Elektromagnetisches Relais Das Hauptpatent betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einem oder mehreren Kontakten, bei dem die Kontaktanordnung getrennt von der Erregerwicklung und Teilen des magnetischen Kreises in einem herme tisch verschlossenen Raum angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das feste Kontaktelement des oder jedes Kontaktes aus einem magnetischen Kernteil besteht, das hermetisch in eine Wand des Kontaktraumes eingesetzt ist, und dass die Kernteile über ein ausserhalb des Kontaktraumes befindliches gemeinsames Joch mit dem Kern der Erregerwicklung magnetisch verbunden sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- grunde, das Relais nach dem Hauptpatent für weitere Anwendungsfälle verfügbar zu machen. Erfindungsge- mäss wird dies dadurch erreicht, dass jeder Kontakt auf gegenüberliegenden Seiten eines blättchenförmigen An kers einen Arbeitskontakt und einen Ruhekontakt auf weist.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist das Relais als polarisiertes Relais ausgebildet, dessen magne tischer Kreis einen Dauermagneten enthält, der auf alle Kontaktpaare gemeinsam wirkt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Wand des Kontaktraumes, in welche die ferromagnetischen festen Kontaktteile, d. h. die Arbeits kontakte hermetisch eingesetzt sind, aus unmagneti schem und elektrisch isolierendem Material, vorzugswei se aus Glas.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Ruhekontakte auf Trägern in Form von Röhrchen angeordnet, die in die Wand des Kontaktraumes herme tisch eingesetzt sind, die der Wand gegenüberliegt, in welche die Arbeitskontakte eingesetzt sind.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Anker auf Befestigungsröhrchen befestigt, die in die gleiche Wanddes Kontaktraumes wie die Ruhekon takte eingesetzt sind. Diese Wand besteht ebenfalls vorzugsweise aus Glas. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Arbeitskontakte vom Joch elektrisch isoliert und jeweils mit einem gesonderten elektrischen Anschlussstift verse hen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Anker eine Zunge auf, welche die kontaktgebende Fläche trägt und über zwei Arme mit der Befestigungs fläche verbunden ist. Die kontaktgebenden Flächen der Anker arbeiten unmittelbar mit den Arbeits- und Ruhe kontakten zusammen.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung bewegen sich die Kontaktflächen jedes Ankers im wesentlichen geradlinig zwischen den zugeordneten Ar- beits- und Ruhekontakten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, dass die Kontaktflächen der Anker und die der Ar beitskontakte mit Edelmetall plattiert sind. Die Kontakt flächen der Arbeits- und Ruhekontakte sind vorzugswei se kreisförmig.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ragt der ferromagnetische Kern, der von der Erregerwicklung umgeben ist, auf der der Kontaktanordnung abgewand ten Seite aus der Erregerwicklung heraus und weist in diesem Abschnitt einen Dauermagnet auf.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist ein magnetischer Hauptkreis, der den Dauermagnet, den Teil des Kernes, der von der Erregerwicklung umgeben ist, und die Anker umfasst, durch einen magnetischen Nebenschluss geshuntet, der als Glied eines magneti schen Hilfskreises ausgebildet ist, der zwar den Dauer magnet umfasst, aber den Teil des Kernes, der von der Erregerwicklung umgeben ist, und die Anker shuntet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der magnetische Nebenschluss als sektorförmiger Kragen auf dem Kern ausgebildet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Erregerwicklung von einer Aussenhülse umschlossen, die ein Glied des Magnetkreises darstellt.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine ferromagnetische Endplatte, welche die Aus- senhülse mit dem Ende des Kernes magnetisch verbin det. Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist beiderseits der Erregerwicklung, an beiden Kernenden, ein Joch angeordnet, das jeweils mit Kontaktkammern verbunden ist. Hierbei verbindet eine die Erregerwick lung umgebende Aussenhülse die beiden Kontaktkam mern magnetisch miteinander.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt des Relais Fig. 2 einen Schnitt des Relais in der Ebene 11-II in Fig. 1 Fig. 3 das Relais, teilweise der Länge nach aufge schnitten, in einer Weiterbildung als polarisiertes Re lais Fig. 4 einen Schnitt des polarisierten Relais in der Ebene IV-IV in Fig. 3 Das in den Zeichnungen dargestellte Relais ist aus zwei getrennten Baugruppen zusammengesetzt, einer hermetisch verschlossenen Vielfachkontaktanordnung und dem mit dieser verbundenen, jedoch ausserhalb angeordneten magnetischen Kreis mit .der Erregerwick lung.
Die Kontaktanordnung 1 besteht aus einer Kammer, die aus hermetisch verbundenen Glas- und Metallteilen aufgebaut ist und zwei flache, runde Glasscheiben 2 und 3 enthält, die in Ringe 4 und 5 eingeschmolzen sind, die wiederum durch ein ringförmiges Distanzstück 6 vonein ander getrennt sind. Der Ring 5 bildet, wie nachfolgend beschrieben wird, einen Teil des magnetischen Kreises des Relais und besteht daher aus ferromagnetischem Material, wie z. B. Weicheisen.
Innerhalb der Kammer sind vier Kontaktpaare ange ordnet; jedes Kontaktpaar enthält einen Arbeitskontakt 7 und einen Ruhekontakt 8 auf gegenüberliegenden Seiten eines blättchenförmigen Ankers 9. Die Arbeits kontakte 7 werden durch kurze Enden von vier in der Glasscheibe 3 hermetisch eingebetteten Nickel-Eisen- Röhrchen gebildet.
Acht ähnlich gestaltete Röhrchen 10 sind in die andere Glasscheibe 2 hermetisch eingebettet; vier davon, die Röhrchen 10a, tragen die Ruhekontakte 8, die als Edelmetall-Kontaktniete ausgebildet und zur Schaffung einer ringförmigen Kontaktfläche freigebohrt sind, während die andern vier Röhrchen, 10'b, zur Befestigung der Anker 9 dienen, um diese in einer zur Ebene der Glasscheibe 3 parallelen Ebene zu halten. Die Anker 9, die im unbetätigten Zustand flach sind, bestehen aus elastischem ferromagnetischen Metall, wie z. B. einer Nickel-Eisen-Legierung, und sind als Blätt chen gemäss Fig. 2 ausgebildet, wobei jeder Anker eine Befestigungsfläche 12 aufweist, mit der er an seinem zu geordneten Befestigungsröhrchen 10b befestigt ist.
Die Befestigungsfläche 12 sind jeweils über zwei Arme 13 mit einer Zunge 14 verbunden, die mit den Kontaktflä chen versehen ist, welche mit den jeweiligen Ankern zugeordneten Arbeits- und Ruhekontakten zusammenar beiten. Der magnetische Kreis, durch den die Anker 9 geschaltet werden, enthält die Anker selbst und ebenso die Arbeitskontakte 7 und den Ring 5, so dass aus diesem Grund alle diese Bauelemente aus ferromagneti- schem Material bestehen müssen; die Auslegung und die relative Lage dieser Bauelemente zueinander ist derge stalt, dass die Bewegung der Kontaktflächen zwischen dem Arbeitskontakt 7 und dem Ruhekontakt 8 im wesentlichen geradlinig erfolgt.
Um die elektrische Leit fähigkeit und ,die Kontakteigenschaften der Anker und der Arbeitskontakte zu verbessern, können diese mit einer Silberauflage plattiert sein. Diese Silberauflage wiederum kann zumindest an der kontaktgebenden Zone mit einer Auflage aus gebräuchlichem Edelmetall, wie z. B. Palladium versehen werden.
Sobald die Befestigungsflächen 12 der Anker 9 an ihren Befestigungsröhrchen 10b befestigt sind, liegt,die Ebene der Befestigungsflächen tiefer als die zugeordne ten Ruhekontakte 8, so dass die Anker bei nicht betätigtem Relais vorgespannt sind und dadurch den nötigen Kontaktdruck zwischen den Ankern und ihren Ruhekontakten herstellen.
Ausserhalb der Kammer erstrecken sich die Arbeits kontaktröhrchen durch Öffnungen eines scheibenförmi gen. ferromagnetischen Joches 17, das die einzelnen Arbeitskontakte magnetisch mit einem gemeinsamen ferromagnetischen Kern 18 verbindet. Die Arbeitskon takte sind jedoch durch Isolierringe 19, die innerhalb der Öffnungen des Joches angeordnet sind, von diesem elektrisch isoliert.
Der Kern 18 ist von der Erregerwicklung 20 des Relais umgeben, die auf einen isolierenden Spulenkörper 21 gewickelt ist, der durch eine am Kern 18 befestigte Endplatte 22 aus magnetischem Material in seiner Lage gehalten wird. Die Aussendurchmesser des Spulenkör- pers 21 und der Erregerwicklung 20 sind geringer als der des Ringes 5, so dass eine Aussenhülse 23 über den Ring 5 und die Endplatte 22 aufgesprengt werden kann.
Die Hülse 23 besteht ebenfalls aus ferromagneti- schem Material und vervollständigt den magnetischen Kreis des Relais, der sich vom Kern 18 durch das Joch 17, die Arbeitskontakte 7, die Anker 9, den Ring 5, die Aussenhülse 23 und die Endplatte 22 wieder zum Kern 1.8 erstreckt. Es ist ersichtlich, dass der auf jeden Anker bezogene Magnetkreis zwei Luftspalte aufweist, den zwischen dem Arbeitskontakt 7 und der Zunge 14 des Ankers 9, und en zwischen dieser Zungen und dem Ring 5. Diese Luftspalte liegen magnetisch zwar in Reihe aber die Anzugskräfte auf die Zunge bei Erregung des Relais sind mechanisch parallel gerichtet, d. h. sie addieren sich.
Die Relaiskontakte und die Erregerwicklung werden über Anschlussstifte 25 bzw. 26 angeschlossen. Diese Stifte sind gegen eine zufällige Kontaktgabe mit dem Relaiskörper durch Isolierscheiben 27 geschützt. Die Stifte können aber auch einzeln in Isolierhülsen gesteckt sein. Die Anschlussstifte sind so abgebogen, dass sie alle auf einer Seite des Relais herausragen, und ihr Abstand voneinander kann so eingehalten werden, dass er dem üblichen Leiterabstand von bedruckten Schaltungsplat ten entspricht. Die geringe räumliche Ausdehnung des Relais macht es für derartige Anwendungsfälle beson ders geeignet. Ein praktisches Ausführungsbeispiel der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung war etwa 33 mm lang und hatte einen Durchmesser von etwa 1.5 mm.
Die Kontaktkammer ist derart gestaltet, dass die Glas-Metall-Verbindungen im ersten Arbeitsgang gefer tigt werden können. Daher können die bei derartigen Verbindungen auftretenden verhältnismässig hohen Temperaturen keine schädlichen Einflüsse auf die emp findlichen Bauteile, wie z. B. die Kontaktankermembran und die Erregerwicklung ausüben, .die erst während eines späteren Arbeitsganges hinzugefügt werden. Als letzter Arbeitsgang bei der Herstellung der Kontaktan ordnung kann die hermetische Verbindung zwischen dem Distanzstück 6 und den Ringen 4 und 5 vorgenom men werden.
Dies geschieht vorzugsweise durch ein Schweissverfahren, wobei das Distanzstück 6 mit Schweissringen an den gegen die Ringe 4 und 5 gerichteten Flächen versehen ist.
Eine weitere Ausbildung des oben beschriebenen Relais ergibt sich durch ein Relais mit acht Kontaktpaa ren. Dieses Relais unterscheidet sich von dem zuerst beschriebenen Relais dadurch, dass es zwei hermetisch verschlossene Vielfachkontaktanordnungen aufweist, eine an jedem Ende des magnetischen Kernes. Daher ist das Relais wie das anhand von Fig. 1 beschriebene Relais aufgebaut, ausser dass die Endplatte 22 durch ein zweites Joch und eine zweite Vielfachkontaktanordnung ersetzt ist, die ähnlich wie die schon beschriebenen Positionen 17 bzw. 1 gestaltet sind. Die Aussenhülse 23 dieses Relais verbindet den Ring 5 magnetisch mit seinem Gegenstück innerhalb der zweiten Kontaktanord nung. Die beiden Kontaktanordnungen liegen zueinan der und zum magnetischen Kern in Reihe.
Eine zweite Weiterbildung des zuerst beschriebenen Relais ergibt sich durch ein polarisiertes Haftrelais mit vier Kontaktpaaren. Die Merkmale dieses Relais sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Zum Zwecke der Beschrei bung wird der Ausdruck polarisiertes Haftrelais defi niert als Relais, bei dem der den Anker durchdringende magnetische Fluss einen Wert annimmt, der ausreicht, den Anker - abhängig von den zwei Schaltzuständen, in denen er sich befindet - in seiner jeweiligen Stellung festzuhalten, während die Erregerwicklung stromlos ist. Dieses Relais entspricht dem anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Relais, ausser dass der Kern an der der Kontaktanordnung abgewandten Seite aus dem Spulen körper herausragt und einen Dauermagnet aufweist.
Ausserdem ist auf dem Kern ein sektorförmiger Kragen aus ferromagnetischem Material angeordnet. In den Fig. 3 und 4 ist die Kontaktanordnung mit 1, der als Dauermagnet ausgebildete Teil des Kernes 18 mit 30 und der sektorförmige Kragen mit 31 bezeichnet. Die übrigen Bauelemente tragen die gleichen Hinweisziffern wie in den Fig. 1 und 2.
Dieses Relais weist zwei magnetische Kreise auf, die über den Dauermagnet 30 führen. Der magnetische Hauptkreis führt von der Erregerwicklung 20 über die gesamte Länge des Kernes 18 zu dem Joch 17, den Arbeitskontaktankern und dem Ring,der Kontaktanord nung 1, weiter über die Aussenhülse 23 zurück zur Endplatte 22. Der sektorförmige Kragen 31, der aus Weicheisen besteht, bildet einen Nebenschluss für den Dauermagnet, der die Kontaktanordnung 1 shuntet. Dieser Kreis führt über den Kragen 31, einen Teil der Aussenhülse 23 und die Endplatte 22. Die Reluktanz des Nebenschlusses wird hauptsächlich durch den Luft spalt zwischen dem Kragen 31 und der Aussenhülse 23 bestimmt.
Da diese Teile beide im Querschnitt die Form eines Kreisausschnittes aufweisen, kann der Wert dieser Reluktanz innerhalb gewisser Grenzen auf einen ge wünschten Wert eingestellt werden, indem der Kragen in bezug zur Aussenhülse verdreht wird (in Fig. 4 ist der Kragen in der Stellung gezeigt, welche die geringste Reluktanz ergibt). Bei dieser Anordnung ist es empfeh lenswert, die magnetischen Glieder so anzuordnen, dass bei Kontaktgabe der Anker mit ihren Ruhekontakten und bei stromloser Erregerwicklung der Kragen von einem grösseren magnetischen Flussanteil durchdrungen wird als der Gesamtfluss durch die vier Anker.
Der in den Aufbau dieser Relais einbezogene ma gnetische Nebenschluss durch den Kragen 31, welcher die Erregerwicklung, die Anker und Arbeitskontakte shuntet, ergibt eine Reihe von Vorteilen. Erstens ermög licht er die Einstellung des die Ankerdurchdringenden Flusses bei der Fertigung des Relais. Zweitens schliesst er den Dauermagnet kurz und schützt ihn gegen das entmagnetisierende Feld bei Umpolung der Erregerwick lung zur Umschaltung der Anker von ihren Arbeitskon takten zu ihren Ruhekontakten. Drittens verringert er die Reluktanz des magnetischen Kreises und ermöglicht dabei eine geringere Amperewindungszahl der Erreger wicklung zum Umschalten der Relaisanker.
Und viertens bewirkt er einen grösseren Unterschied zwischen den :die Anker in ihren beiden Stellungen durchdringenden Flüssen, denn nachdem die Anker zur Kontaktgabe an den Arbeitskontakten umgeschaltet sind, wird ein Teil des Flusses des Dauermagneten vom Nebenschluss zu den Ankern umgeleitet und verbessert somit die Haftei genschaften des Relais.