Gepoltes elektromagnetisches Relais

Abstract

 Ein gepoltes elektromagnetisches Relais weist eine Spule (12, 13) mit einem weichmagnetischen Kern (14) auf, an dessen einem Ende ein Wippenanker (20) schwenkbar gelagert ist. An der dem Wippenanker (20) entgegengesetzten Seite der Spule (12, 13) ist seitlich vom Kern (14) asymmetrisch zur Spulenachse ein Dauermagnet (59) angeordnet, wobei eine erste Jochplatte (16) mit ihrem einen Ende am einen Pol des Dauermagnets (59) anliegt und mit ihrem anderen Ende eine dem einen Arm des Wippenankers (20) gegenüberstehende Polfläche bildet, während die zweite Jochplatte (17) mit einem Ende am anderen Pol des Dauermagnets (59) anliegt und mit ihrem anderen Ende eine dem anderen Arm des Wippenankers (20) gegenüberstehende Pol. fläche bildet. Wegen der asymmetrischen Anordnung des Dauermagnets (59) weist das Relais monostabiles Schaltverhalten auf. Die sich aus den Kontaktfederkräften und den Magnetkräften von Spule (12,13) und Dauermagnet (59) ergebenden, auf den Wippenanker (20) einwirkenden Gesamtkräfte weisen eine derartige Charakteristik auf, daß der Wippenanker (20) sowohl in seiner Ruhestellung als auch in seiner Arbeitsstellung mit hoher Kraft gehalten ist und beim Verschwenken zwischen den beiden Stellungen keinen Null-Kraft-Bereich durchläuft, das heißt keinerlei instabile Mittelstellung aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein gepoltes elektromagnetisches Relais der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

[0002] Ein derartiges Relais ist aus der deutschen Auslegeschrift 2 348 423 bekannt. Bei diesem Relais handelt es sich um ein bistabiles Relais, das mit einem stabförmigen Anker arbeitet. Der Anker ist an seinem einen Ende an einer von einer Jochanordnung gebildeten Polfläche schwenkbar gelagert, wobei er in der einen stabilen Stellung des Relais mit seinem anderen Ende an der von der Jochanordnung gebildeten zweiten Polfläche, in der anderen Relaisstellung dagegen mit einem mittleren Bereich an einer Stirnfläche des Spulenkerns anliegt. Auf der dem Anker gegenüberliegenden Stirnseite der Spule ist asymmetrisch zum Spulenkörper ein Dauermagnet angeordnet, dessen Magnetkreis sich je nach der Stellung des Ankers über die gesamte Jochanordnung und den Anker oder über einen Teil der Jochanordnung, einen Teil des Ankers und den Spulenkern schließt. Dadurch wird der Anker in seiner jeweiligen Endstellung stabil gehalten. Durch Aussteuerung der Spule mit Strom der einen oder anderen Polarität läßt sich der Anker umschalten.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der eingangs bezeichneten Gattung mit möglichst unaufwendigen Mitteln so zu gestalten, daß es monostabiles Schaltverhalten aufweist und ohne Mittelstellungsneigung möglich sicher in der Ruhe- und in der Arbeitslage gehalten ist.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach ist der Anker als _Wippenanker ausgebildet und an dem dem Dauermagnet gegenüberliegenden Ende des Spulenkerns gelagert. Im Ruhezustand bewirkt nun der zum Spulenkern asymmetrisch angeordnete Dauermagnet, daß der Wippenanker zur Seite des Dauermagnets hin verschwenkt wird, während eine Erregung der Spule, die eine dem Dauermagnetfluß im Spulenkern entgegengesetzte Durchflutung ausreichender Größe ergibt, den Wippenanker in seine der Arbeitslage entsprechende andere Stellung verschwenkt.

[0005] Die Weiterbildungen der Neuerung nach den Ansprüchen 2 und 3 beziehen sich auf Ausführungsformen, die bezüglich Aufbau und Montage des Relais besonders günstig sind.

[0006] Ein AusfGhrungsbeispiel der Neuerung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein gepoltes elektromagnetisches Relais, wobei die rechte Hälfte in der Mitte des Relais, die linke Hälfte außerhalb der Spule geschnitten ist gemäß der Schnittlinie I-I' in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Relais in der Höhe der Polplatte gemäß der Schnittlinie II-II' in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht auf das Relais von oben mit abgenommener Gehausekappe und

Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Relais nach Fig. 1 - 3.

[0007] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist innerhalb eines von einer Sockelplatte 10 und einer Gehäusekappe 11 gebildeten Relaisgehäuses ein Spulenkörper 12 mit einer Wicklung 13 und einem weichmagnetischen Kern 14 untergebracht. Asymmetrisch zum Kern 14, und zwar seitlich von diesem, ist an der Oberseite des Spulenkörpers 12 ein Dauermagnet 59 angeordnet, an dessen einem Pol ein nach oben abgewinkeltes Ende einer ersten Polplatte 16 und an dessen anderem Pol ein nach außen gekröpftes Ende einer zweiten Polplatte 17 anliegt.

[0008] Das untere Ende des Kerns 14 ist: mit seiner zylindrischen Andrehung in einer, in den unteren Flansch des Spulenkörpers 12 teilweise eingelassenen Polplatte 19 eingepreßt, die mit einem mittleren Bereich eines Wippenankers 20 zusammenarbeitet, der seinerseits mit einer mittleren zylindrischen Aussparung versehen ist, in die der angedrehte Stumpf des Kerns 16 taucht und der um eine zur Zeichenebene der Fig. 1 senkrechte Achse (in Fig. 2 mit 70 bezeichnet) schwenkbar gelagert ist.

[0009] Das untere Ende der Jochplatte 17 ist als Polfläche ausgebildet, die mit dem linken Arm des Wippenankers 20 zusammenarbeitet. In ähnlicher Weise, wenn auch in _Fig. 1 nicht dargestellt, ist das untere Ende der rechten Jochplatte 16 als nach unten weisende Polfläche gestaltet, die mit dem rechten Arm des Wippenankers 20 zusammenwirkt. Wie aus der rechten Seite der Fig. 1 und aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Jochplatten 16, 17 im Bereich der Spule 13 in der Mitte zur Aufnahme des Spulenanschlusses, bestehend aus dem im Spulenkörper 12 verankerten Kontaktstift 30 und dem in der Sockelplatte 10 befestigten Gabelkontakt 31, ausgespart. zur Erzielung einer genügend großen Polfläche der Jochplatten 16, 17 gegenüber dem Wippenanker 20 sind die beidseitigen Schenkel 16a/16b und 17a/17b winkelförmig ausgebildet. Unterhalb der Schenkel 16a/16b sowie 17a/17b der Jochplatten 16, 17 befinden sich die Schaltkontaktstellen 32a/32b für den linken Schaltkontakt und 33a/ 33b für den rechten Schaltkontakt, welche durch die an der etwa W-förmig gebogenen, federnden Kontaktbrücke 21 angebrachten Kontaktstücke 43 und die jeweils dazugehörenden Festkontaktanschlüsse 23 gebildet werden. An den beiden äußersten Enden des Wippenankers 20 ist die Kontaktbrücke 21 eingehängt. Am oberen Ende eines mittleren Festkontaktanschlusses 29 ist eine Schneide 70 vorgesehen, die als Lager für die Kontaktbrücke 21 dient und gegen die die Kontaktbrücke durch eine in den Kern 14 eingreifende Druckfeder 22 gedrückt wird.

[0010] Das Relais weist monostabiles Schaltverhalten auf, wobei Fig. 1 die Ruhestellung des Relais zeigt. In dieser Stellung wird der Anker durch den Dauermagnetfluß stabil gehalten, der vom N-Pol des Dauermagneten 59 ausgeht, den an diesem Pol anliegenden Teil der rechten Jochplatte 16, den Kern 14, die Polplatte 19, den linken _Arm des Wippenankers 20 und die linke Jochplatte 17 durchsetzt und über diese zum S-Pol des Dauermagneten 59 zurückführt.

[0011] Wird nun die Wicklung 13 derart erregt, daß ein zum Dauermagnetfluß entgegengerichteter Steuermagnetfluß ausreichender stärke erzeugt wird, so wird der den linken Arm des Wippenankers 20 durchsetzende resultierende Magnetfluß gering, während der über die rechte Jochplatte 16 verlaufende Teil des _Steuermagnetflusses zwischen der Polfläche am unteren Ende der Jochplatte 16 und dem rechten _Arm des Wippenankere 20 eine Anzugskraft erzeugt, die den Wippenanker 20 in seiner Arbeitsstellung verschwenkt. In dieser Stellung ist der mittlere Festkontaktanschluß 29 nicht mehr über die Schaltkontaktstelle 33a/33b mit den rechten Festkontaktanschlüssen 23, sondern über die Kontaktstelle 32a/32b mit den linken Festkontaktanschlüssen 23 verbunden. Bei Entregung der Wicklung 23 wird der _Wippenanker durch den Dauermagneten 59 wieder in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückgeführt.

[0012] Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die den Dauermagneten 59, den Kern 14 und den Wippenanker 20 koppelnde Jochanordnung ausschließlich aus den beiden Jochplatten 16 und 17, von denen die rechte, längere Jochplatte 16 durch eine am oberen Ende des Kerns 14 vorgesehene Vernietung gehalten wird, und zwar ist eine Andrehung 71 des Kerns 16 durch eine Bohrung der Jochplatte 16 gedrückt und an ihren Kanten umgebördelt, womit der Kern 14 mit der Jochplatte magnetisch angekoppelt ist. Wie aus der linken Hälfte der Fig. 1 und Fig. 3 ersichtlich, ist zum Zwecke eines Toleranzausgleiches und zur Vermeidung von Luftspalten zwischen dem Jochplattenschenkel 16c, dem Dauermagneten 59, der dem Dauermagneten zugewandten Fläche der Jochplatte 17 die Jochplatte 17 mit seitlichen abgebogenen Lappen 17c/17d versehen, welche bei der Montage der Einzelteile als Spielausgleich wirken und je nach Toleranzlage der Einzelteile mehr oder weniger stark und unter Erzeugung eines entsprechenden Anpreßdruckes zurückverformt werden. In ähnlicher weise ist ein Toleranzausgleich zwischen Polplatte 19 und ihrer Anlagefläche am Spulenkörper 12 erzielt, wobei angestrebt wird, daß unabhängig von der Toleranzlage der Einzelteile der magnetische Widerstand zwischen Polplatte 19, Kern 14 und Jochplatte 16 klein wird, das bedeutet praktisch ohne gegenseitigen Luftspalt gefügt werden können und daß trotzdem ein exaktes Fluchten zwischen den Polflächen 16a/16b sowie 17a/17b einerseits und Polplatte 19 erreicht wird. Zu diesem Zweck sind die Lappen 16d, 16e, 16f, 16g nach unten abgebogen und werden bei der Montage unter Erzielung eines entsprechenden Anpreßdruckes zwischen Polplatte 19 und dem Spulenkörper 12 ebenfalls rückverformt.

[0013] In dem Diagramm der Fig. 4 sind die auf den Wippenanker 20 einwirkenden Magnet- und Feder-Kräfte über dem Schwenkweg des Wippenankers aufgetragen, wobei das rechte Ende der Abszisse die in Fig. 1 dargestellte Ruhelage wiedergibt, während das linke Ende der Abszisse der Arbeitsstellung des Wippenankers 20 entspricht. Die strichpunktierte Kurve A in Fig. 4 gibt dabei den Verlauf der aus der Kontaktbrücke 21 resultierenden _Fe-derkräfte wieder, wobei der rechte Ast derjenigen Kraft entspricht, die aus der Anlage des rechten Kontaktstückes 43 am rechten Festkontaktanschluß 23 resultiert, also bei geschlossenen Kontaktstellen 33a, 33b, und den Wippenanker in Richtung seiner Arbeitsstellung zu verschwenken sucht, während der linke Ast der strichpunktierten Kurve A die bei Anlage des linken Kontaktstückes 43 am linken Festkontaktanschluß 23 auftretende Federkraft wiedergibt, also bei geschlossenen Kontaktstellen 32a, 32b, die den Anker aus der Arbeitsstellung in Richtung der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung zu verschwenken sucht. Im mittleren Bereich des Kennlinienfeldes, das dem mittleren Bewegungsbereich des Wippenankers 20 entspricht, haben alle Kontaktstücke 43 von allen Festkontaktanschlüssen 23 abgehoben, so daß keine Federkräfte am Wippenanker 20 angreifen, d. h. in diesem Beispiel der Fig. 4 ist die Kontaktbrücke 21 ohne Vorspannung auf dem Wippenanker 20 montiert.

[0014] Die gestrichelten Kurven in Fig. 4 geben die auf den Wippenanker 20 ausgeübten Magnetkräfte wieder, wobei die untere gestrichelte Kurve B1 die aus der Überlagerung des Steuermagnetflusses mit dem Dauermagnetfluß resultierende _Gesamtmagnetkraft bei Verschwenken des Ankers von der in Fig. 1 gezeigten Ruhelage in die Arbeitslage zeigt, während die obere gestrichelte Kurve B2 diejenige Magnetkraft wiedergibt, die nach Abschalten der Wicklung 13 lediglich durch den verbleibenden Dauermagnetfluß auf den in seine Ruhelage zurückschwenkenden Wippenanker 20 ausgeübt wird. Durch Überlagerung der Feder- und der Magnetkräfte, d. h. durch Addition der gestrichelten Kurven B1, B2 mit der strichpunktierten Kurve A ergeben sich die in _Fig. 4 mit ausgezogenen Linien dargestellten Gesamtkraftkurven C1 und C2, wobei die untere Kurve Cl den Gesamtkraftverlauf bei Erregung der wicklung 13 und die obere Kurve C2 den Gesamtkraftverlauf bei abgeschalteter Wicklung 13 darstellen.

[0015] Im nicht erregten Zustand befindet sich der Wippenanker 20 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung, die in dem Diagramm nach _Fig. 4 dem Punkt 100 entspricht. Dieser Punkt 100 liegt um einen bestimmten Wert über der horizontalen Null-Kraft-Linie, was bedeutet, daß die die Federkraft übersteigende Dauermagnetkraft eine bestimmte Haltekraft für den Wippenanker 20 in seiner Ruhelage ergibt. Bei Erregung der Wicklung 13 verlagert sich der Arbeitspunkt in dem Diagramm nach _Fig. 4 in Richtung zu Punkt 101, der dort auf der Null-Kraft-Linie liegend eingezeichnet ist und sich damit im Kräftegleichgewicht befindet. In der Praxis wird aber das Relais immer mit einer kleinstzulässigen Spulenerregung betrieben, bei welcher der Punkt 101 um ein geplantes Maß unterhalb der Nullinie liegt und bei welcher genügend Kraftüberschuß für die Überwindung der im Beispiel der _Fig. 4 nicht berücksichtigten Systemreibung und zur Beschleunigung der zu bewegenden Teile (Wippenanker 20 und Kontaktbrücke 21) zur Verfügung steht. Der Wippenanker 20 verschwenkt sich nun gemäß Fig. 1 gegen den Uhrzeigersinn, wobei der Arbeitspunkt in dem Diagramm nach Fig. 4 aus dem Punkt 101 längs der ausgezogenen Kurve Cl oder tiefer liegend sich in den Punkt 102 verlagert. In dieser Stellung überwiegen die aus Dauermagnetfluß und Steuermagnetfluß resultierenden Magnetkräfte gemäß der gestrichelten Kurve B die der Kurve _A entsprechenden Feder- kräfte bei weitem, so daß der Punkt 102 weit unterhalb der Null-Kraft-Linie liegt, was bedeutet, daß der Anker bei erregter Wicklung sicher in seiner Arbeitsstellung gehalten wird.

[0016] Wird nun die Erregung abgeschaltet, so verbleibt von den Magnetkräften nur der auf dem Dauermagnetfluß beruhende Teil, der in der Arbeitsstellung des Ankers praktisch gleich Null ist. Daher verlagert sich beim Abschalten der Wicklung der Arbeitspunkt vom Punkt 102 in den Punkt 103 oberhalb der Null-Kraft-Linie, wobei am Anker zunächst praktisch nur die Kontaktfederkraft angreift, die den Anker in seine Ruhelage zurückzuschwenken sucht. Mit steigender Annäherung des gemäß _Fig. 1 linken Arms des Wippenankers 20 an die untere Polfläche der linken Jochplatte 17 verringert sich der Luftspalt, und die Dauermagnetkraft steigt längs der gestrichelten Kurve B2, wobei sich wegen der Überlagerung mit den Federkräften der Arbeitspunkt beim Zurückschwenken des Ankers längs der ausgezogenen Kurve C2 zurück in den Punkt 100 verlagert.

[0017] Wie aus der obigen Erläuterung des Diagramms nach Fig. 4 hervorgeht, resultiert aus der asymmetrischen Anordnung des einzigen Dauermagneten 59 bezüglich des zentralen Kerns 14 und den an diesem symmetrisch schwenkbar gelagerten Wippenankers ein Schaltverhalten, bei dem ein Durchgang durch die Null-Kraft-Linie während der Verechwenkung des Ankers vermieden wird. Dies bedeutet, daß jedwede instabile Mittelstellung vermieden ist. Außerdem zeigen die Punkte 100 und 102, daß der Anker in der Ruhestellung und insbesondere in der Arbeitsstellung mit hoher Kraft gehalten wird, so daß eine Justage des Relais nicht erforderlich ist.

Ansprüche

1. Gepoltes elektromagnetisches Relais mit

einer Spule (12, 13) mit weichmagnetischem Kern (14),

einer Jochanordnung (16, 17) mit zwei Abschnitten, die von einem Ende des Kerns (14) ausgehend auf gegenüberliegenden Seiten um die Spule (12, 13) herumgeführt sind und an der am anderen Ende des Kerns (14) entsprechenden Stirnseite der Spule (12, 13) jeweils eine Polfläche bilden,

einem Dauermagnet (59), der in einen der beiden Abschnitte der Jochanordnung (16, 17) eingefügt ist, und

einem ein Kontaktsystem (21, 23, 24, 29) betätigenden Anker (20), der mit dem anderen Ende des Kerns (14) und den beiden Polflächen magnetisch zusammenarbeitet,

dadurch gekennzeichnet , daß der Anker ein im Bereich des anderen Endes des Kerns (14) gelagerter Wippenanker (20) ist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Jochanordnung zwei durchgehende Jochplatten (16, 17) unterschiedlicher Länge aufweist, die mit ihren einen Enden an dem Dauermagnet (59) anliegen und mit ihren anderen Enden dem Woppanker (20) zugewandte Polflächen bilden, und von denen die längere (16) einen an das besagte eine Ende des Kerns (14) magnetisch angekoppelten Bereich hat.

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Bereich der längeren Jochplatte (16) mit dem einen Ende des Kerns (14) fest gefügt ist.

Zeichnung