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WO1993018534A1 - Polarisiertes elektromagnetisches relais - Google Patents

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Publication number
WO1993018534A1
WO1993018534A1 PCT/DE1993/000215 DE9300215W WO9318534A1 WO 1993018534 A1 WO1993018534 A1 WO 1993018534A1 DE 9300215 W DE9300215 W DE 9300215W WO 9318534 A1 WO9318534 A1 WO 9318534A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
core
pole
relay according
armature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1993/000215
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Esterl
Josef Weiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP93905171A priority Critical patent/EP0630516B1/de
Priority to DE59301014T priority patent/DE59301014D1/de
Publication of WO1993018534A1 publication Critical patent/WO1993018534A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2227—Polarised relays in which the movable part comprises at least one permanent magnet, sandwiched between pole-plates, each forming an active air-gap with parts of the stationary magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H2050/028—Means to improve the overall withstanding voltage, e.g. creepage distances

Definitions

  • the invention relates to a polarized electromagnetic relay with a coil and a core arranged inside the coil, with both ends protruding from the coil, with two pole pieces, which enclose the first end of the core with the formation of working air gaps between them, with two pole sheet metal sections in Extension of the two pole shoes, which are arranged in a common plane outside the coil and parallel to the coil axis, with a flux plate lying parallel to the pole plate sections, which is magnetically coupled to the core, and with a four-pole permanent magnet arrangement, which is flat between the pole plate sections and the flux plate is arranged, two poles of the same name, each with a coupling section, and the two opposite poles being coupled to the flux plate.
  • Such a relay is known from EP-A-72 976.
  • the four-pole permanent magnet next to or above the coil winding already gives very large pole areas, which is particularly advantageous in the case of a long coil with a small cross section.
  • a very flat magnet with a very small extension in the preferred direction for example ferrite magnets
  • an advantageous use of space is obtained since the magnet only slightly increases the height of the relay. Since the entire coil length is available for the length of the pole plates and the flux plate, the overlap area of these parts on the one hand and the pole surfaces of the permanent magnet on the other hand can be chosen to be optimally large, regardless of spatial restrictions.
  • the rod-shaped coil core in the coil serves as an anchor.
  • its iron cross section is limited compared to the inside diameter of the coil tube, because the armature must perform its switching movement within the coil, that is, an air gap must be kept free for the armature stroke.
  • the object of the present invention is to make the above-mentioned relay principle usable for switching higher currents and voltages.
  • the magnetic circuit in particular should be optimized so that larger contact forces can also be generated for higher currents or voltages.
  • the construction should be chosen so that good insulation between the magnetic circuit and the contact system can be achieved.
  • this object is achieved in a relay of the type mentioned at the outset in that the core is arranged in a fixed manner in the coil and in that the pole shoes form an armature with the permanent magnet arrangement and the flux plate, which anchors in the vicinity of the second core end ⁇ axis vertical axis is rotatably mounted.
  • the coil core is fixed in the relay according to the invention, its magnetic cross section can be made optimally large. This also optimizes the coil's efficiency.
  • the flux plate, the permanent magnet arrangement and the pole pieces are expediently connected to a one-piece anchor by means of plastic. This can be achieved by plug-fitting the parts in a plastic frame or preferably by injecting the metal parts with plastic. Actuating lugs can also be formed on the armature with which at least one contact spring is switched on both sides.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an anchor that is somewhat modified compared to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an underside view of the armature from FIG. 1 or FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a section through an empty housing for a relay according to FIG. 1 with a modified base
  • FIG. 5 shows a base from FIG. 4 in plan view
  • FIG. 6 to 9 each show different magnetic systems modified for FIG. 1 for a relay according to the invention.
  • the relay shown in FIG. 1 in an exploded view has a coil assembly 1 with a core 2 inserted along the axis, an armature 3 pivotably mounted on the coil assembly and a base 4, in which next to the coil assembly and next to the Anchors are anchored on both sides of a pair of contacts with the two contact springs 5 and 6 and the fixed mating contact elements 7 and 8.
  • a cap 9 (FIG. 4), not shown in FIG. 1, forms a housing with the base 4.
  • the coil assembly 1 consists of a coil body 11 with a winding 12, which is applied between two flanges 13 and 14.
  • the flange 13 has on its underside a nose 15 which engages in a recess 41 in the base 4.
  • a bearing pin 16 for the armature 3 is formed on the flange 14 on the upper side.
  • Coil connecting pins 17 are also anchored in the flange 14.
  • the Spu Steering element 11 has an axial cavity 18 into which the core 2 is inserted.
  • This core has at its rear end in the region of the coil flange 14 a coupling section 21 with an enlarged cross section, which enables a better flow transition between the armature and the core.
  • the armature 3 contains, as an assembly, two ferromagnetic pole shoes 31 and 32 which, after assembly, enclose the front end 22 of the core and form a double working air gap therewith.
  • Pole sheet sections 31a and 32a are formed on the top of each of the two pole shoes and bent into a common plane in order to ensure a large-area coupling to a permanent magnet 33.
  • This permanent magnet 33 is magnetized with four poles, so that it turns to the two pole plate sections 31a and 32a, respectively opposite poles N and S, while the associated counterpoles S and N are coupled to a flux plate 34 on the upper side.
  • This flux plate 34 which, like the two pole shoes 31 and 32, is made of ferromagnetic material, lies on the permanent magnet 33 over a large area after assembly.
  • a coupling section 34a at the rear end which, after assembly, is brought as close as possible to the coupling section 21 of the core - while ensuring the mobility of the anchor.
  • a bore 34b is provided in the flow plate for mounting the armature on the bearing journal 16.
  • sheet metal knobs 34c are formed on the front end of the flow plate, which allow sliding contact between the armature and the housing cap to ensure the mobility of the armature.
  • the pole plates 31 and 32, the permanent magnet 33 and the flux plate 34 are stacked on one another and then coated with plastic walls 35 on the sides such that the armature 3 shown in Figure 1 as a closed assembly is formed.
  • This armature held together with the plastic walls 35 has a cavity which is open at the bottom, so that the armature is placed on the coil assembly 1 and on the Bearing pin 16 can be stored.
  • Actuating lugs 36 are also formed laterally on the plastic walls 35 and are used to actuate the contact springs 5 and 6, which are prestressed inwards in each case.
  • 35 sliding knobs 37 are formed on the underside of the plastic walls, which slide on the base 4 during the switching movement of the armature and thus keep the necessary actuation force low.
  • the contact springs 5 and 6 each have contact pieces 51 and 61, while the counter-contact elements 7 and 8 also have contact pieces 71 and 81.
  • the contact springs 5 and 6 are each connected, for example welded, to a spring support or connecting element 52 or 62, which are respectively inserted into openings 42 in the base when the relay is installed. Openings 43 are also provided in the base for the mating contact elements 7 and 8.
  • the coil assembly 1 is placed on the base, the coil connection pins 17 being inserted into corresponding openings 44.
  • the armature is placed on the coil assembly, so that the bearing pin 16 reaches the bearing bore 34b.
  • the cap 9 is put on according to FIG. 4.
  • the housing can then be sealed on the underside by means of a casting compound 10 in the usual way, as is also indicated in FIG. 4.
  • FIG. 2 shows a somewhat modified embodiment of the anchor.
  • the flow plate 34 is made somewhat narrower, while the side walls 35 are extended upwards.
  • sliding knobs 35a are also formed on the upper side of the side walls 35, which instead of the previously described sheet-metal knobs 34c ensure sliding on the housing cap.
  • the anchor according to FIG. 2 is constructed in the same way as the anchor from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a view of the anchor of FIG. 1 or of FIG. 2 from the underside. From this it can be seen that the side walls 35 each have only a small thickness, so that a large inner cavity 38 remains, in which the coil of the relay comes to rest. In this view from below, the pole sheet sections 31a and 32a and in the central part of the permanent magnet 33 are also visible.
  • FIG. 4 shows a section through the empty housing, consisting of base 4 and housing cap 9, that is to say without a magnet system and contacts.
  • the base 4 according to FIG. 4 is somewhat modified compared to FIG. 1. It also has raised side walls 45 and insulating intermediate walls 46 which separate the magnet system (coil assembly 1 and armature 3) arranged on the inside from the contact systems arranged on the side.
  • This base from FIG. 4 is shown again in a top view in FIG.
  • the intermediate walls 46 which each have recesses 47 for the passage of the actuating lugs 36, can also be clearly seen. In this way, specially separated contact chambers 48 are formed.
  • the cap 9 is also provided with additional partition walls 91 which overlap with the intermediate walls 46 of the base and thereby the insulation between the contact chambers and the magnet system with long creepage distances reinforce.
  • FIG. 6 shows again a system which essentially corresponds to the system of FIG. 1 with minor changes. Only the pole sheet sections 31a and 32a are somewhat shortened compared to the illustration there.
  • the magnetic fluxes are shown in FIG. 6 as well as in the following figures, the excitation flux generated by the coil with FE and the permanent magnet generated by the permanent magnet. gnethne are designated with FD.
  • the arrows indicate the flow direction predetermined by the polarization of the permanent magnet according to FIG. 1.
  • the arrows in FIG. 6 show a direction of flow when excited with a specific current direction.
  • the excitation flow at the front end of the core flows through the working air gaps on both sides in the direction of the two pole shoes 31 and 32. It is therefore superimposed with the permanent magnetic flux FD in the right working air gap, but negatively in the left working air gap.
  • the armature is attracted to the core via the pole shoe 32.
  • the excitation flow FE is reversed, the armature switches in the opposite direction.
  • a monostable switching behavior can also be achieved by appropriately asymmetrical magnetization of the permanent magnet.
  • the magnet system is modified such that the core 120 is widened in a T-shape at its front end, that is to say it has side legs 121 and 122, respectively.
  • Appropriately adapted pole pieces 131 and 132 thus each form working air gaps in the side wall area.
  • the extensions of the two pole pieces 131 and 132 are then coupled to the permanent magnet 33 again as pole sheet sections 131a and 132a.
  • a T-shaped widened coil core 220 with side legs 221 and 222 is again provided.
  • the pole shoes 231 and 232 have not only pole sheet sections 231a and 232a, but also additional coupling sections 231b (not visible) and 232b, which couple the excitation flux directly to the rear end of the core.
  • the excitation flow had to flow through the permanent magnet 33 to the flow plate 34, it becomes according to FIG. 8 directly coupled to the core via a portion of the ferromagnetic pole pieces.
  • the magnetic resistance for the excitation flow circuit is thus reduced.
  • the permanent magnet flux is also partially short-circuited in this way, so that a higher magnetization of the permanent magnet 33 is required.
  • An optimization of the cross sections and air gaps is therefore necessary in accordance with the desired characteristic.
  • a T-shaped core 220 and pole shoes 231 and 232 are constructed in the same way as in the example in FIG. 8. In turn, they have pole plate sections 231a and 232a and coupling sections 231b and 232b for coupling to the rear end of the core.
  • a modified flow plate 234 is now provided, the coupling section 234a of which is bent on the front side of the armature. The excitation flow from the flux plate to the pole plate sections is thus not returned in the area of the armature bearing, but in the area of the working air gaps. In this case, too, the excitation flux FE does not go through the permanent magnet 33, but directly to the pole shoes 231 and 232 via lateral air gaps.
  • the permanent magnet 33 is partially short-circuited, so that a high magnetization of the permanent magnet is also required here.
  • cross sections and air gaps must be optimized.
  • the contacts are designed as self-pressure contacts, that is to say that the contact springs 5 and 6 are each preloaded with respect to the associated counter-contact element 7 and 8 and rest on the latter in the idle state.
  • the magnet system therefore only has the function of opening the contacts.
  • the safe opening of the contacts is the most critical condition at high currents. The opening process is more effective for self-pressure contacts because the already accelerated magnet system at the end of its switching movement strikes the contact springs and, with a higher probability, also tears open possibly glued contacts.
  • the ACll switching capacity is larger here than with an inverted system.
  • the self-pressure principle creates a kind of positive guidance if the magnet system has a certain, tolerated course. This ensures that when one of the contacts is welded, the other cannot close, since the magnet system is blocked by the welded contact.
  • the separate chambers also ensure that in the event of a spring break in one of the contacts, uncontrolled bridging by loose metal parts on the other contact cannot take place.
  • the separation of the two contacts in separate chambers to the right and left of the magnet system generally prevents the influence of the erosion products of one contact on the switching behavior of the other.
  • the dielectric strength of the relay is also safer due to this contact separation due to the larger distances.

Landscapes

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Abstract

Das Relais besitzt einen innerhalb der Spule (12) feststehend angeordneten Kern und einen an einem Ende der Spule schwenkbar gelagerten Anker, der mit zwei Polschuhen (31, 32) an dem anderen Ende der Spule mit einem Kernende Arbeitsluftspalte bildet. Der Anker besitzt zwei Polblechabschnitte (31a, 32a), die in Verlängerung der beiden Polschuhe in einer gemeinsamen Ebene außerhalb der Spule und parallel zur Spulenachse angeordnet sind und dort an eine Seite eines vierpoligen Dauermagneten angekoppelt sind. Die beiden gegenüberliegenden Pole des Dauermagneten sind an ein Flußblech angekoppelt, welches seinerseits einen Rückschluß zum Kern bildet. Mit diesem System erhält man ein polarisiertes Relais, dessen magnetische Querschnitte sehr gut optimiert werden können, wobei die Schaltcharakteristik durch Abgleich des Dauermagneten gut einstellbar ist. Außerdem ist es möglich, durch entsprechende Isolierwände das Magnetsystem gut von den Kontaktsystemen zu trennen.

Description

Polarisiertes elektromagnetisches Relais
Die Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einer Spule und einem innerhalb der Spule angeord¬ neten, mit beiden Enden aus der Spule vorstehendem Kern, mit zwei Polschuhen, die das erste Ende des Kerns unter Bildung von Arbeitsluftspalten zwischen sich einschließen, mit zwei Polblechabschnitten in Verlängerung der beiden Polschuhe, die in einer gemeinsamen Ebene außerhalb der Spule und parallel zur Spulenachse angeordnet sind, mit einem parallel zu den Polblechabschnitten liegenden Flußblech, das magnetisch mit dem Kern gekoppelt ist, und mit einer vierpoligen Dauermagnet¬ anordnung, welche flach zwischen den Polblechabschnitten und dem Flußblech angeordnet ist, wobei zwei ungleichnamige Pole mit je einem Koppelabschnitt und die beiden gegenüberliegenden Pole mit dem Flußblech gekoppelt sind.
Ein derartiges Relais ist aus der EP-A-72 976 bekannt. Durch den vierpoligen Dauermagneten neben bzw. oberhalb der Spulen¬ wicklung erhält man bereits sehr große Polflächen, was insbe¬ sondere bei einer langen Spule mit kleinem Querschnitt günstig ist. Durch die Verwendung eines sehr flachen Magneten mit sehr kleiner Ausdehnung in Vorzugsrichtung, beispielsweise von Fer¬ ritmagneten, erhält man eine günstige Raumausnutzung, da der Magnet die Bauhöhe des Relais nur wenig vergrößert. Da für die Länge der Polbleche und des Flußbleches die ganze Spulenlänge zur Verfügung steht, können der Überlappungsbereich dieser Teile einerseits und die Polflächen des Dauermagneten anderer¬ seits ohne Rücksicht auf räumliche Beschränkungen optimal groß gewählt werden.
Bei dem bekannten System dient der stabförmige Spulenkern in der Spule als Anker. Allerdings ist dessen Eisenquerschnitt im Vergleich zum Innendurchmesser des Spulenrohres beschränkt, da der Anker innerhalb der Spule seine Schaltbewegung ausführen muß, also ein Luftspalt für den Ankerhub freigehalten werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben genannte Relaisprinzip zum Schalten höherer Ströme und Spannungen ein¬ setzbar zu machen. Hierfür soll insbesondere der Magnetkreis optimiert werden, um für höhere Ströme bzw. Spannungen auch größere Kontaktkräfte erzeugen zu können. Zugleich soll die Konstruktion so gewählt werden, daß eine gute Isolierung zwi¬ schen Magnetkreis und Kontaktsystem erreichbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Relais der ein¬ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Kern feststehend in der Spule angeordnet ist und daß die Polschuhe mit der Dauermagnetanordnung und dem Flußblech einen Anker bilden, welcher in der Nähe des zweiten Kernendes um eine zur Spulen¬ achse senkrechte Achse drehbar gelagert ist.
Da bei dem erfindungsgemäßen Relais der Spulenkern fest steht, kann dieser in seinem magnetischen Querschnitt optimal groß gemacht werden. Auch der Wirkungsgrad der Spule wird dadurch optimiert.
Zweckmäßigerweise sind das Flußblech, die Dauermagnetanordnung und die Polschuhe mittels Kunststoff zu einem einstückigen An¬ ker verbunden. Dies kann durch eine Steckbefestigung der Teile in einem Kunststoffrahmen oder vorzugsweise durch U spritzen der Metallteile mit Kunststoff erreicht werden. Auch Betäti- gungsnasen können dabei am Anker angeformt werden, mit denen beiderseits jeweils mindestens eine Kontaktfeder geschaltet wird.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen angege- ben. Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais in Einzeltei- len,
Figur 2 eine gegenüber Figur 1 etwas abgewandelte Ausführungs¬ form eines Ankers,
Figur 3 eine unterseitige Ansicht des Ankers von Figur 1 oder Figur 2,
Figur 4 einen Schnitt durch ein leeres Gehäuse für ein Relais gemäß Figur 1 mit abgewandeltem Sockel,
Figur 5 einen Sockel von Figur 4 in Draufsicht,
Figur 6 bis Figur 9 jeweils verschiedene, gegenüber Figur 1 abgewandelte Magnetsysteme für ein erfindungsgemäßes Relais.
Das in Figur 1 in Explosionsdarstellung gezeigte Relais be¬ sitzt eine Spulenbaugruppe 1 mit einem längs der Achse einge¬ steckten Kern 2, einen auf der Spulenbaugruppe schwenkbar ge¬ lagerten Anker 3 und einen Sockel 4, in welchem neben der Spu- lenbaugruppe und neben dem Anker beiderseits jeweils ein Kon¬ taktpaar mit den beiden Kontaktfedern 5 und 6 sowie den fest¬ stehenden Gegenkontaktelementen 7 und 8 verankert sind. Eine in Figur 1 nicht gezeigte Kappe 9 (Figur 4) bildet mit dem Sockel 4 ein Gehäuse.
Im einzelnen besteht die Spulenbaugruppe 1 aus einem Spulen¬ körper 11 mit einer Wicklung 12, welche zwischen zwei Flan¬ schen 13 und 14 aufgebracht ist. Der Flansch 13 besitzt an seiner Unterseite eine Nase 15, welche in eine Ausnehmung 41 des Sockels 4 eingreift. Am Flansch 14 ist an der Oberseite ein Lagerzapfen 16 für den Anker 3 angeformt. In dem Flansch 14 sind außerdem Spulenanschlußstifte 17 verankert. Der Spu- lenkδrper 11 besitzt einen axialen Hohlraum 18, in welchen der Kern 2 eingesteckt wird. Dieser Kern besitzt an seinem hinte¬ ren Ende im Bereich des Spulenflansches 14 einen Koppelab¬ schnitt 21 mit vergrößertem Querschnitt, die einen besseren Flußübergang zwischen Anker und Kern ermöglicht.
Der Anker 3 enthält als Baugruppe zwei ferromagnetische Pol¬ schuhe 31 und 32, welche nach dem Zusammenbau das vordere Ende 22 des Kerns einschließen und mit diesem einen Doppelarbeits- luftspalt bilden. An der Oberseite sind an den beiden Polschu¬ hen jeweils Polblechabschnitte 31a und 32a angeformt und in eine gemeinsame Ebene gebogen, um so eine großflächige Ankopp- lung an einen Dauermagneten 33 zu gewährleisten. Dieser Dauer¬ magnet 33 ist vierpolig aufmagnetisiert, so daß er den beiden Polblechabschnitten 31a und 32a jeweils ungleichnamige Pole N bzw. S zuwendet, während die jeweils zugehörigen Gegenpole S bzw. N an der Oberseite an ein Flußblech 34 angekoppelt wer¬ den. Dieses Flußblech 34, das also ebenso wie die beiden Pol¬ schuhe 31 und 32 aus ferromagnetischem Material besteht, liegt nach dem Zusammenbau großflächig auf dem Dauermagneten 33 auf. Es besitzt an dem hinteren Ende einen Koppelabschnitt 34a, der nach dem Zusammenbau möglichst nah an den Koppelabschnitt 21 des Kerns - unter Gewährleistung der Beweglichkeit des An¬ kers - herangebracht wird. Zur Lagerung des Ankers auf dem La- gerzapfen 16 ist eine Bohrung 34b im Flußblech vorgesehen. Au¬ ßerdem sind am vorderen Ende des Flußbleches Blechnoppen 34c angeformt, die zur Gewährleistung der Beweglichkeit des Ankers eine Gleitberührung zwischen Anker und Gehäusekappe ermögli¬ chen.
Wie in Figur 1 dargestellt, werden die Polbleche 31 und 32, der Dauermagnet 33 und das Flußblech 34 aufeinandergeschichtet und dann mit Kunststoffwänden 35 an den Seiten derart umhüllt, daß der in Figur 1 auch als geschlossene Baugruppe gezeigte Anker 3 entsteht. Dieser mit den Kunststoffwänden 35 zusammen¬ gehaltene Anker besitzt einen nach unten offenen Hohlraum, so daß der Anker auf die Spulenbaugruppe 1 aufgesetzt und auf dem Lagerzapfen 16 gelagert werden kann. An den Kunststoffwänden 35 sind außerdem seitlich Betätigungsnasen 36 angeformt, die zur Betätigung der jeweils nach innen vorgespannten Kontaktfe¬ dern 5 und 6 dienen. Außerdem sind an der Unterseite der Kunststoffwände 35 Gleitnoppen 37 angeformt, die bei der Schaltbewegung des Ankers auf dem Sockel 4 gleiten und damit die notwendige Betätigungskraft gering halten.
Die Kontaktfedern 5 und 6 besitzen jeweils Kontaktstücke 51 bzw. 61, während die Gegenkontaktelemente 7 und 8 ebenfalls Kontaktstücke 71 bzw. 81 aufweisen. Die Kontaktfedern 5 und 6 sind jeweils mit einem Federträger bzw. Anschlußelement 52 bzw. 62 verbunden, beispielsweise verschweißt, welche bei der Montage des Relais jeweils in Durchbrüche 42 des Sockels ein- gesteckt werden. Für die Gegenkontaktelemente 7 bzw. 8 sind ebenfalls Durchbrüche 43 im Sockel vorgesehen. Weiterhin wird bei der Montage die Spulenbaugruppe 1 auf den Sockel aufge¬ setzt, wobei die Spulenanschlußstifte 17 in entsprechende Durchbrüche 44 eingesteckt werden. Auf die Spulenbaugruppe wird der Anker, wie bereits erwähnt, aufgesetzt, so daß der Lagerzapfen 16 in die Lagerbohrung 34b gelangt. Danach wird die Kappe 9 gemäß Figur 4 aufgesetzt. Das Gehäuse kann dann an der Unterseite mittels einer Vergußmasse 10 in üblicher Weise abgedichtet werden, wie ebenfalls in Figur 4 angedeutet ist.
Figur 2 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform des An¬ kers. In diesem Fall ist das Flußblech 34 etwas schmäler aus¬ geführt, während die Seitenwände 35 nach oben verlängert sind. In diesem Fall sind Gleitnoppen 35a auch an der Oberseite der Seitenwände 35 angeformt, welche anstelle der vorher beschrie¬ benen Blechnoppen 34c das Gleiten an der Gehäusekappe sicher¬ stellen. Im übrigen ist der Anker gemäß Figur 2 in gleicher Weise aufgebaut wie der Anker von Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Ansicht des Ankers von Figur 1 oder von Fi¬ gur 2 von der Unterseite. Hieraus wird ersichtlich, daß die Seitenwände 35 jeweils nur eine geringe Dicke besitzen, so daß ein großer innerer Hohlraum 38 verbleibt, in welchem die Spule des Relais zu liegen kommt. Bei dieser Ansicht von unten wer¬ den auch die Polblechabschnitte 31a und 32a und im mittleren Teil der Dauermagnet 33 sichtbar.
In Figur 4 ist ein Schnitt durch das leere Gehäuse, bestehend aus Sockel 4 und Gehäusekappe 9, gezeigt, also ohne Magnetsy¬ stem und Kontakte. Der Sockel 4 gemäß Figur 4 ist gegenüber Figur 1 etwas abgewandelt. Er besitzt zusätzlich hochgezogene Seitenwände 45 und isolierende Zwischenwände 46, welche das innen angeordnete Magnetsystem (Spulenbaugruppe 1 und Anker 3) von den seitlich angeordneten Kontaktsystemen trennen. In ei¬ ner Draufsicht ist in Figur 5 dieser Sockel von Figur 4 noch¬ mals gezeigt. Dabei sind auch deutlich die Zwischenwände 46 zu erkennen, welche jeweils Ausnehmungen 47 für den Durchtritt der Betätigungsnasen 36 aufweisen. So werden jeweils speziell abgetrennte Kontaktkammern 48 gebildet. Wie in Figur 4 weiter gezeigt ist, ist in diesem Fall auch die Kappe 9 mit zusätzli¬ chen Trennwänden 91 versehen, welche sich mit den Zwischenwän- den 46 des Sockels überlappen und dadurch die Isolierung zwi¬ schen den Kontaktkammern und dem Magnetsystem mit langen Kriechwegen verstärken.
In den Figuren 6 bis 9 sind abgewandelte Ausführungsformen für das Magnetsystem gezeigt, die also das Magnetsystem von Figur 1, bestehend aus der Spulenbaugruppe 1 und dem Anker 3, erset¬ zen könnten. Soweit es sich dabei nur um schematische Darstel¬ lungen handelt, können die vollständigen Konstruktionen von einem Fachmann ohne weiteres ergänzt werden.
Dabei zeigt Figur 6 noch einmal ein System, das mit geringfü¬ gigen Änderungen im wesentlichen dem System von Figur 1 ent¬ spricht. Lediglich die Polblechabschnitte 31a und 32a sind ge¬ genüber der dortigen Darstellung etwas verkürzt. In Figur 6 wie auch in den folgenden Figuren sind jeweils die Magnetflüs¬ se eingezeichnet, wobei jeweils der von der Spule erzeugte Er¬ regerfluß mit FE und der vom Dauermagneten erzeugte Dauerma- gnetfluß mit FD bezeichnet sind. Die Pfeile bedeuten beim Dauermagnetfluß FD die durch die Polarisierung des Dauermagne¬ ten gemäß Figur 1 vorgegebene Flußrichtung. Für den Erreger¬ fluß FE ist in Figur 6 durch die Pfeile eine Flußrichtung bei einer Erregung mit einer bestimmten Stromrichtung gezeigt. In diesem Fall fließt also der Erregerfluß am vorderen Ende des Kerns über die Arbeitsluftspalte nach beiden Seiten in Rich¬ tung auf die beiden Polschuhe 31 und 32. Er überlagert sich also im rechten Arbeitsluftspalt mit dem Dauermagnetfluß FD positiv, im linken Arbeitsluftspalt dagegen negativ. Das be¬ deutet, daß bei der Darstellung in Figur 6 der Anker über den Polschuh 32 an den Kern angezogen wird. Bei einer Umkehrung des Erregerflusses FE schaltet der Anker in die entgegenge¬ setzte Richtung. Durch eine entsprechend unsymmetrische Aufma- gnetisierung des Dauermagneten kann auch ein monostabiles Schaltverhalten erreicht werden.
Bei der Darstellung von Figur 7 ist das Magnetsystem derge¬ stalt abgewandelt, daß der Kern 120 an seinem Vorderende T-förmig verbreitert ist, also jeweils Seitenschenkel 121 und 122 aufweist. Entsprechend angepaßte Polschuhe 131 und 132 bilden somit jeweils Arbeitsluftspalte im Seitenwandbereich. Die Fortsätze der beiden Polschuhe 131 und 132 sind dann als Polblechabschnitte 131a und 132a wieder an den Dauermagneten 33 angekoppelt. Bei einer derartigen Konstruktion können grö¬ ßere magnetische Querschnitte und Koppelflächen an dem T-för- migen Spulenkern gewonnen werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 ist wiederum ein T-för- mig verbreiterter Spulenkern 220 mit Seitenschenkeln 221 und 222 vorgesehen. Die Polschuhe 231 und 232 besitzen in diesem Fall jedoch nicht nur Polblechabschnitte 231a und 232a, son¬ dern zusätzliche Koppelabschnitte 231b (nicht sichtbar) und 232b, welche den Erregerfluß direkt an das hintere Ende des Kerns ankoppeln. Während also bei den vorhergehenden Ausfüh¬ rungsbeispielen der Erregerfluß jeweils durch den Dauermagne¬ ten 33 zu .Flußblech 34 fließen mußte, wird er gemäß Figur 8 direkt über einen Abschnitt der ferromagnetischen Polschuhe an den Kern gekoppelt. Der magnetische Widerstand für den Erre¬ gerflußkreis wird damit verringert. Allerdings wird auf diese Weise auch der Dauermagnetfluß teilweise kurzgeschlossen, so daß eine höhere Magnetisierung des Dauermagneten 33 erforder¬ lich wird. Entsprechend der gewünschten Charakteristik ist so¬ mit eine Optimierung der Querschnitte und Luftspalte erforder¬ lich.
In dem Beispiel von Figur 9 schließlich sind ein T-förmiger Kern 220 und Polschuhe 231 und 232 in gleicher Weise aufgebaut wie bei dem Beispiel von Figur 8. Sie besitzen also wiederum Polblechabschnitte 231a und 232a sowie Koppelabschnitte 231b und 232b zur Ankopplung an das hintere Ende des Kerns. Gegen- über dem vorherigen Beispiel ist nunmehr ein geändertes Flu߬ blech 234 vorgesehen, dessen Koppelabschnitt 234a an der Vor¬ derseite des Ankers abgebogen ist. Damit erfolgt die Rückfüh¬ rung des Erregerflusses vom Flußblech zu den Polblechabschnit¬ ten nicht im Bereich der Ankerlagerung, sondern im Bereich der Arbeitsluftspalte. Auch in diesem Fall geht der Erregerfluß FE nicht durch den Dauermagneten 33, sondern über seitliche Luft¬ spalte direkt zu den Polschuhen 231 bzw. 232.
Auch in diesem Fall wird also der Dauermagnet 33 teilweise kurzgeschlossen, so daß auch hier eine hohe Magnetisierung des Dauermagneten erforderlich ist. Auch in diesem Fall müssen Querschnitte und Luftspalte optimiert werden.
Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind die Kontakte als Eigendruck- kontakte ausgebildet, d. h. , daß die Kontaktfedern 5 und 6 je¬ weils gegenüber dem zugehörigen Gegenkontaktelement 7 bzw. 8 vorgespannt sind und im Ruhezustand auf diesen aufliegen. Das Magnetsystem hat also nur die Funktion des Öffnens der Kontak¬ te. Das sichere Öffnen der Kontakte ist jedoch bei hohen Strö- men die am meisten kritische Bedingung. Bei Eigendruckkontak¬ ten ist der Öffnungsvorgang deshalb wirkungsvoller, weils das schon beschleunigte Magnetsystem am Ende seiner Schaltbewegung auf die Kontaktfedern schlägt und mit höherer Wahrscheinlich¬ keit auch evtl. verklebte Kontakte aufreißt. Das ACll-Schalt- vermögen ist hier größer als bei einem umgekehrten System. Ein zusätzlicher Vorteil von Eigendruckkontakten besteht darin, daß Öffner und Schließer gleiche mechanische Voraussetzungen, damit gleiche Bewegungsabläufe haben, womit letztlich auch die gleiche elektrische Lebensdauer unter Last erreicht wird. Die Kontakte können durch eine rein mechanische Federverbiegung mit entsprechenden Lehren justiert werden. Die Federkraft der Eigendruck-Kontaktfedern kann auch zur Rückstellung des Re¬ laisankers verwendet werden. In Sonderfällen ließe sich der Kontaktaufbau auch so abändern, daß ein Schließerkontakt mit zusätzlichem Wolfram-Vorlaufkontakt gebildet wird.
Da bei dem dargestellten System von Figur 1 jeweils ein Kon¬ takt schließt, während der andere öffnet, kann durch entspre¬ chende Beschaltung ein Wechsler gebildet werden. Hierfür ent¬ steht durch das Eigendruckprinzip eine Art Zwangsführung, wenn das Magnetsystem einen bestimmten, tolerierten Verlauf hat. Dadurch wird sichergestellt, daß beim Verschweißen eines der Kontakte der andere nicht schließen kann, da das Magnetsystem durch den verschweißten Kontakt blockiert wird. Durch die von¬ einander getrennten Kammern ist auch sichergestellt, daß im Falle eines Federbruchs eines der Kontakte kein unkontrollier- tes Überbrücken durch lose Metallteile am anderen Kontakt stattfinden kann.
Die Trennung der beiden Kontakte in gesonderten Kammern rechts und links des Magnetsystems verhindert generell den Einfluß von Abbrandprodukten des einen Kontaktes auf das Schaltverhal¬ ten des anderen. Auch die Spannungsfestigkeit des Relais wird durch diese Kontakttrennung infolge der größeren Abstände si¬ cherer.
Denkbar wäre es auch, das Magnetsystem asymmetrisch auf dem Sockel anzuordnen, um auf einer Seite einen größeren Raum für nur einen Kontakt entweder in Öffner- oder Schließerbestückung zu bilden. Die Kontakt- und Federabmessungen können so für hö¬ here Schaltleistungen vergrößert werden. Die Isolationsstrek- ken vergrößern sich dadurch automatisch. Auch ein Brückenkon¬ takt ließe sich bei diesem Aufbau realisieren.

Claims

Patentansprüche
1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einer Spule (12) und einem innerhalb der Spule angeordneten, mit beiden Enden aus der Spule vorstehenden Kern (2), mit zwei Polschuhen (31, 32), die das erste Ende (22) des Kerns unter Bildung von Arbeitsluftspalten zwischen sich ein¬ schließen, mit zwei Polblechabschnitten (31a, 32a), die in einer gemein- sa en Ebene außerhalb der Spule und parallel zur Spulenachse angeordnet sind, mit einem parallel zu den Polblechabschnitten liegenden Flu߬ blech (34), das magnetisch mit dem Kern (2) gekoppelt ist, und mit einer vierpoligen Dauermagnetanordnung, welche flach zwi- sehen den Polblechabschnitten (31a, 32a) und dem Flußblech (34) angeordnet ist, wobei zwei ungleichnamige Pole mit je ei¬ nem Koppelabschnitt und die beiden gegenüberliegenden Pole mit dem Flußblech gekoppelt sind, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der Kern (2) feststehend in der Spule (12) angeordnet ist und daß die Polschuhe (31, 32) mit der Dauermagnetanordnung (33) und dem Flußblech (34) einen Anker (3) bilden, welcher in der Nähe des zweiten Kernendes (21) um eine zur Spulenachse senk¬ rechte Achse drehbar gelagert ist.
2. Relais nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das Flußblech (34) mit dem Dauermagne¬ ten (33) und den Polschuhen (31, 32) mittels Kunststoff (35) zu einem einstückigen Anker .(3) verbunden ist.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß mit dem Anker (3) beiderseits Betätigungsnasen (36) zur Betätigung von jeweils mindestens einer Kontaktfeder (5, 6) verbunden sind.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an einem Spulenflansch (14) in der Nähe des zweiten Kernendes (21) ein zur Spulenach¬ se senkrechter Lagerzapfen (16) angeformt ist, welcher in eine Lagerausnehmung (34b) des Ankers (3) eingreift.
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem der Lagerung gegen¬ überliegenden Endabschnitt des Ankers (3) an der Unterseite und gegebenenfalls an der Oberseite Gleitnoppen (37j 34c) vor¬ gesehen sind, mittels derer eine Gleitbewegung auf einem Sockel (4) und gegebenenfalls an einer Gehäusekappe (9) ermög¬ licht wird.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polschuhe (31, 32) mit ihren Luftspaltabschnitten (31a, 32a) stirnseitig von der Spu¬ le zur Achse hin abgewinkelt und abgekröpft sind, um mit dem ersten Kernende (22) die Arbeitsluftspalte zu bilden.
7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h -g e k e n n z e i c h n e t , daß die mit ihren Polblechab¬ schnitten (131a, 132a) oberhalb der Spule liegenden Polschuhe (131, 132) jeweils parallel zueinander und zu den Seitenwänden stehende Arbeitsluftspalte bilden und daß das erste Kernende zur Bildung der Arbeitsluftspalte T-förmig verbreitert ist (Figuren 7 bis 10).
8. Relais nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Polschuhe (231, 232) je¬ weils seitlich neben der Spule Koppelabschnitte (231b, 232b) zur Rückführung des Erregerflusses an das zweite Kernende bil¬ den.
9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Flußblech (34) an das zweite Kernende gekoppelt ist.
10. Relais nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß das Flußblech (234) an das erste Kern¬ ende gekoppelt ist.
11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Magnetsystem durch Trennwände (46; 91), die an einem Sockel (4) und/oder einer Kappe (9) angeformt sind, von beiderseits angeordneten Kon¬ taktsätzen (5, 6, 7, 8) isoliert ist.
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