CN101252061A - 电磁开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁开关装置，其具有电磁铁(1)和可移动的衔铁(6)，以及作用在衔铁(6)上的至少一个第一复位弹簧(50)，该第一复位弹簧在断开位置中将不为零的保持力(F_1p，0)作用到衔铁(6)上，并且该第一复位弹簧这样地安置在衔铁(6)上，即由该第一复位弹簧施加到衔铁(6)上的总力(F_1ges)这样地取决于衔铁(6)的位置，即总力的相反于衔铁(6)的关闭运动的方向作用(F_1ges)的分量(F_1p)在断开位置中是最大的。在此，至少一个第一复位弹簧(50)被安置在位置固定地设置在开关装置中的第一支承位置(52)和在衔铁(6)上设置的第二支承位置(54)之间。至少一个第一复位弹簧(50)利用其在滑槽导向件(70)中可移动的第二支承位置(54)安置在衔铁(6)上。

Description

电磁开关装置

技术领域

本发明涉及一种电磁开关装置，其具有电磁铁和可移动的衔铁，该衔铁利用相反于关闭力作用的并且在断开位置中的不为零的保持力安置在开关装置中。

背景技术

这种类型的电磁开关装置的基本工作原理根据图1至图3的接触器的例子来说明。根据图1，这种开关装置包括具有磁轭2的电磁铁1，在磁轭上例如设置有两个用于励磁的励磁线圈4。对应于磁轭2的衔铁6通过由两个并联连接的复位弹簧8构成的复位弹簧装置弹性地安置在开关装置的仅仅示意性地示出的壳体10中。磁轭2、励磁线圈4和衔铁6构成开关装置的电磁驱动装置。衔铁6通过加偏压的接触弹簧12与可移动的触桥14以传递力的方式连接。两个固定的接触支承件16对应于可移动的触桥14。衔铁6构成用于在触桥14和接触支承件16之间相对运动的磁性驱动装置的促动器。

触桥14和固定的接触支承件16分别具有接触块或者触点18。通过可移动的触桥14和固定的接触支承件16形成的开关触点处于被断开的位置中(断开位置)。在切断状态中，触点18之间具有间距S₀，并且磁轭2或者衔铁6的极面20和60之间具有间距d＝H。复位弹簧8被加偏压，从而使衔铁6在断开位置的原始位置中以偏压力或者保持力F₀来压抵止挡22。

在接通励磁线圈4时，衔铁6克服由复位弹簧8施加的保持力F＝F₀的作用向着磁轭2的方向运动，如在图中通过箭头所示的那样。

现在在图2中示出一种状态，在该状态中，触点18之间首次接触，因此衔铁6历经了一段路程s₀。在该时间点，极面20、60之间的距离为d＝d_s＝H-s₀。只有进一步地克服由复位弹簧8施加的增大的弹簧力和附加地克服由与其并联连接的接触弹簧12施加的、同样增大的弹簧力时，衔铁6才实现进一步的闭合运动。因为由加偏压的接触弹簧12施加的弹簧力明显大于由复位弹簧8施加的弹簧力，所以在衔铁6上作用的总的复位力突然增大。

在进一步的进程中，在衔铁6上作用的电磁力大于由复位弹簧8和接触弹簧12施加的复位力，并且衔铁6可以进一步向着磁轭2的方向移动，直到衔铁最终如在图3中所示的那样在最终位置或者静止位置以其极面60抵靠在磁轭2的极面20上(d＝0)。

在图4中绘制出了相应的力曲线。在那里实施一个作用在衔铁6上由复位弹簧8和接触弹簧12施加的复位力F来克服在衔铁6和磁轭2的极面20、60之间的距离d。从曲线中看出，复位弹簧8(图1)在断开位置施加保持力F₀。如果电流穿过励磁线圈4，那么衔铁6在由电磁铁1施加的吸引力的作用下并且克服复位弹簧8的作用在向着磁轭2的极面20的方向上移动。在该移动时，随着复位弹簧8的增大的长度压缩，施加到衔铁6上的相反指向的复位力F相应于复位弹簧8的弹性常数的总和而线性增加。在间距d＝d_s时，触点18彼此接触并且作用到衔铁6上的复位力F通过加偏压的接触弹簧12的接入而突然增大。

在断开位置中施加到衔铁6上的保持力F₀确保开关装置在该位置中在外部机械振动或者撞击负荷时不会产生非预期的闭合。所以，在总共的在d₀和d_s之间的历经的路程期间，衔铁6必须一直克服由复位弹簧8施加的复位力F，该复位力从一个最终的并用于将衔铁6机械地锁定在断开位置中的必要的值(保持力F₀)开始连续地增大。然而为了实现短暂的开关动作时间(高的闭合力)，必要的是电磁系统2、4、6被设计和确定尺寸为可使得作用到衔铁6上的磁力明显高于由复位弹簧8施加的复位力。其缺点是，在整个工作范围(磁行程)上复位力都持续增加。由此产生相对多大的、不需要的力，该力必须通过相应地设计得强有力的电磁驱动装置来克服。

在DE 3340904 A1中公开了一种开关装置，该开关装置包括由两个双臂的肘杆设置成的压力弹簧构成的复位弹簧装置。为此，开关装置具有负的复位力特征曲线，这也就是说，在衔铁的移动轴线的方向上作用到衔铁上的复位力在开关装置的关闭过程的进程中变小。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有改善的弹簧力特性的电磁开关装置。

上述目的根据本发明通过具有下述特征的电磁开关装置来实现。根据本发明的电磁开关装置包括在衔铁上作用的至少一个第一复位弹簧，该第一复位弹簧在断开位置中将不为零的保持力施加到衔铁上，并且该第一复位弹簧这样地安置在衔铁上，即由该第一复位弹簧施加到衔铁上的总力这样地取决于衔铁的位置，即总力的相反于衔铁的关闭运动的运动方向作用的分量在断开位置中是最大的。

在此，至少一个第一复位弹簧被安置在位置固定地设置在开关装置中的第一支承位置和设置在衔铁上的第二支承位置之间。这些支承位置相关于平行于衔铁的运动方向走向的系统轴线在侧向上彼此偏移地设置。至少一个第一复位弹簧利用其在滑槽导向件中可移动的第二支承位置安置在衔铁上。

因此，复位弹簧相关于开关装置的壳体或者基体以其第一支承位置来位置固定地安置。在相对于基体移动的衔铁上的第二位置沿着滑槽导向件滑动时，第一复位弹簧还相对于基体保持其对准。换句话说，第一复位弹簧仅仅沿着其纵向延伸方向发生长度的变化，但是并不相对于基体发生旋转或者翻转。

在此，第一复位弹簧的延伸轴线以有利的方式横向于系统轴线，也就是说横向于衔铁相对于基体的运动方向。因此，对于平行于系统轴线走向的滑槽导向件的部分，在系统轴线的方向中作用到衔铁上的力为零。

通过该措施，可以实现路程-力-变化曲线，在该变化曲线中，在断开位置可以实现高的保持力，在关闭运动期间作用到衔铁上的复位力而不会随着距电磁铁的间距的缩小或者距断开位置中的静止位置的间距的增大而增大。

通过使用滑槽导向件(至少一个第一复位弹簧的第二支承位置安置在该滑槽导向件中)实现路程-力-变化曲线，其取决于滑槽导向件的轨道。同时，弹簧的力作用通过相对于系统轴线的该轨道的当前角度来确定。通过改变该角度，改变在系统轴线的方向上作用到衔铁上的力分量的量值。因此可以通过调整角度来实现非线性的力的变化曲线。甚至该力在衔铁的至少一个运动位置、也就是说在断开和关闭位置之间的至少一个位置为负。因此实现了优化的路程-力-变化曲线，其可以匹配于相应的应用情况并且可以与至今在现有技术中公开的路程-力-变化曲线显著不同。因此，通过滑槽导向件在路程-力-变化曲线的设计方案中产生特别大的可变性。此外，通过结合其他的复位弹簧以及通过相应地确定其尺寸来实现力-路程-变化曲线的其他的精细结构。

本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

附图说明

参照附图来进一步说明本发明。其中：

图1-3分别以原理图示出了接通过程的不同时间点的根据现有技术的电磁开关装置，

图4示出了曲线图，在该曲线图中，由复位弹簧和接触弹簧施加的复位力根据极面间的间距施加到在图3中示出的开关装置的衔铁上，

图5、图6借助于示意性的原理图示出了根据本发明的复位弹簧装置的实施例的工作原理，

图7示出了曲线图，在该曲线图中，施加到衔铁上的复位力克服在图5、6中示出的实施例中的极面之间的间距。

具体实施方式

根据图5，可移动地安置在开关装置中的、由软磁材料构成的衔铁6在断开位置抵靠在止挡30上，该衔铁通过至少一个第一复位弹簧50以及至少一个第二复位弹簧8的作用抵压在该止挡上。第一复位弹簧50(其在实施例中是压力弹簧)利用其第二支承位置54穿入到与衔铁6刚性连接的滑槽导向件70中。在实施例中，弹簧轴线62横向于系统轴线58位置固定地设置在开关装置的壳体中。由第一复位弹簧50施加的总力F_1ges现在具有相反于关闭运动的方向56指向的平行于系统轴线58的保持力F_1p，0以及垂直于滑槽导向件70的轨道的分量F_1s、0。由第一复位弹簧50在该弹簧轴线62的方向上施加的总力F_1ges、0与有效作用的保持力F_1p、0的比例现在取决于滑槽导向件70的轨道相对于系统轴线58的当前角度β。β＝45°时，F_1ges0/F_1p、0＝1。总保持力F₀由第一复位弹簧50施加的保持力F_1p、0和第二复位弹簧8施加的保持力F₂₀共同组成。

第二复位弹簧8在结构上对应于在现有技术中描述的复位弹簧并且在实施例中同样被设计成压力弹簧，其弹簧轴线61平行于运动方向56指向。

如果现在衔铁6在电磁铁1的作用下向着电磁铁运动，那么随着间距d的减小，在滑槽导向件70中导向的第二支承位置54移动到一个位置，在该位置上，滑槽导向件70的轨道平行于系统轴线58。这样的运行状况在图6中示出。然后，在相反于运动方向56的方向上由第一复位弹簧50施加的复位力F_1p为零。取决于间距d的复位力F_1p的变化曲线仅仅取决于相对于系统轴线58的滑槽导向件70的轨道形状以及取决于第一复位弹簧50的弹性常数和偏压力。

在图7中示出了复位力的变化曲线。从图中获知，在d＝H时得到的保持力F₀由第一复位弹簧50的保持力F_1p、0和第二复位弹簧8的保持力F₂₀共同组成。曲线a示出了由第二复位弹簧8施加的复位力F₂的部分，该复位力类似于在图4中示出的力变化曲线随着增大的间距d而线性增大。曲线b示出了由第一复位弹簧50施加的复位力F_1p的变化曲线，该复位力根据滑槽导向件70的轨道形状在衔铁历经一段路程之后的很短时间内就消失。获得的总复位力F通过曲线c示出。从图中可以获知，利用第一复位弹簧50可以实现力的变化曲线，在该力的变化曲线中，至少确保在关闭运动期间作用到衔铁上的复位力不增加，在实施例中甚至在整个路程期间都小于总保持力F₀。根据现有技术的该种状态通过曲线d示出。

在图5和图6中示出的实施例中，除了第一复位弹簧之外还设置有第二复位弹簧，如其应用在现有技术中的开关装置一样。然而，从图7中可以获知，复位弹簧仅仅具有这样的功能，即在必要的情况下用于补充由第一复位弹簧带来的过低的保持力。然后，第二回压弹簧的保持力和弹性常数可以相对于可由第一回压弹簧提供的总保持力的部分来相应地降低。基本上也可以将一个或者多个第一复位弹簧装入到开关装置中，从而使衔铁可以历经开关路程的很大一部分，而没有复位力作用到其上面。

在实施例中，第一和第二复位弹簧都被设计成压力弹簧。原则上也可以取代压力弹簧而使用拉力弹簧。此外，通过第一复位弹簧或者多个第一复位弹簧的滑槽导向件或合适的支承也可以实现不再需要第二复位弹簧的复位弹簧装置。

Claims (5)

1.一种电磁开关装置，具有电磁铁(1)和可移动的衔铁(6)，并且具有在所述衔铁(6)上作用的至少一个第一复位弹簧(50)，所述第一复位弹簧在断开位置中将不为零的保持力(F_1p，0)作用到所述衔铁(6)上，并且所述第一复位弹簧这样地安置在所述衔铁(6)上，即由所述第一复位弹簧施加到所述衔铁(6)上的总力(F_1ges)这样地取决于所述衔铁(6)的位置，即所述总力(F_1ges)的相反于所述衔铁(6)的关闭运动的运动方向作用的分量(F_1p)在断开位置中是最大的，其中，所述至少一个第一复位弹簧(50)被安置在位置固定地设置在开关装置中的第一支承位置(52)和设置在所述衔铁(6)上的第二支承位置(54)之间，其中，所述第一支承位置(52)和所述第二支承位置(54)相关于平行于所述衔铁(6)的运动方向走向的系统轴线(58)在侧向上彼此偏移地设置，这样所述至少一个第一复位弹簧(50)利用其可在滑槽导向件(70)移动的所述第二支承位置(54)安置在所述衔铁(6)上。

2.根据权利要求1所述的电磁开关装置，其中，所述第一复位弹簧的延伸轴线横向于所述系统轴线。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电磁开关装置，其中，所述第一复位弹簧(50)是压力弹簧。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电磁开关装置，其中，由所述第一复位弹簧(50)施加到所述衔铁(6)上的所述总力(F_1ges)的所述分量(F_1p)在所述衔铁(6)的至少一个运动位置为负。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电磁开关装置，其中，具有至少一个第二复位弹簧，所述第二复位弹簧的弹簧轴线(61)平行于所述衔铁(6)的所述运动方向(56)指向。

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