EP0097123A2 - Elektromagnetisches Miniaturrelais - Google Patents

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EP0097123A2
EP0097123A2 EP83810249A EP83810249A EP0097123A2 EP 0097123 A2 EP0097123 A2 EP 0097123A2 EP 83810249 A EP83810249 A EP 83810249A EP 83810249 A EP83810249 A EP 83810249A EP 0097123 A2 EP0097123 A2 EP 0097123A2
Authority
EP
European Patent Office
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contact
pole
magnetically
relay
poles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP83810249A
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English (en)
French (fr)
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EP0097123A3 (de
Inventor
Roger Maurice Hochreutiner
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.)
Nokia Solutions and Networks Schweiz AG
International Standard Electric Corp
Original Assignee
Standard Telephon and Radio AG
International Standard Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Standard Telephon and Radio AG, International Standard Electric Corp filed Critical Standard Telephon and Radio AG
Publication of EP0097123A2 publication Critical patent/EP0097123A2/de
Publication of EP0097123A3 publication Critical patent/EP0097123A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/56—Contact spring sets

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic miniature relay according to the preamble of the first claim.
  • Electromagnetic relays in which membrane contacts are used as contact units, are known and e.g. in CH-Pat.Nr. 455 941 described in detail. Contact units of this type are in particular from CH-Pat.Nr. 452 021, in which different membrane and contact configurations are described with regard to their use for a make, break or changeover contact. It is also known to use permanent magnets in relays in order to achieve magnetic adhesion of the contacts after the control flow has been removed and / or a higher sensitivity of the relay. A relay with magnetic adhesion is e.g. in CH-Pat.Nr. 498 482. Permanent magnets to improve sensitivity have already been used in the polarized relays for telegraphy reception that have been known for decades.
  • the contact unit known from the prior art will now be described with reference to FIGS. 1 and 2 to the extent that it appears necessary for an understanding of the present invention.
  • the contact unit has a circular membrane 1 made of ferromagnetic, electrically conductive material with an edge zone 2, a spring zone 3 and a contact zone 4.
  • the edge zone 2 of the membrane 1 is connected to pole rings 7 and 8 via intermediate rings 9, this connection advantageously being made by welding.
  • the membrane 1 forms the movable contact and the two poles 5 and 6 are the fixed contacts of a changeover contact.
  • the surfaces of the contacting parts of the membrane and the poles can be designed according to their function, e.g. the contact surfaces can have a noble metal coating.
  • the membrane 1 can, as shown in Fig. 1, be arranged in the central position between the two poles, but the intermediate rings can also have different heights, so that the membrane is closer to one or the other pole in the case of a contact unit which is not built into a magnetic circuit , which results in a different spring force in the two contact positions during operation.
  • the intermediate rings can also be designed so that the membrane is at rest on a pole with a certain pressure rests so that the normally closed contact of a changeover contact results.
  • the welding of the membrane, intermediate rings and pole rings and the glass / metal fusion of the pole rings with the associated poles results in a hermetically sealed contact space that can be made empty or provided with a gas filling of the desired composition.
  • the contact unit is referred to in the following for its shape and size as a contact pill.
  • 3a and 3b show the basic structure of a bistable relay with two changeover contacts.
  • the relay has two contact pills 31 and 32, which have a structure according to FIGS. 1 and 2 and the individual parts of which are designated with the same reference numerals as in this figure for pill 31 and with 'addition for pill 32.
  • the contact between membrane 1 and pole 5 is denoted by a and that between membrane 1 and pole 6 is denoted by b, while for pill 32, the corresponding contacts are denoted by a 'and b'.
  • the poles 5 and 5 'of the contact pills 31, respectively. 32 are magnetically but not electrically connected to a yoke 33 made of ferromagnetic material.
  • the poles 6 and 6 ' are connected to a yoke 34.
  • the pole rings 7 and 8 of the contact pill 31 are also magnetically but not electrically conductively connected to the pole rings 7 'and 8' of the contact pill 32 via a ferromagnetic core 37 of a control coil 36.
  • a permanent magnet 35 is connected to the yokes 33 and 34 in such a way that one of its poles abuts one of these yokes.
  • the flux of the permanent magnet 35 flows from the pole rings 7/8 through the coil core 37 to the pole rings 7 '/ 8'.
  • the control coil 36 must therefore generate a flow in the opposite direction, ie from the pole rings 7 '/ 8' to the pole rings 7/8, so that there is a north pole at 7/8 and a south pole at 7 '/ 8'.
  • the contact pressure between the membrane 1 and the corresponding pole is at rest, ie when the coil 36 is switched off, determined by the attraction force caused by the flow of the permanent magnet 35 minus the spring force of the membrane 1, because its contact zone 4 with elastic deformation of the spring zone 3 from the middle position between the poles 5 and 6 is deflected.
  • the spring force of zone 3 of the diaphragm 1 contributes to increasing the sensitivity of the relay, because the flow of the control coil 36 only has to generate an attractive force that is not much greater than the contact pressure.
  • the two contact pills are magnetically connected in series, there is a magnetic coupling of the two changeover contacts, so that one changeover contact can be used to monitor the other, which is sometimes desirable in the case of bistable holding relays. Even if the monitored contact should stick in one of its positions due to a defect, the monitoring contact resumes the position corresponding to the adhesive contact after the control signal has been switched off.
  • FIGS. 4-6 each of which shows a section through the relay, the same reference symbols being used for the same parts as in previous figures.
  • the floor plan, not shown, can be analogous to that of FIG. 3a.
  • Fig. 4 shows a monostable relay with permanent magnet and two changeover contacts.
  • This relay has the same structure as that according to FIG. 3, with the exception that the permanent magnet 35 present in FIG. 3 between the yokes 33 and 34 is omitted and that the ferromagnetic yoke 34 is replaced by a permanent magnetic yoke 41.
  • contacts b and b ' are closed. If the north pole of the permanent magnet 41 abuts the pole 6, the following magnetic flux results: north pole of the permanent magnet 41, pole 6, membrane 1, pole rings 7/8, coil core 37, pole rings 7 '/ 8', membrane 1 ', pole 6', South pole of magnet 41.
  • the two poles 5, 6 are each connected via a yoke 51, 52 made of ferromagnetic material to opposite poles of two permanent magnets 53, 54.
  • the other poles of these magnets are connected to the core 55 of the control coil 36 in a magnetically conductive manner. In each of the two contact positions, the magnetic circuit for one of these permanent magnets is closed and open for the other.
  • the two permanent magnets 53 and 54 could also be replaced by a single permanent magnet, the center of which is magnetically connected to the core 55, in order to achieve the same effect.
  • 6 shows a monostable relay with a permanent magnet and a single changeover contact. The structure is similar to that of FIG. 5, but the yoke 51 in series with the permanent magnet 53 of FIG. 5 is replaced by a single yoke 61 made of ferromagnetic material. When the control coil 36 is not energized, the magnetic circuit for the permanent magnetic flux is exactly the same as that of the relay according to FIG. 5 when its contact b is closed.
  • the present relays have very small dimensions and no moving parts, with the exception of the membranes arranged in the hermetically sealed contact pills, they can be poured into integrated DIL housings like integrated circuits, with the current-carrying parts of the contact pills and the connections of the control coil being matched accordingly external connections must be made.
  • the relays described result in a relay family which all use the same, completely sealed contact pill, which can be empty or filled with a gas filling of the desired composition.
  • the achievable breakdown voltage of the contacts can reach values above 1 kV. Thanks to the use of a permanent magnet, whose magnetic circuit is only closed over the coil core, the relays only need one control power of approx. 30 mW, so that it can be directly controlled by the output signals of standard TTL circuits. Relays with two changeover contacts have a magnetic coupling of the contacts.
  • the membranes as the only movable elements have a very low mass, which leads to short switching and bounce times and a long service life.
  • the small dimensions that enable the relay to be installed in standard DIL housings that are common in integrated circuits allow space-saving installation of the relays together with integrated circuits on printed circuit boards.

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Abstract

Um eine umgebungsunabhängige Kontaktgabe zu erreichen, sind zwei hermetisch verschlossene Kontaktpillen (31, 32) vorhanden. Jede Kontaktpille weist einen Umschaltekontakt auf und besitzt als bewegliches Glied eine Membran (1, 1') aus elektrisch und magnetisch leitendem Material, welche Membran infolge des durch einen Permanentmagneten (35) bewirkten und durch den Kern (37) einer Steuerspule (36) fliessenden Magnetflusses an entsprechenden Kontaktpolen (5, 6' oder 6, 5') haftet. Für die Umsteuerung des Relais genügt ein Stromimpuls durch die Steuerspule, welcher einen Steuerfluss bewirken muss, der nur wenig grösser ist als der Permanentmagnetfluss, weil sich die beiden Flüsse nach eingeleiteter Umsteuerung in ihren Wirkungen unterstützen. Dank dieser Unterstützung ist die benötigte Steuerleistung so gering, dass eine direkte Ansteuerung durch TTL-Schaltungen möglich ist. Durch andere Anordnung des Permanentmagneten im Magnetkreis sind auch monstabile Relais realisierbar.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Miniaturrelais gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
  • Elektromagnetische Relais, bei welchen als Kontakteinheiten Membrankontakte verwendet werden, sind bekannt und z.B. im CH-Pat.Nr. 455 941 ausführlich beschrieben. Kontakteinheiten dieser Art sind insbesondere aus dem CH-Pat.Nr. 452 021 bekannt, in welchem unterschiedliche Membran- und Kontaktausbildungen in Hinblick auf deren Verwendung für einen Schliess-, Trenn- oder Umschaltekontakt beschrieben sind. Weiter ist es bekannt, in Relais Permanentmagnete zu verwenden, um eine magnetische Haftung der Kontakte nach Wegnahme des Steuerflusses und/oder eine höhere Empfindlichkeit des Relais zu erreichen. Ein Relais mit magnetischer Haftung ist z.B. im CH-Pat.Nr. 498 482 beschrieben. Bereits in den seit Jahrzehnten bekannten polarisierten Relais für Telegraphie-Empfang gelangten Permanentmagnete zur Verbesserung der Empfindlichkeit zum Einsatz.
  • Verschiedenen dieser Relais haftet jedoch der Nachteil an, dass sie infolge ihrer Grösse nicht leicht in Leiterplatten einbaubar sind und praktisch allen haftet der Nachteil an, dass sie nicht unmittelbar durch die Ausgangssignale geringer Leistung der üblichen Logikschaltungen ansteuerbar sind. Weiter werden bei den bekannten Relais für unterschiedliche Aufgaben grundverschiedene Strukturen verwendet.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Familie von elektromagnetischen Miniaturrelais vorzusehen, welche alle die gleiche Grundstruktur verwenden, eine mit den in Logikschaltungen eingebauten integrierten Schaltkreisen vergleichbare Grösse aufweisen und durch die bei Logikschaltungen üblichen Ausgangssignale direkt ansteuerbar sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des ersten Anspruchs genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in stark vergrösserter Darstellung:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kontakteineinheit, die in allen erfindungsgemässen Relais verwendbar ist;
    • Die Fig. 2 eine in der Kontakteinheit nach Fig. 1 verwendete Membran;
    • Die Fig. 3a ein bistabiles erfindungsgemässes Relais mit zwei Umschaltekontakten im Grundriss;
    • Die Fig. 3b einen Schnitt durch das Relais gemäss Fig. 3;
    • Die Fig. 4 einen Schnitt durch ein monostabiles Relais mit zwei Umschaltekontakten;
    • Die Fig. 5 einen Schnitt durch ein bistabiles Relais mit einem einzigen Umschaltekontakt; und
    • Die Fig. 6 einen Schnitt durch ein monostabiles Relais mit einem einzigen Umschaltekontakt.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannte Kontakteinheit soll nun anhand der Fig. 1 und 2 soweit beschrieben werden, als es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig erscheint. Die Kontakteinheit weist eine kreisrunde Membran 1 aus ferromagnetischem, elektrisch leitenden Material mit einer Randzone 2, einer Federzone 3 und einer Kontaktzone 4 auf. Die Randzone 2 der Membran 1 ist über Zwischenringe 9 mit Polringen 7 und 8 verbunden, wobei diese Verbindung vorteilhafterweise durch Schweissen erfolgt. In der Mitte jedes Polringes 7 und 8 befindet sich ein ferromagnetischer Stab oder Kontaktpol 5 bezw. 6, der über eine Glas/ Metall-Verschmelzung 10 mit dem entsprechenden Polring verbunden ist. Anstelle der Glas/Metall-Verschmelzung 10 könnte auch eine Keramik/Metall-Verbindung verwendet werden.Die Membran 1 bildet den beweglichen Kontakt und die beiden Pole 5 und 6 sind die festen Kontakte eines Umschaltekontaktes. Die Oberflächen der kontaktgebenden Teile der Membran und der Pole können ihrer Funktion entsprechend ausgebildet sein, z.B. können die Kontaktflächen eine Edelmetallauflage aufweisen.
  • Die Membran 1 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, in der Mittellage zwischen den beiden Polen angeordnet sein, die Zwischenringe können aber auch unterschiedliche Höhe aufweisen, so dass die Membran bei einer nicht in einen Magnetkreis eingebauten Kontakteinheit näher beim einen oder andern Pol liegt, was im Betrieb eine unterschiedliche Federkraft in den beiden Kontaktstellungen ergibt. Die Zwischenringe können auch so ausgelegt sein, dass die Membran in Ruhelage auf einem Pol mit einem gewissen Druck aufliegt, so dass sich der Ruhekontakt eines Umschaltekontaktes ergibt.
  • Durch die Verschweissung von Membran, Zwischenringen und Polringen und durch die Glas/Metall-Verschmelzung der Polringe mit den zugehörigen Polen ergibt sich ein hermetisch abgeschlossener Kontaktraum, der luftleer gemacht oder mit einer Gasfüllung von gewünschter Zusammensetzung versehen werden kann. Die Kontakteinheit wird im folgenden ihrer Form und Grösse wegen als Kontaktpille bezeichnet.
  • Die Fig. 3a und 3b zeigen den Grundaufbau eines bistabilen Relais mit zwei Umschaltekontakten. Das Relais weist zwei Kontaktpillen 31 und 32 auf, welche einen Aufbau gemäss Fig. 1 und 2 aufweisen und deren Einzelteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in dieser Figur für Pille 31 und mit '-Zusatz für Pille 32 bezeichnet sind. Zusätzlich wird für Pille 31 der Kontakt zwischen Membran 1 und Pol 5 mit a und jener zwischen Membran 1 und Pol 6 mit b bezeichnet, während für Pille 32 die entsprechenden Kontakte mit a' und b' bezeichnet sind.
  • Die Pole 5 und 5' der Kontaktpillen 31 bezw. 32 sind mit einem Joch 33 aus ferromagnetischem Material magnetisch, aber nicht elektrisch leitend verbunden. In gleicher Weise sind die Pole 6 und 6' mit einem Joch 34 verbunden. Die Polringe 7 und 8 der Kontaktpille 31 sind mit den Polringen 7' und 8' der Kontaktpille 32 über einen ferromagnetischen Kern 37 einer Steuerspule 36 ebenfalls magnetisch, aber nicht elektrisch leitend verbunden. Ein Permanentmagnet 35 ist mit den Jochen 33 und 34 derart verbunden, dass jeweils einer seiner Pole an je einem dieser Joche anliegt.
  • Es soll nun die Arbeitsweise dieses bistabilen Relais näher betrachtet werden. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass das Schliessen eines Kontaktes eines Membrankontakte aufweisenden Relais durch magnetische Anziehung des Kontakteiles der ferromagnetischen Membran an einen als Kontakt ausgebildeten Pol erfolgt, gegebenfalls unterstützt durch die magnetische Abstossung durch den Gegenpol. Für die Erklärung wird hier angenommen, dass der Nordpol des Permanentmagneten 35 auf der Seite des Jochs 33 und sein Südpol beim Joch 34 liege. Es ist leicht ersichtlich, dass nur zwei stabile Kontaktstellungen möglich sind, nämlich:
    • a) Kontakte a und b' geschlossen. Der magnetische Fluss fliesst vom Nordpol des Permanentmagneten 35 über das Joch 33, den Pol 5, den Kontakt a, die Membran 1 zu den Polringen 7/8, durch den Spulenkern 37 zu den Polringen 7'/8', über die Membran 1', den Kontakt b', den Pol 6' zum Joch 34 und zum Südpol des Permanentmagneten 35.
    • b) Kontakte b und a' geschlossen. Der magnetische Fluss fliesst vom Nordpol des Permanentmagneten.35 über das Joch 33, den Pol 5', den Kontakt a', die Membran 1' zu den Polringen 7'/8', durch den Spulenkern 37 zu den Polringen 7/8, über die Membran 1, den Kontakt b, den Pol 6 zum Joch 34 und zum Südpol des Permanentmagneten 35.
  • Andere stabile Kontaktstellungen sind nicht möglich, da sich der magnetische Kreis für den Fluss des Permanentmagneten 35 schliessen will. Die Umschaltung von einer Kontaktstellung in die andere wird erreicht, indem mittels der Steuerspule 36 ein Fluss solcher Grösse und Polarität erzeugt wird, dass der durch den Spulenkern fliessende Fluss des Permanentmagneten 35 kompensiert wird.
  • Bei der unter a) erwähnten Kontaktstellung fliesst der Fluss des Permanentmagneten 35 von den Polringen 7/8 durch den Spulenkern 37 zu den Polringen 7'/8'. Zum Umschalten muss daher die Steuerspule 36 einen Fluss in der Gegenrichtung, d.h. von den Polringen 7'/8' zu den Polringen 7/8 erzeugen, so dass sich ein Nordpol bei 7/8 und ein Südpol bei 7'/8' ergibt, welche dem Nordpol des Permanentmagneten 35 bei Joch 33 (Luftspalt a + a') und seinem Südpol bei Joch 34 (Luftspalt b + b') derart entgegentreten, dass zwischen Membran 1 und Pol 5 sowie zwischen Membran 1' und Pol 6' eine Abstossung und zwischen Membran 1 und Pol 6 sowie zwischen Membran 11 und Pol 5' eine Anziehung auftritt, was ein Umschalten des Relais bewirkt. Es ist leicht festzustellen, dass, sobald die Membran 1 die Mittellage überschritten hat, eine Umschaltung des Magnetkreises für den Fluss des Permanentmagneten 35 erfolgt, wonach die durch die Steuerspule 36 und durch den Permanentmagneten 35 bewirkten magnetischen Flüsse in derselben Richtung durch den Spulenkern 37 fliessen, so dass sich deren Kräfte zum Schliessen der Kontakte in die neue Stellung (hier b)) addieren. Der Spulenstrom kann nun abgeschaltet werden, ohne dass sich die neue Kontaktstellung verändert. Auf eine Beschreibung der Rückumschaltung in Stellung a) wird verzichtet, da der Vorgang analog abläuft.
  • Der Kontaktdruck zwischen Membran 1 und entsprechendem Pol ist im Ruhezustand, d.h. bei abgeschalteter Spule 36, bestimmt durch die durch den Fluss des Permanentmagneten 35 bewirkte Anziehungskraft minus die Federkraft der Membran 1, weil deren Kontaktzone 4 unter elastischer Verformung der Federzone 3 aus der Mittellage zwischen den Polen 5 und 6 ausgelenkt ist. Die Federkraft der Zone 3 der Membran 1 trägt dabei zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Relais bei, weil der Fluss der Steuerspule 36 nur eine Anziehungskraft erzeugen muss, die wenig grösser ist als der Kontaktdruck. Während der zweiten Phase des Umschaltevorganges, d.h. wenn die Membran 1 die Mittellage zwischen den Polen überschritten hat, addieren sich, wie bereits erwähnt, die Flüsse von Permanentmagnet 35 und Steuerspule 36, so dass eine genügend grosse Kraft vorhanden ist, um die Federzone 3 der Membran 1 in Gegenrichtung zu verformen, bevor der Spulenstrom abgeschaltet wird. Das oben Gesagte gilt natürlich auch für die Membran 1' und die zugehörigen Pole 5' und 6'.
  • Da die beiden Kontaktpillen magnetisch in Reihe geschaltet sind, besteht eine magnetische Kopplung der beiden Umschaltekontakte, so dass ein Umschaltekontakt zur Ueberwachung des andern verwendet werden kann, was manchmal bei bistabilen Haftrelais erwünscht ist. Selbst wenn der überwachte Kontakt wegen eines Defektes in einer seiner Stellungen kleben sollte, nimmt der überwachende Kontakt nach Abschaltung des Steuersignales die dem klebenden Kontakt entsprechende Stellung wieder ein.
  • Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise bezog sich auf ein bistabiles polarisiertes Relais. Unter Verwendung der gleichen Prinzipien sind auch andere Relaisfunktionen realisierbar, die im folgenden anhand der Fig. 4 - 6 beschrieben werden, welche jeweils einen Schnitt durch das Relais zeigen, wobei für gleiche Teile die gleichen Ueberweisungszeichen wie in vorausgegangenen Figuren verwendet werden. Der nichtgezeigte Grundriss kann analog jenem von Fig. 3a sein.
  • Fig. 4 zeigt ein monostabiles Relais mit Permanentmagnet und zwei Umschaltekontakten. Dieses Relais hat den gleichen Aufbau wie jenes gemäss Fig. 3, mit der Ausnahme, dass der in Fig. 3 zwischen den Jochen 33 und 34 vorhandene Permanentmagnet 35 weggelassen ist und dass das ferromagnetische Joch 34 durch ein permanentmagnetisches Joch 41 ersetzt ist. Im Ruhezustand sind die Kontakte b und b' geschlossen. Wenn der Nordpol des Permanentmagneten 41 am Pol 6 anliegt, ergibt sich folgender Magnetfluss: Nordpol des Permanentmagneten 41, Pol 6, Membran 1, Polringe 7/8, Spulenkern 37, Polringe 7'/8', Membran 1', Pol 6', Südpol von Magnet 41. Wenn die Steuerspule erregt wird und deren Fluss den Permanentmagnetfluss etwas überkompensiert, kippen die Membranen 1 und 1' in die andere Stellung und die Arbeitskontakte a und a' werden geschlossen. Dabei ergibt sich für den Fluss der Steuerspule folgender Weg: Spulenkern 37, Polringe 7/8, Membran 1, Pol 5, Joch 33, Pol 5', Membran 1', Polringe 7'/8', Spulenkern 37. Wenn der Spulenstrom abgeschaltet wird, bewirkt der Permanentmagnetfluss ein erneutes Schliessen der Ruhekontakte b und b'.
  • Die Fig. 5 zeigt ein bistabiles Relais mit Permanentmagnet und einem einzigen Umschaltekontakt. Im Gegensatz zum Relais nach Fig. 3 ist hier nur eine einzige Kontaktpille'31 vorhanden. Da es sich wieder um ein bistabiles Relais handelt, muss wie beim Relais nach Fig. 3 für jede der beiden Kontaktstellungen ein eigener Magnetkreis für den permanentmagnetischen Fluss vorhanden sein. Dazu sind die beiden Pole 5, 6 über je ein Joch 51, 52 aus ferromagnetischem Material mit gegensinnigen Polen von zwei Permanentmagneten 53, 54 verbunden. Die andern Pole dieser Magnete sind mit dem Kern 55 der Steuerspule 36 magnetisch leitend verbunden. In jeder der beiden Kontaktstellungen ist der Magnetkreis für jeweils einen dieser Permanentmagnete geschlossen und für den andern offen.
  • Die beiden Permanentmagnete 53 und 54 könnten auch durch einen einzigen Permanentmagneten, dessen Mitte magnetisch mit dem Kern 55 verbunden ist, ersetzt werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Die Fig. 6 zeigt ein monostabiles Relais mit Permanentmagnet und einem einzigen Umschaltekontakt. Der Aufbau ist ähnlich jenem von Fig. 5, wobei jedoch das Joch 51 in Reihe mit dem Permanentmagneten 53 von Fig. 5 durch ein einziges Joch 61 aus ferromagnetischem Material ersetzt ist. Bei unerregter Steuerspule 36 ergibt sich der genau gleiche Magnetkreis für den permanentmagnetischen Fluss, wie beim Relais nach Fig. 5, wenn dessen Kontakt b geschlossen ist. Bei erregter Steuerspule 36 schliesst sich der Magnetkreis für den elektromagnetischen Fluss vom Kern 55 über die Polringe 7/8, die Membran 1, den Pol 5 und das Joch 61. Das Gleiche könnte erreicht werden, wenn der Permanentmagnet 53 von Fig. 5 durch ein entsprechendes Stück ferromagnetischen Materials ersetzt würde.
  • Da die vorliegenden Relais sehr kleine Abmessungen und keine beweglichen Teile aufweisen mit Ausnahme der in den hermetisch geschlossenen Kontaktpillen angeordneten Membranen, lassen sie sich wie integrierte Schaltungen in standardisierte DIL-Gehäuse eingiessen, wobei natürlich die stromführenden Teile der Kontaktpillen und die Anschlüsse der Steuerspule auf entsprechende äussere Anschlüsse zu führen sind.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die beschriebenen Relais eine Relaisfamilie ergeben, welche alle die gleiche, vollständig dichte Kontaktpille verwenden, welche luftleer oder mit einer Gasfüllung von gewünschter Zusammensetzung gefüllt sein kann. Die erreichbare Durchbruchspannung der Kontakte kann dabei Werte oberhalb 1 kV erreichen. Dank der Verwendung eines Permanentmagneten, dessen Magnetkreis nur über den Spulenkern geschlossen ist, benötigen die Relais nur eine Steuerleistung von ca. 30 mW, so dass deren direkte Ansteuerung durch die Ausgangssignale von handelsüblichen TTL-Schaltungen möglich ist. Relais mit zwei Umschaltekontakten verfügen über eine magnetische Kopplung der Kontakte. Die Membranen als einzige bewegliche Elemente haben eine sehr geringe Masse, was zu kurzen Schalt- und Prellzeiten und hoher Lebensdauer führt. Die geringen Abmessungen, die den Einbau des Relais in bei integrierten Schaltungen übliche standardisierte DIL-Gehäuse ermöglichen, lassen eine platzsparende Montage der Relais zusammen mit integrierten Schaltungen auf Leiterplatten zu.

Claims (6)

1. Elektromagnetisches Miniaturrelais mit mindestens einer hermetisch verschlossenen Kontakteinheit (31, 32) mit einem Umschaltekontakt, deren beweglicher Kontakt aus einer federnden, ferromagnetischen Membran (1, 1') und deren feste Kontakte je aus einem durch eine hermetisch dichte, magnetisch und elektrisch nicht leitende Verbindung (10) in einem Polring (7, 8; 7', 8') gehalterten Kontaktpol (5, 6; 5', 6') aus ferromagnetischem Material bestehen, wobei die beiden Polringe und die Membran einer Kontakteinheit magnetisch und elektrisch leitend miteinander und magnetisch leitend mit dem Spulenkern (37) einer Steuerspule (36) verbunden sind und der Magnetkreis über äussere Elemente (33, 34) geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im äussern Magnetkreis mindestens ein Permanentmagnet (35, 41, 53, 54) vorhanden ist, dessen Magnetkreis nur über den Spulenkern geschlossen ist, wobei die Umschaltung der Kontakte des Relais durch Erzeugen eines elektromagnetischen Flusses im Spulenkern mit zum jeweiligen permanentmagnetischen Fluss entgegengesetzter Richtung erfolgt.
2. Relais nach Anspruch 1, ausgebildet als bistabiles Relais mit zwei Umschaltekontakten, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kontakteinheiten (31, 32) vorhanden sind, dass jeweils gleiche Kontaktpole (5, 5' bezw. 6, 6') jeder Kontakteinheit über ein Joch (33, 34) aus ferromagnetischem Material magnetisch, jedoch nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und dass als Permanentmagnet ein Stabmagnet (35) vorhanden ist, dessen Längsachse senkrecht zur Hauptabmessung der beiden Joche verläuft und dessen Pole je mit einem dieser Joche magnetisch leitend verbunden sind, das Ganze derart, dass für jede der beiden stabilen Kontaktstellungen ein Magnetkreis für den Fluss des Permanentmagneten auf unterschiedlichen Wegen geschlossen ist, wobei die Richtung dieses Flusses durch den Spulenkern in der einen Kontaktstellung entgegengesetzt zu jener in der andern Kontaktstellung ist.
3. Relais nach Anspruch 1, ausgebildet als monostabiles Relais mit zwei Umschaltekontakten, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kontakteinheiten (31, 32) vorhanden sind, und dass zwei gleiche Kontaktpole (5, 5') der beiden Kontakteinheiten mit einem Joch (33) aus ferromagnetischem Material und die beiden andern Kontaktpole (6, 6') mit einem Joch (41) aus permanentmagnetischen Material magnetisch, jedoch nicht elektrisch leitend verbunden sind, das Ganze derart, dass bei nicht erregter Steuerspule (36) ein Magnetkreis für den Fluss des Permanentmagneten durch den Spulenkern geschlossen ist, der die Membranen (1, 1') an den einen Kontaktpolen (6, 6') anliegen lässt, und dass bei erregter Steuerspule ein anderer Magnetkreis für den elektromagnetischen Fluss geschlossen ist, der die Membranen an den andern Kontaktpolen anliegen lässt.
4. Relais nach Anspruch 1, ausgebildet als bistabiles Relais mit einem Umschaltekontakt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontakteinheit (31) vorhanden ist, und dass beide Kontaktpole (5, 6) über je ein ferromagnetisches Joch (51, 52) mit gegensinnigen Polen eines Permanentmagneten magnetisch, jedoch nicht elektrisch leitend verbunden sind, dessen Mitte mit dem Spulenkern (55) magnetisch leitend verbunden ist, das Ganze derart, dass für jede der beiden stabilen Kontaktstellungen ein Magnetkreis für den Fluss des Permanentmagneten auf unterschiedlichen Wegen geschlossen ist, wobei die Richtung dieses Flusses durch den Spulenkern in der einen Kontaktstellung entgegengesetzt zu jener in der andern Kontaktstellung ist.
5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ferromagnetischen Joche (51, 52) mit gegensinnigen Polen von zwei Permanentmagneten (53, 54) verbunden sind, deren andere Pole mit dem Spulenkern (55) magnetisch leitend verbunden sind.
6. Relais nach Anspruch 1, ausgebildet als monostabiles Relais mit einem Umschaltekontakt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontakteinheit (31) vorhanden ist, dass deren einer Kontaktpol (5) über ein erstes Joch (61) aus ferromagnetischem Material mit dem Spulenkern (55) magnetisch leitend verbunden ist, und dass der andere Kontaktpol (6) über ein zweites Joch (52) aus ferromagnetischem Material mit einem Pol eines Permanentmagneten (54) magnetisch leitend verbunden ist, dessen anderer Pol mit dem Spulenkern magnetisch leitend verbunden ist, das Ganze derart, dass bei nicht erregter Steuerspule (36) ein Magnetkreis für den Fluss des Permanentmagneten durch den Spulenkern geschlossen ist, der die Membran (1) am einen Kontaktpol (6) anliegen lässt, und dass bei erregter Steuerspule ein anderer Magnetkreis für den elektromagnetischen Fluss geschlossen ist, der die Membran am andern Kontaktpol (5) anliegen lässt.
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