausführungsform, die eine Variante zur Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 darstellt, ist ein am Spulenschenkel angeordneter, die Auslösespule tragender Spulenkörper in dem Gehäuse, das zumindest teilweise den Permanentmagneten bildet, integriert. Damit ist auch der Spulenkörper in die Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes mit einbezogen.

[0013] Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 5 liegt der Permanentmagnet an wenigstens einer Außenseite des Jochschenkels vollständig und an wenigstens einer Außenseite des Spulenschenkels und an wenigstens einer Außenseite des Lagerschenkels zumindest teilweise an.

[0014] Die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen zeigen die große Flexibilität der erfindungsgemäßen Maßnahme, den Permanentmagneten aus einem kunststoffgebundenen Magnetmaterial zu fertigen. Damit ist der Permanentmagnet, insbesondere bei einer Herstellung im Spritzgussverfahren, auf fertigungstechnisch einfache Weise an die jeweiligen Erfordernisse anpassbar.

[0015] Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Auslöserelais in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung, jeweils ohne Gehäuse:

FIG 1

eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslöserelais,

FIG 2

eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslöserelais,

FIG 3

eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslöserelais.

[0016] Die in den FIG 1 bis 3 dargestellten Auslöserelais weisen jeweils ein weichmagnetisches Joch 1 und einen weichmagnetischen Anker 2 sowie einen hartmagnetischen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet ist bei dem Auslöserelais gemäß FIG 1 mit 31 bezeichnet und bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 mit 32. Bei der in FIG 3 gezeigten Ausführungsform weist der Permanentmagnet das Bezugszeichen 33 auf.

[0017] Das Joch 1 besteht jeweils aus einem Jochschenkel 11, einem Spulenschenkel 12 und einem Lagerschenkel 13. Der Spulenschenkel 12 trägt jeweils eine Auslösespule 4.

[0018] Der Anker 2 ist jeweils um eine zwischen diesem und dem Lagerschenkel 13 angeordnete Drehachse 21 kippbar.

[0019] Erfindungsgemäß bestehen bei den in den FIG 1 bis 3 gezeigten Auslöserelais die Permanentmagneten 31, 32, 33 aus einem Kunststoffmaterial mit hartmagnetischen Partikeln und liegen außen am Jochschenkel 11 an.

[0020] Bei den in den FIG 1 bis 3 gezeigten Auslöserelais erzeugt jeweils die Auslösespule 4 aufgrund ihres Stromflusses ein magnetisches Feld. Das von der Auslösespule 4 erzeugte magnetische Feld steht in Wechselwirkung mit dem Feld des Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33 in einem weichmagnetischen Eisenkreis, der jeweils vom Joch 1 und vom Anker 2 gebildet wird und der ein magnetfeldleitendes Element bildet. Wird das magnetische Feld des Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33 durch das von der Auslösespule 4 erzeugte magnetische Feld geschwächt, dann wird durch die Federkraft einer Auslösefeder 5 der Anker 2 geöffnet, womit es zur Auslösung kommt.

[0021] Bei dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Auslöserelais bildet der Permanentmagnet 31 eine Grundplatte für das Joch 1. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass der Permanentmagnet 31 zumindest teilweise ein Gehäuse (in FIG 1 nicht dargestellt) für das Auslöserelais bildet.

[0022] Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass ein am Spulenschenkel 12 angeordneter Spulenkörper, der die Auslösespule 4 trägt, in dem Gehäuse, das zumindest teilweise den Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33 bildet, integriert ist. Der Spulenkörper und das Gehäuse sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den FIG 1 bis 3 nicht dargestellt.

[0023] Bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 liegt der Permanentmagnet 32 an einer Außenseite des Jochschenkels 11 vollständig an. Weiterhin liegt der Permanentmagnet 32 an einer Außenseite des Spulenschenkels 12 und an einer Außenseite des Lagerschenkels 13 teilweise an.

[0024] Bei der Ausführungsform gemäß FIG 3 umschließt der Permanentmagnet 33 den Jochschenkel 11 vollständig. Weiterhin umschließt der Permanentmagnet 33 den Spulenschenkel 12 und den Lagerschenkel 13 auf eine vorgegebene Länge vollständig.

[0025] In den FIG 1 bis 3 sind die Schemen der von den Magnetfeldern erzeugten Flüsse eingezeichnet.

[0026] Mit FL1 ist die Flusslinie bezeichnet, die den magnetischen Fluss vom Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33 durch den Spulenschenkel 12 und die Auslösespule 4 sowie durch den Anker 2 und den Lagerschenkel 13 zurück zum Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33 beschreibt. Hierbei handelt es sich also um den Hauptfluss für die Haltefunktion im Ruhezustand des Auslöserelais.

[0027] Mit FL2 ist die Flusslinie bezeichnet, die den magnetischen Fluss beschreibt, der ausschließlich im Joch 1 sowie im Anker 2, und somit nicht im Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33, geführt ist. Hierbei handelt es sich um den Erregerfluss der Auslösespule 4 bei Fehlerstromauslösung.

[0028] Mit FL3 ist die Flusslinie bezeichnet, die den magnetischen Fluss beschreibt, der ausschließlich im Permanentmagneten 31 bzw. 32 bzw. 33 und damit nicht durch die Auslösespule 4 geführt ist. Es handelt sich hierbei um den Nebenfluss.

[0029] Dadurch, dass die Permanentmagneten 31, 32, 33 außen am jeweiligen Jochschenkel 11 anliegen - und nicht wie bei den bekannten Auslöserelais innerhalb des Jochs 1 angeordnet sind - tritt kein Nebenfluss FL 3 im Anker 2 auf. Damit kann mit weniger magnetisch wirksamen Material der benötigte Hauptfluss FL 1 erzeugt werden. Die Permanentmagneten 31, 32, 33 können somit kompakter ausgeführt werden, wodurch die Baugröße des Auslöserelais verringert werden kann. Darüber hinaus werden Sättigungsprobleme im Joch 1, durch die der Erregerfluss FL2 in der Auslösespule 4 geschwächt wird, und/oder Sättigungsprobleme im Anker 2 zuverlässig vermieden.

[0030] Durch die Integration des Magneten im Gehäuse oder in der Grundplatte oder im Spulenkörper kann Bauvolumen gespart werden.

Ansprüche

1. Auslöserelais mit einem weichmagnetischen Joch (1) und einem weichmagnetischen Anker (2) sowie mit einem hartmagnetischen Permanentmagneten (31; 32; 33), wobei das Joch (1) aus einem Jochschenkel (11), einem Spulenschenkel (12) und einem Lagerschenkel (13) besteht, und wobei der Spulenschenkel (12) eine Auslösespule (4) trägt und der Anker (2) um eine am Lagerschenkel (13) angeordnete Drehachse (21) kippbar ist, wobei der Permanentmagnet außen am Jochschenkel (11) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (31; 32; 33) aus einem Kunststoffmaterial mit hartmagnetischen Partikeln besteht.

2. Auslöserelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (31) eine Grundplatte für das Joch bildet.

3. Auslöserelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (31; 32; 33)zumindest teilweise ein Gehäuse für das Auslöserelais bildet.

4. Auslöserelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Spulenschenkel (12) angeordneter, die Auslösespule (4) tragender Spulenkörper in dem Gehäuse, das zumindest teilweise den Permanentmagneten (31; 32; 33) bildet, integriert ist.

5. Auslöserelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (32; 33) an wenigstens einer Außenseite des Jochschenkels (11) vollständig und an wenigstens einer Außenseite des Spulenschenkels (12) und an wenigstens einer Außenseite des Lagerschenkels (13) zumindest teilweise anliegt.

Claims

1. Electromagnetic trip relay having a soft magnetic yoke (1) and a soft magnetic armature (2) as well a hard magnetic permanent magnet (31;32;33), wherein the yoke (1) consists of a yoke limb (11), a coil limb (12) and a bearing limb (13), and wherein the coil limb (12) supports a trip coil (4) and the armature (2) can be tilted about a axis of rotation (21) arranged on the bearing limb (13), wherein the permanent magnet rests externally on the yoke limb (11), characterized in that the permanent magnet (31; 32;33) consists of a plastic material having hard magnetic particles.

2. Electromagnetic trip relay according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (31) forms a base plate for the yoke.

3. Electromagnetic trip relay according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnet (31; 32; 33) at least partially forms a housing for the electromagnetic trip relay.

4. Electromagnetic trip relay according to claim 3, characterized in that a coil element supporting the electromagnetic trip coil (4) and arranged on the coil limb (12) is integrated in the housing, which at least partially forms the permanent magnet (31; 32; 33).

5. Electromagnetic trip relay according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnet (32; 33) rests completely on at least one exterior face of the yoke limb (11) and at least partially on at least one exterior face of the coil limb (12) and on at least one exterior face of the bearing limb (13).

Revendications

1. Relais de déclenchement comportant une culasse (1) en matériau magnétique doux et une armature (2) en matériau magnétique doux ainsi qu'un aimant permanent (31 ; 32 ; 33) en matériau magnétique dur, la culasse (1) étant constituée d'un bras de culasse (11), d'un bras de bobine (12) et d'un bras d'appui (13), et le bras de bobine (12) portant une bobine de déclenchement (4) et l'armature (2) pouvant pivoter autour d'un axe de rotation (21) placé sur le bras d'appui (13), l'aimant permanent s'appliquant extérieurement contre le bras de culasse (11), caractérisé en ce que l'aimant permanent (31 ; 32; 33) est constitué d'un matériau plastique chargé en particules magnétiques dures.

2. Relais de déclenchement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent (31) constitue une plaque de base pour la culasse.

3. Relais de déclenchement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent (31 ; 32 ; 33) constitue au moins partiellement un boîtier pour le relais de déclenchement.

4. Relais de déclenchement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un corps de bobine placé sur le bras de bobine (12) et portant la bobine de déclenchement (4) est intégré dans le boîtier qui constitue au moins partiellement l'aimant permanent (31 ; 32 ; 33).

5. Relais de déclenchement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aimant permanent (32 ; 33) s'applique entièrement contre au moins une face externe du bras de culasse (11) et s'applique au moins partiellement contre au moins une face externe du bras de bobine (12) et contre au moins une face externe du bras d'appui (13).

Zeichnung