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Elektromagnetisches Relais
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit zwei stabilenschaltstellungen, die durch Überlagerung eines durch einen feststehenden Dauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregerfluss festhaltbar sind. Die Tatsache, dass bei einem der- artigenRelais zwei stabile Schaltstellungen vorhanden sind, ermöglicht es, dass auch nach Abschalten des Steuerstroms die jeweilige Schaltstellung des Relais so lange erhalten bleibt, bis der nächste Steuerimpuls den Anker in die andere Endlage umschaltet. Eine derartige Arbeitsweise wird bei bekannten Relais durch zwischengeschaltete mechanische Umkehrglieder erreicht, die jedoch eine unerwünschte Komplizierung und Verteuerung des Relais und ausserdem einen erhöhten Raumbedarf mit sich bringen.
Aus diesem Grunde wird vielfach von Haftrelais Gebrauch gemacht, die auf magnetischer Grundlage ein bistabiles Arbeiten erreichen. So ist bei bekannten Haftrelais der Ankerarm mit einem Hauptanker und einem Hilfsanker versehen, wobei sich aber der Nachteil ergibt, dass die Haltekräfte in den beiden stabilen Endlagen des Ankers nicht unabhängig voneinander einstellbar sind. Es ist daher eine Einstellung der Haltekraft am Hauptluftspalt nicht möglich, ohne dass auch eine Änderung der Kraftverhältnisse am Hilfsluftspalt eintritt. Bei, einer Reihe bekannter Ausführungsformen ist in der Arbeitslage des Ankers der Magnetkreis offen und daher gerade dann eine geringe Haltekraft vorhanden, wenn die entgegenwirkende Federkraft am grössten ist.
Aus diesem Grunde ist die Betriebssicherheit derartiger Relais gering und die Empfindlichkeit gegenüber Stoss- und Schüttelbeanspruchungen relativ gross. Ausserdem kann es bei derartigen Relaisausführungen vorkommen, dass bei zu hohem Erregerstrom nach dem Abwerfen des Ankers
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fen, bei dem die grösstmöglichen Haltekräfte in den beiden Ruhelagen des Ankers, insbesondere aber bei angezogenem Hauptanker, vorhanden sind. Das Betriebsverhalten bei angezogenem Hauptanker hat darum eine besondere Bedeutung, weil in dieser Lage die grösste rückführende Federkraft wirksam ist. Eine weitere Forderung, die mit der Abstimmung auf die Betriebsverhältnisse zusammenhängt, liegt darin, dass die Haltekräfte in den beiden Ruhelagen des Ankers sich unabhängig voneinander einstellen lassen.
Nach der Erfindung werden die gestellten Forderungen dadurch erfüllt, dass bei einem Relais der eingangs näher angegebenen Art das Betätigungsglied für den Kontaktfedersatz in der Nähe seiner Lagerstelle einen Hauptanker und in der Nähe seiner Angriffsstelle einen Hilfsanker aufweist, der eine parallel zum senkrechten Schenkel'des Joches verlaufende Bewegungsrichtung besitzt, so dass der eine Teil des jeweils wirksamen Flusses über den Hauptarbeitsluftspalt sowie über den Hilfsluftspalt, der andere Teil hingegen über einen in beiden Schaltstellungen konstanten Luftspalt verläuft.
Diese Lösung gewährleistet sowohl für den angezogenen Anker als auch für den abgefallenen Anker eine grösstmögliche Haltekraft. Die Betriebssicherheit eines derartigen Relais ist daher, unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung, relativ gross, da Stoss- und Schüttelbeanspruchungen sich auf die Kontaktsicherheit nur wenig auswirken können. Auf die Arbeitsweise des Relais ist es dabei auch ohne Einfluss, ob die Wicklung mit einem Erregerstrom beschickt wird, der erheblich über dem Betriebsw. ert liegt. Eine Rückwirkung eines überhöhten Erregerstromes im Sinne einer ungewollten-Betätigung des Ankers ist also hier nicht vorhanden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Erregerwicklung und der Dauermagnet hinsichtlich der erzeugten Magnetflüsse, bezogen auf den Hauptarbeitsluftspalt, hintereinaiderge- schaltet sind. Im übrigen lässt sich dieHaltekraft des Hilfsankers durch Veränderung der wirksamen Fläche zum Polschuh des Dauermagneten unabhängig von der Haltekraft des Hauptanhers einstellen. Aus Fertigungsgründen ist es besonders vorteilhaft, den Ankerarm mit dem Hauptanker und dem Hilfsanker aus einem Stück herzustellen.
Fig. l zeigt schematisch den baulichen Aufbau des Relais, Fig. 2 ist ein Kraft-Weg-Diagramm für die bei diesem Relais wirksamen Einstell- und Haltekräfte, Fig. 3 zeigt ein Prinzipbild für den Flussverlauf und Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die magnetischen Kreise.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l wird der am Ankerarm 7 angebrachte Hilfsanker 2 durch den Dauermagneten 4 in Richtung der Kammbewegung gezogen. Diese auf den Hilfsanker ausgeübte Kraft wirkt der Ankerzugkraft entgegen. Die Abmessungen und Lage des Hilfsankers sind so gewählt, dass bei angezogenem Hauptanker besonders dessen Kraft, bei abgefallenem Hauptanker aber die Kraft des Hilfsankers 2 überwiegt. Anker, Ankerarme. Hilfsanker und Hilfsankerarme sind aus einem Stück gefertigt. Dabei kann der Abstand zwischen dem Hilfsanker 2 und dem Dauermagneten 4 bzw. dessen Polschuh 5 durch Biegen des Hilfsankerarmes justiert werden.
Fig. 2 zeigt die bei dem Relais nach Fig. l auftretenden Kraft-Weg-Kurven, u. zw. istdieKurvel die Kraft-Weg-Charakteristik der Kontaktanordnung, die Kurve n diejenige des Magnetsystems und die Kurve m die sich aus den Kurven I und n ergebende Resultierende. Wie ersichtlich, verläuft die Resultierende in nahezu symmetrisch zur Nullinie dergestalt, dass die in den beiden Endlagen wirkenden Haltekräfte etwa gleich gross (und entgegengesetzt gerichtet) sind.
Beim Prinzipbild der Fig. 3 ist der Verlauf des Steuerflusses und des Dauerflusses durch gestrichelte bzw. ausgezogene Linien und Pfeile gekennzeichnet. In der gezeichneten Abfallstellung des Ankers 6 verläuft der Dauerfluss im wesentlichen über den kleinen Luftspalt, also über den Hilfsanker. Dieser Fluss über den Hilfsanker erzeugt in der dargestellten Ankerlage die Haltekraft. Wird der Hauptanker durch einen Steuerimpuls angezogen, verläuft nach Abschalten des Impulses der Fluss des Magneten über diesen und hält den Anker in der angezogenen Lage fest.
Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild des in Fig. 3 beschriebenen Prinzip-Flussverlaufes. Darin bedeuten U= den Generator in Gestalt des Dauermagneten 4 (Fig. l), U den Generator in Gestalt des Steuerflusserzeugers, R2 den Steuerwiderstand zwischen Hilfsanker 2 und Joch 3, R 6 den Widerstand im Kern der Erregerspule, R 8 und Rg den magnetischen Widerstand im Hauptanker 6 und in den Ankerarmen 7. Schliesslich bedeuten R7 und Rjo die Widerstände, welche im Luftspalt zwischen dem Hauptanker 6 und dem zugehörigen Polschuh sowie zwischen dem Hilfsanker 2 und dem Polschuh 5 auftreten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. ElektromagnetischesRelais mit zwei stabilenschaltstellungen, die durch Überlagerung eines durch einen feststehendenDauermagneten erzeugten Dauerflusses mit einem durch ein Elektromagnetsystem erzeugten Erregerfluss festhaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied für den Kontaktfedersatz in der Nähe seiner Lagerstelle einen Hauptanker (6) und in der Nähe seiner Angriffsstelle einen Hilfsanker (2) aufweist, der eine parallel zum senkrechten Schenkel des Joches (3) verlaufende Bewegungsrichtung besitzt, so dass der eine Teil des jeweils wirksamen Flusses über den Hauptarbeitsluftspalt (Ry) sowie über den Hilfsluftspalt (RIO), der andere Teil hingegen über einen in beiden Schaltstellungen konstanten Luftspalt (R) verläuft.
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Electromagnetic relay
The invention relates to an electromagnetic relay with two stable switching positions, which can be retained by superimposing a permanent flux generated by a stationary permanent magnet with an excitation flux generated by an electromagnetic system. The fact that there are two stable switching positions in such a relay enables the respective switching position of the relay to be retained even after the control current has been switched off until the next control pulse switches the armature to the other end position. Such a mode of operation is achieved in known relays by interposed mechanical reversing members, which, however, entail an undesirable complication and increase in the cost of the relay and also an increased space requirement.
For this reason, use is often made of latching relays, which achieve bistable operation on a magnetic basis. For example, in known latching relays, the armature arm is provided with a main armature and an auxiliary armature, but there is the disadvantage that the holding forces in the two stable end positions of the armature cannot be set independently of one another. It is therefore not possible to adjust the holding force at the main air gap without changing the force relationships at the auxiliary air gap. In a number of known embodiments, the magnetic circuit is open in the working position of the armature and therefore a low holding force is present when the counteracting spring force is greatest.
For this reason, the operational reliability of such relays is low and the sensitivity to impact and shaking loads is relatively high. In addition, with relay designs of this type it can happen that if the excitation current is too high after the armature has been thrown off
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fen, in which the greatest possible holding forces are present in the two rest positions of the anchor, but especially when the main anchor is tightened. The operating behavior with the main armature tightened is of particular importance because the greatest return spring force is effective in this position. Another requirement, which is related to the adjustment to the operating conditions, is that the holding forces in the two rest positions of the armature can be adjusted independently of one another.
According to the invention, the requirements are met in that in a relay of the type specified in the introduction, the actuator for the contact spring set has a main armature near its bearing point and an auxiliary armature near its point of application, which has a parallel to the perpendicular Schenkel'des yoke running direction of movement, so that one part of the respective effective flow runs over the main working air gap and the auxiliary air gap, while the other part runs over an air gap that is constant in both switching positions.
This solution ensures the greatest possible holding force for both the tightened anchor and the dropped anchor. The operational reliability of such a relay is therefore relatively high, regardless of the respective switch position, since impact and shaking stresses can only have a small effect on the contact reliability. It also has no effect on the operation of the relay whether the winding is supplied with an excitation current that is considerably higher than the operating value. ert lies. A reaction of an excessive excitation current in the sense of an unintended actuation of the armature is therefore not present here.
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A preferred embodiment of the invention provides that the excitation winding and the permanent magnet are connected behind in terms of the magnetic fluxes generated, based on the main working air gap. In addition, the holding force of the auxiliary armature can be adjusted independently of the holding force of the main armature by changing the effective area to the pole piece of the permanent magnet. For manufacturing reasons, it is particularly advantageous to manufacture the anchor arm with the main anchor and the auxiliary anchor from one piece.
Fig. 1 shows schematically the structural design of the relay, Fig. 2 is a force-displacement diagram for the setting and holding forces effective in this relay, Fig. 3 shows a basic diagram for the flux curve and Fig. 4 shows an equivalent circuit diagram for the magnetic Circles.
In the embodiment according to FIG. 1, the auxiliary armature 2 attached to the armature arm 7 is pulled by the permanent magnet 4 in the direction of the comb movement. This force exerted on the auxiliary anchor counteracts the anchor tensile force. The dimensions and position of the auxiliary anchor are selected in such a way that when the main anchor is tightened, its force predominates, but when the main anchor has fallen, the force of the auxiliary anchor 2 predominates. Anchor, anchor arms. Auxiliary anchor and auxiliary anchor arms are made from one piece. The distance between the auxiliary armature 2 and the permanent magnet 4 or its pole piece 5 can be adjusted by bending the auxiliary armature arm.
Fig. 2 shows the force-displacement curves occurring in the relay according to FIG. between the curve is the force-displacement characteristic of the contact arrangement, the curve n that of the magnet system and the curve m the resultant resulting from the curves I and n. As can be seen, the resultant runs almost symmetrically to the zero line in such a way that the holding forces acting in the two end positions are approximately equal (and directed in opposite directions).
In the schematic diagram of FIG. 3, the course of the control flow and the continuous flow is indicated by dashed or solid lines and arrows. In the drawn down position of the armature 6, the continuous flow runs essentially over the small air gap, that is, over the auxiliary armature. This flow via the auxiliary anchor generates the holding force in the anchor position shown. If the main armature is attracted by a control pulse, the flux of the magnet runs through it after the pulse has been switched off and holds the armature in the attracted position.
FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the flow principle described in FIG. 3. U = the generator in the form of the permanent magnet 4 (Fig. 1), U the generator in the form of the control flux generator, R2 the control resistor between auxiliary armature 2 and yoke 3, R 6 the resistance in the core of the excitation coil, R 8 and Rg the magnetic Resistance in the main armature 6 and in the armature arms 7. Finally, R7 and Rjo denote the resistances that occur in the air gap between the main armature 6 and the associated pole piece and between the auxiliary armature 2 and the pole piece 5.
PATENT CLAIMS:
1. Electromagnetic relay with two stable switching positions which can be held in place by superimposing a permanent flux generated by a stationary permanent magnet with an excitation flux generated by an electromagnetic system, characterized in that the actuating element for the contact spring set has a main armature (6) near its bearing point and near its Attack point has an auxiliary anchor (2), which has a direction of movement running parallel to the vertical leg of the yoke (3), so that one part of the respective effective flow via the main working air gap (Ry) and via the auxiliary air gap (RIO), while the other part runs over an air gap (R) that is constant in both switching positions.