Elektromagnetisches Relais

Abstract

 Das Relais besitzt zur Ankerrückstellung einen Dauerma­gneten (7) mit großem negativem Temperaturkoeffizienten der Remanenz, wobei ein Teil der Dauermagnetkraft über eine Kompensationsfeder (10) kompensiert wird. Damit wird die Ansprechspannung temperaturunabhängig gemacht, wobei eine mit der Erregerwicklung (1) parallel geschaltete Heizvorrichtung (11) den Dauermagneten (7) synchron mit der Wicklung erwärmt und damit eine Kompensation der An­sprechspannung hinsichtlich der Spulenerwärmung gewähr­leistet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einer Erregerspule, einem innerhalb der Spule angeordne­ten Kern und einem Joch, das mit einem Ende an ein Kern­ende angekoppelt ist und an dessen anderem Ende ein mit dem freien Kernende einen Arbeitsluftspalt bildender An­ker gelagert ist, sowie mit einem Dauermagneten, der zu­mindest über einen Pol eine Rückstellkraft auf den Anker ausübt und der einen negativen Temperaturkoeffizienten der Remanenz in der Größenordnung eines Ferritmagneten aufweist.

[0002] Ein derartiges Relais mit dem üblichen Magnetkreisaufbau, also mit einem winkelförmigen Joch und einem flachen, stirnseitig vor dem freien Kernende angeordneten Anker, ist aus der DE-OS 1 439 210 bekannt. Es handelt sich da­bei um ein neutrales, monostabiles Magnetsystem, bei dem der Anker für die Zeitdauer der Erregung entgegen der Rückstellkraft des Dauermagneten angezogen wird und bei Abschaltung der Erregung durch die Dauermagnetkraft in seine Ruhestellung zurückgeführt wird.

[0003] Bei dem bekannten Relais gemäß DE-OS 1 439 210 wird als Rückstellmittel vorzugsweise ein Keramikmagnet verwendet. Diese Magnete, die man auch als Oxidmagnete oder Ferrit­magnete bezeichnet, besitzen einen verhältnismäßig großen Temperaturgang, nämlich einen Temperaturkoeffizienten der Remanenz, der in der Größenordnung von - 2 × 10⁻³ K⁻¹ liegt. Das bedeutet, daß mit wachsender Temperatur der Dauerfluß abnimmt, und zwar um etwa 10 % bei einem Tempe­raturanstieg von 50 K. Es ist bekannt, bei polarisierten bistabilen Relais diesen Effekt auszunutzen, indem mit diesem negativen Temperaturkoeffizienten der Remanenz des Dauermagneten der positive Temperaturkoeffizient des Spu­lenwiderstands kompensiert wird, wodurch die Ansprech­spannung mit zunehmender Temperatur weniger stark an­steigt als bei einem ungepolten Relais (Siemens Zeit­schrift, 1969, Seiten 411 bis 413). Für solche polari­sierten Relais ist es weiterhin bekannt, einen Teil der Dauermagnetkraft mittels Federn zu kompensieren, um eine möglichst gute Annäherung des Temperaturgangs des Dauer­magneten an den Temperaturgang der Spule herbeizuführen (DE-AS 1 902 610). In diesen Fällen der bistabilen pola­risierten Relais wird eine Temperaturkompensation bezüg­lich der Umgebungstemperatur vorgenommen, da solche Re­lais nur impulsweise erregt werden, so daß keine wesent­liche Eigenerwärmung der Spule erfolgt und die Temperatur der Spule und des Dauermagneten im wesentlichen der Umge­bungstemperatur entspricht.

[0004] Bei einem neutralen Magnetsystem der eingangs genannten Art liegen diese Verhältnisse nicht ohne weiteres vor, da ein solches monostabiles Relais bei länger dauernder Er­regung eine hohe Spulenerwärmung aufweist, während der zur Ankerrückstellung dienende Dauermagnet von der Spule entfernt angeordnet ist und sich weitgehend auf Umge­bungstemperatur befindet. Die bei polarisierten Relais bekannte Temperaturkompensation kann deshalb bei solchen Relais nicht in gleicher Weise vorgenommen werden.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs ge­nannten Art zu schaffen, bei dem auch bei starker Eigen­erwärmung der Spule eine Kompensation der Ansprechspan­nung erreicht wird.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der Anziehungskraft des Dauermagneten auf den Anker entgegenwirkende Kompensationsfeder einen Teil dieser An­ ziehungskraft kompensiert und daß der Dauermagnet in thermisch leitendem Kontakt mit einer einen Teil des Er­regerstromkreises bildenden Heizeinrichtung steht.

[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Relais wird also zunächst eine Kompensationsfeder vorgesehen, um den bekannten Effekt der Temperaturkompensation auf ein neutrales Magnetsystem der hier vorliegenden Art zu übertragen. Welcher Anteil der Dauermagnetkraft dabei kompensiert werden muß, um ei­ne möglichst gute Angleichung des Temperaturgangs der Dauerflußkräfte an den Temperaturgang der Erregerfluß­kraft zu erreichen, läßt sich aus den bekannten physika­lischen Eigenschaften der Spulenwicklung und des verwen­deten Dauermagnetwerkstoffes berechnen. Um aber über die Kompensation der Umgebungstemperatureinflüsse hinaus auch eine Kompensation der Spulenerwärmung zu erzielen, wird durch die Heizeinrichtung sichergestellt, daß der Dauer­magnet stets die gleiche Temperatur aufweist wie die Spu­lenwicklung.

[0008] Diese Heizeinrichtung kann im einfachsten Fall die Erre­gerwicklung des Relais selbst sein, wenn durch die ent­sprechende Relaiskonstruktion sichergestellt werden kann, daß der Dauermagnet in thermischem Kontakt mit der Erre­gerwicklung steht. Im allgemeinen wird jedoch der Rück­stellmagnet der Spule gegenüberliegend vor dem Anker an­geordnet sein, so daß dieser thermische Kontakt nicht oh­ne zusätzliche Konstruktion möglich ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als Heizeinrichtung einen Heizwider­stand am Dauermagneten vorzusehen, der in Serie oder par­allel zum Erregerstromkreis geschaltet ist. Die Art der Anschaltung ergibt sich aus der Auslegung des Erreger­stromkreises, insbesondere aus der verwendeten Spannung. Dabei wird natürlich dieser Heizwiderstand so ausgelegt, daß er am Dauermagneten eine Erwärmung ähnlich der Erwär­mung der Spulenwicklung erzeugt. Dieser Heizwiderstand braucht in vielen Fällen kein zusätzliches Bauelement zu sein, da es ohnehin bei derartigen Relais erwünscht ist, die Spannungsspitzen beim Abschalten der Wicklungsinduk­tivität mittels eines Parallelwiderstandes zu begrenzen. Diese Funktion kann von dem Heizwiderstand übernommen werden.

[0009] In konstruktiver Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Re­lais kann vorgesehen sein, daß ein Pol des Dauermagneten einen Polschuh als Ankeranschlag aufweist und daß der zweite Pol des Dauermagneten über einen Flußbügel mit dem Kern bzw. dem Joch magnetisch gekoppelt ist. Bei entspre­chender Bemessung des Dauermagneten und der Kopplung kann in diesem Fall sogar ein Schaltverhalten erreicht werden, das mehr oder weniger dem eines polarisierten Relais ent­spricht. Soll auf jeden Fall ein neutrales Schaltverhal­ten sichergestellt werden, so empfiehlt es sich, daß der Dauermagnet an beiden Polen je einen Polschuh aufweist und daß diese beiden Polschuhe im abgefallenden Zustand des Ankers von diesem überbrückt werden. Damit ergibt sich über dem Anker ein geschlossener Dauermagnetkreis, der vom Erregerkreis getrennt ist.

[0010] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein temperaturkompensiertes Winkelankerrelais mit an den Kern gekoppeltem Dauermagnetkreis,

Fig. 2 ein gegenüber Fig. 1 leicht abgewandeltes Relais mit getrenntem Dauermagnetkreis.

[0011] Das in Fig. 1 dargestellte Relais besitzt eine Erreger­spule 1 mit einem axial angeordneten Kern 2, ein winkel­förmiges, an ein Kernende angekoppeltes Joch 3 und einen flachen Anker 4, der am freien Jochende gelagert ist und einen Arbeitsluftspalt mit einer auf dem freien Kernende sitzenden Polplatte 5 bildet. Dieses Relais-Magnetsystem ist in der Regel auf einem Sockel 6 angeordnet, der in Fig. 1 nur als rechteckiger Umriß gezeigt ist. Außerdem besitzt das Relais natürlich nicht weiter dargestellte Kontaktelemente, beispielsweise eine mit dem Anker ver­bundene Kontaktfeder, die mit im Sockel verankerten Ge­genkontaktelementen zusammenwirkt.

[0012] Die Rückstellkraft für den Anker wird durch einen Dauer­magneten 7 aufgebracht, der mit einem ferromagnetischen Polschuh 8 einen Anschlag für die Ruhestellung des Ankers 4 bildet und mit einem zweiten Polschuh 9 an den Kern ma­gnetisch angekoppelt ist. Durch diese zuletzt genannte Ankopplung ergibt sich beim Schaltverhalten des Relais eine Annäherung an die Charakteristik eines polarisierten Relais, wobei jedoch für die vorliegende Erfindung von einem monostabilen Schaltverhalten mit entsprechender Dauererregung und damit verbundener Spulenerwärmung aus­gegangen wird.

[0013] Ein Teil der Dauerflußkraft wird durch eine Druckfeder 10 kompensiert, die am Sockel oder auf ähnliche Weise abge­stützt ist und dem Anker entgegen der Anzugskraft des Dauermagneten aus seiner Ruhestellung zu drücken ver­sucht. Durch entsprechende Dimensionierung dieser Druck­feder 10 wird ein so großer Teil der Dauerflußkraft kom­pensiert, daß der Temperaturgang der Dauerflußkraft dem Temperaturgang der Erregerflußkraft in etwa entspricht, so daß sich eine weitgehend gleichbleibende, also tempe­raturkompensierte Ansprechspannung für das Relais ergibt.

[0014] Um diese Temperaturkompensation nicht nur gegenüber der Umgebungstemperatur, sondern auch hinsichtlich der Erwär­mung der Wicklung zu gewährleisten, ist unmittelbar am Dauermagneten 7 ein Heizwiderstand 11 vorgesehen, der über die Anschlüsse 12 und 13 parallel zu den Wicklungs­anschlüssen 14 und 15 der Spule 1 geschaltet ist. Solange die Spule erregt wird, wird auch der Heizwiderstand 11 aufgeheizt, so daß der Dauermagnet 7 synchron mit der Spulenwicklung erwärmt wird. Auf diese Weise wird die er­wähnte Temperaturkompensation der Ansprechspannung in je­dem Fall sichergestellt.

[0015] Fig. 2 zeigt eine leichte Abwandlung des Relais gegenüber Fig. 1. Der grundsätzliche Aufbau ist jedoch gleich ge­halten, wobei die entsprechenden Teile auch mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Lediglich anstelle des Pol­schuhs 9 ist ein abgewandelter Polschuh 19 am Dauermagne­ten 7 verwendet, wobei dieser Polschuh 19 nicht an den Kern angekoppelt ist, sondern so gestaltet ist, daß der Dauermagnet im Ruhezustand an beiden Polschuhen 8 und 19 anliegt und dann einen geschlossenen Dauermagnetkreis bildet. In diesem Fall wird das neutrale Schaltverhalten des Magnetsystems durch den Dauermagneten nicht verän­dert, es wird jedoch die gleiche Temperaturkompensation wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sichergestellt.

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Relais mit einer Erregerspule, ei­nem innerhalb der Spule angeordneten Kern und einem Joch, das mit einem Ende an ein Kernende angekoppelt ist und an dessen anderem Ende ein mit dem freien Kernende einen Ar­beitsluftspalt bildender Anker gelagert ist, sowie mit einem Dauermagneten, der zumindest über einen Pol eine Rückstellkraft auf den Anker ausübt und der einen negati­ven Temperaturkoeffizienten der Remanenz in der Größen­ordnung eines Ferritmagneten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anziehungs­kraft des Dauermagneten (7) auf den Anker entgegenwirken­de Kompensationsfeder (10) einen Teil der Anziehungskraft kompensiert und daß der Dauermagnet (7) in thermisch lei­tendem Kontakt mit einer einen Teil des Erregerstromkrei­ses (12, 13, 14, 15) bildenden Heizeinrichtung (11) steht.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Heizeinrichtung die Erreger­wicklung (1) des Relais ist.

3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Heizeinrichtung ein zu dem Erregerstromkreis (14, 15) in Serie oder parallel ge­schalteter Heizwiderstand (11) ist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol des Dauerma­gneten (7) einen Polschuh (8) als Ankeranschlag aufweist und daß der zweite Pol des Dauermagneten (7) über einen Flußbügel (9) mit dem Kern (2) bzw. dem Joch gekoppelt ist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (7) an beiden Polen je einen Polschuh (8, 19) aufweist und daß die beiden Polschuhe (8, 19) im Ruhezustand des An­kers (4) von diesem überbrückt werden.

Zeichnung