CN1677598A - 配有自弹性的触桥的继电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特别用于汽车上所用内燃机的起动器用的继电器。根据本发明，该继电器配有一个自弹性的触桥；为了通过接触压力而导致可逆的变形、特别是扩大，该触桥是弓形构成的。
Description
技术领域
本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的一种继电器。
背景技术
继电器都是众所周知的。它们具有触桥，该触桥同所配属的对向触点共同作用，以接通一个待接通的负荷电流电路。用于内燃机起动器的继电器由于高的待接通电流而具有这样的触桥，该触桥由于所要求的高电流负荷量而具有一个大的导体横断面。由于该大的导体横断面，所述触桥基本上设计成实心的。在背景技术中已知，这种触桥垂直于开关轴线地定位在一个触桥支座上，该支座利用一个压力弹簧(螺旋弹簧)和一个起反作用的复位弹簧实现一种确定的开关操作。在这里，触桥通过一个绝缘套管而与支承它的构件、特别是与触桥支座和压力弹簧实现电分离。上述已知的结构形式称为外部施加弹力的接触系统。
如上所述的实心触桥在触点接通时很大程度上有颤动的倾向。在冲击式的开断过程(触点闭合)中，由于高电流强度之故，可能产生围绕相关触点的气体分子的电离作用，从而造成电弧点火现象。这导致接触面受到烧损，并在某些情况下、尤其在已用损的触点的情况下，处于闭合状态中的触点焊接处会因电弧而受到强烈加热。于是，继电器触点不能再打开。在上面述及的颤动过程中，可能产生接触中断现象，同时(由于颤动过程之故)，还可能引起增强的电弧形成。此外就上述这些结构而言不利的是：例如由于烧损造成的触点用损会导致触点层变劣，换言之就是：所述触桥和所配属的对向触点的接触面不再完全平面地接触。在不断加剧接触面用损情况下，特别是由于烧损所致(由于前述电弧形成所造成的材料损耗)，可用的接触面会变得越来越小，也就是使触点实际上能可靠地在其上得到闭合的面积变小；与此同时，在继电器打开的状态中存在于触桥和对向触点之间的空隙间隙会变大。此外背景技术的一个缺点是：在采用传统的接触系统时的柱形触点压力弹簧要占用相当多的结构空间，从而不利地决定了继电器的轴向结构长度。这里所谓的轴向结构长度指的是继电器沿着包含触桥的开关轴线的伸展度(也就是垂直于触桥的伸展度和沿着操作行程的延伸)。
发明内容
与背景技术相比，本发明具有的优点是：触桥是自弹性的(eigen-federnd)，具有一种弓形结构，这种结构在开关操作时产生接触压力的情况下，允许触桥可逆变形，特别允许弓形有一种(例如微小的)扩大。所谓弓形的扩大指的是(在纵剖面中观察)：弓形轮廓变得平一些，即弓体的端头在变形状态中彼此间的距离增大了。这种变形是由于下述原因造成的：弓的端头撞到对向触点的接触面上，在这里促成接触压力的压力发生矢量分解，从而产生一种横向分力。其结果是弓端头在对向触点的接触面上滑动或摩擦，其中，所述两个弓端头的摩擦运行向外并直径地相反地行进，此时，弓的轮廓如前所述变平了。在触点闭合时，触桥的接触面于是靠置在对向触点的面上，而且(在随后触桥的加压时)在一个轻柔的运动过程中被轻微地向外压。逆着由于弓形轮廓和材料性质所致的触桥的固有弹力、并且在本身的第一次触点闭合路径中，会相继出现所述的接触面的向外摩擦。与此相联系的是，在继电器的整个使用寿命中，在触点闭合的同时对触桥和所配属的对向触点处的接触表面进行清理。在这些接触面上的靠置过程中，摩擦性的触点接触可以通过机械作用去除已存在的表面基底、特别是氧化物、硫酸盐。此外，通过固有弹力的自弹结构以及在第一次固有触点闭合的时间点上产生的触桥的“超压”，形成一种氧化皮保留物。即使强烈磨损的(烧损的)触点也可借助摩擦性的靠置而达到一种可靠的大面积的触点闭合。从而可最大程度上保证实现一种清洁的和可靠的触点闭合。
根据一种优选的实施形式规定：所述触桥是用一个具有特别良好弹性的构件和另一个具有特别良好导电特性和/或接触特性的构件组合而成的。为此，可通过一种合适的材料组合而利用对于每个构件所用材料的各自最有利的性能。触桥的固有弹力性能基本上是由触点压力弹簧的材料和触桥的形状上的造型所决定的，与此同时，特别良好的导电性和/或触点闭合是通过接触片的材料予以实现的，其中接触片的材料为了与触点压力弹簧共同作用而具有弹性。
根据另一种优选的实施形式，触点压力弹簧和接触片彼此在形状上相匹配。这一点意味着：这两个构件在构形上彼此如此谐调一致，以便获得尽可能有利的构造尺寸、经济合算的制造以及最佳可能的配合精度。
根据一种特别有利的实施形式，触点压力弹簧是作为弹簧板设计的。所谓弹簧板可理解为一种弹簧，它基本上横向于其平面的延伸部分地发挥其弹性。通过使用该弹簧板缩小了继电器的结构尺寸。
根据另一种优选的实施形式，触点压力弹簧和接触片具有至少一个彼此相对旋转对齐装置和/或固定装置。这样可以保证：所述两个构件-它们为了获得最佳弹性而不完全平面地彼此固定相连-仍然保持它们的彼此相对的位置。特别做了如下规定：所述两个构件经过旋转对齐装置和/或固定装置不仅在其相对位置上可彼此限定，而且它们还可固定在该位置上，也就是在这个位置上可以实现这两个构件之间的一种传力连接、尤其是一种形状配合连接。(最好只在该位置上)。
根据另一种优选的实施形式，作为单个构件存在的触点压力板和触点压力弹簧利用一个构件的材料拉拔部位(Materialdurchzug)穿过另一构件上的开孔而彼此连接起来。为此，在触桥的弓体部位上，在所述一个构件上掏制出一个孔来，而所述另一个构件则得出一个较小的孔，其中，孔的轴线彼此对准。利用一种合适的变形过程，使具有较小的孔的那个构件的伸入到所述一个构件的较大的孔中的材料如此变形：令所述材料穿过该较大的孔，并搭接在该孔边缘部位处相对置的侧面上。上述过程例如可作为冲压铆接法予以实现。如果所述构件上的孔不是按很准确的圆形、而是按一种促成旋转定位手段的椭圆或其它几何上远离圆的方式制造出来的，那么这两个构件不仅可以彼此实现固定，而且可针对其相对旋转位置实现固定(旋转定位手段)。在这两个构件相互优先采用形状配合连接的连接方法时，它们彼此的相对位置就是如此稳固地加以固定的。
根据另一个特别有利的实施形式，如此设计前述的材料拉拔部位，使得它由接触片的材料产生，这部分材料嵌入到在触点压力弹簧中所掏制的较大的孔中，并在相对置的侧面上进行卷边。该材料拉拔部位就是用这样的材料予以实现的：该材料具有特别良好的接触性能和特别良好的电流载荷能力。依此设定：在制造所述材料拉拔部位时尽可能地只促使接触片材料有很小的延展，从而只促使有很小的横断面减小或厚度减小。这种实施形式造成：由于在接触片和触点压力弹簧上掏制孔而强制地通过材料损失导致导体横断面减小，这种横断面减小可以得到补偿，也就是材料拉拔部位有助于电流承载能力。如果触桥在所掏制的孔的部位上具有一个扩展部位，则可实现对于由制造条件所致的导体横断面减小进行特别好的补偿。
根据另一种有利的实施形式，为触桥配置了一个触桥支座，该支座作用在触桥的弓形部位中。还特别规定：使该触桥支座大致地作用在触桥的对称轴线中。该对称轴线与开关运动的轴线相重合。利用触桥支座实施该触桥的开关运动。该触桥支座在开关过程中与触桥一起沿着为触桥配置的对向触点的方向移动，而在触点打开时则逆向移动。
根据另一种特别有利的实施形式，所述触桥支座是由绝缘材料制成的。背景技术中常用的绝缘套管由此可以取消，这种绝缘套管使所述触桥和触点压力弹簧和/或触点复位弹簧彼此实现电分离。由绝缘材料制成的触桥支座最好设计成触杆，该触杆不仅可支承触桥，而且它还可促使触桥实现开关运动。
根据另一种有利的实施形式，配置了一种旋转对齐装置和/或固定装置，这种装置使触点压力弹簧、接触片或这二者确定其与触桥支座的相对位置。为此例如可利用在接触片和触点弹簧中的不是圆形而是椭圆形或其它几何上合适地设计的孔，这种孔不仅可以形成一个材料拉拔部位作为电流载荷能力增强区，并相互作为接触片和触点压力弹簧的旋转对齐装置和/或固定装置，此外还允许触桥支座插过触桥，从而使触桥正好由于旋转对齐装置和/或固定装置之故在一个准确限定的位置中靠置在触桥支座上。依此，在触桥的靠置平面上的触桥支座的横断面几何图形和触桥上的开口的几何图形是相对应的。
此外还做了如下有利的设定：如此在靠置在触桥支座上的触桥利用一个夹紧盘固定在该触桥支座上。在这里应将这样一个构件理解为夹紧盘：该构件利用一个布置在其上的孔可以套装在触桥支座的承载着触桥的端部上，其中，该孔的例如设计成凸缘形或齿形的边缘部位沿着触桥支座的插入运动方向弯曲，并切入到触桥支座的材料中。这样，在与插入运动相反的延伸方向中产生一种锁紧效应。于是，触桥便固定在触桥支座的插入的端部上了。从而可以保证：触桥在继电器装置内有一个准确限定的位置，所以可从很大程度上针对开关运行的轴线排除松动或滑动现象或一种纵向余隙和/或轴向余隙。借此可防止下述现象发生：触桥的外轮廓例如在继电器外壳或开关盖上摩擦或者刮擦，会磨损继电器外壳材料，而这种磨损又会弄脏接触面和损害触点闭合。此外还可保证，开关过程无阻碍地加以实现，即不会受到因触桥刮擦到继电器外壳或开关盖上而造成的外部机械性、制动性或卡住性影响的阻碍。
根据另一个特别有利的实施形式，触桥为了其弓形的形成—在纵剖面中观察—大致设计成U形，而该“U”的自由腿端向外呈弓形延伸。通过这样一种结构形式便可达到以下目的：所述腿端具有一个将前述的滑移运动输送到对向触点的接触面上的、并强制给定滑移运动方向的造型。
附图说明
下面将参照附图对本发明做详细说明。
附图表示：
图1一个继电器的示意图，
图2带有对向触点的一种触桥装置，
图3一个触点压力弹簧，
图4一个接触片，
图5由触点压力弹簧和接触片组装而成的触桥，
图6作为旋转对齐装置和固定装置的、触桥的一个材料拉拔部位，
图7利用一个夹紧盘固定触桥的详细图，
图8用于触桥固定的夹紧盘。
具体实施方式
图1示意地绘示出一个继电器1，该继电器配有一个电磁线圈2和一个衔铁3。为衔铁3配置一个触桥10。该触桥10同两个对向触点21和22配合作用。此外，象征性地绘示出一个具有至少一个耗电器7的负载电流线路6。继电器1有一个在图中仅示意地绘出的外壳8。在激励电磁线圈2时，衔铁被起动，通过触桥10移动直至接触到对向触点21和22以实现负载电流路线6的接通。
图2表示对本发明而言继电器1的重要部位，即触桥装置9，它由一个触桥10和一个触桥支座11组成，该触桥支座设计为触杆12。触杆12与开关轴线13共轴地延伸。触桥支座11具有一个触桥支承架14和一个与开关轴线13共轴地延伸的触桥接收部15。该触桥接收部15有一个逐渐缩小的端头16，该端头嵌入到在一个复位弹簧17中。触桥接收部15插在一个孔18中，该孔在这里居中地设计在触桥10中。触桥10靠置在触桥支承架14上。在触桥10的对置于触桥支承架14的一侧、在触桥10上有一个间隔垫圈19，该间隔垫圈利用一个夹紧盘20加以固定。触桥10处在所示的位置上，在此位置上继电器1的电磁线圈2尚未被激励，对置于对向触点21和22间隔距离。触桥10具有一个基本上呈弓形的轮廓，即具有在两个腿上展开的“U”的形式。腿端23向外地、也就是远离开关轴线13弯曲。此外，触桥10在其两侧与其基本上呈平面的、大致相应于触桥支承架14延伸部位的中部24的连接处，具有一个直到一个转折点50的弯曲段51。在此连接一个反向弯曲段25，该反向弯曲段呈肘弯形沿着朝向对向触点21和22的腿端23延伸。从一个在开关轴线13上所设想的位置26观察，触桥10的纵剖面轮廓从开关轴线13向外观看首先是设计成平面的，然后直到转折点50是凸出的，在反向弯曲段25中则是呈凹入的，以便大约在一个转折点27起又能获得一个凸出的形状。
用作为触桥支座11的触杆12在其对置于复位弹簧17的一端与在图中未示出的衔铁3相连，该衔铁处在一个图中未示出的电磁线圈2激励时形成的磁场中。对向触点21和22处在待接通的负载电流线路6中。在负载电流线路6的接通过程中、也就是为了从对向触点21经过触桥10到对向触点22的电流传导，触杆12和在其上的触桥装置9克服复位弹簧17的恢复力沿着开关轴线13朝向对向触点21和22移动。其中，出现触桥10同对向触点22和22的第一次平面接触。第一次触点接通的区域示意地以法线28表示，其中所述触点接通不是点状而是平面地进行的。这时触桥接触面29撞到对向触点接触面30上。在触桥接触面29在碰触轴线28上第一次撞到对向触点接触面30上之后，会出现下述情况：由于触桥装置9进一步依箭头P方向沿开关轴线13位移(所谓的过压)，使得导致触桥运动的、在开关轴线13上经过触桥支承架14而作用于触桥10的力发生矢量分解。这种矢量分解造成的后果是，所作用的力的一部分如此地导致触桥10的弹性(可恢复的)变形，使得腿端23被向外压而远离开关轴线13。腿端23或者触桥接触面29在上述弹性变形过程中从在所述平面中通过称作碰触轴线28的法线所示的位置中向外移，致使触桥接触面29沿着对向触点21和22的外侧面(也就是远离开关轴线13)移动。这导致触桥接触面29在对向触点21和22上的摩擦性滑行，其中在对向触点21和22上涂抹出一个面积，该面积略大于原来的对向触点接触面30。在达到安装在触杆12上的触桥装置9的操作行程终点时(负载电流线路的接通状态下)，腿端23经过触桥接触面29处在对向触点21和22上。上述摩擦性的滑行导致对于触桥接触面29和对向触点接触面30的一种机械性的、随每次开关操作而完成的净化，或者说在触桥10的腿端23上有更大的、处于触点闭合状态中的面积得到净化，或者对向触点21和22的与该腿端相配的面积得到净化。尤其是依这种方法可以很容易清除氧化物层和/或亚硫酸盐层，从而保证无故障的触点接通，而且在触桥10和对向触点21和22之间不会出现不必要高的过渡电阻。此外，还会由于下述原因而形成一个烧损层：在触桥的上述的超压过程中，在触桥接触面29和对向触点接触面30分别在碰触轴线28上首次接触后，沿开关轴线13的操作行程尚未结束，而克服触桥10的弹簧力的一种继续运动却正在进行。触桥接触面29或对向触点接触面30或对向触点31大体由于烧损而造成的耗损，可以如此在很大程度上加以补偿。根据前述的清理方法可以确保达到以下目的：即使损耗很大的对向触点21和22和/或损耗很大的触桥10也能实现可靠的触点接通，从而能防止相应的电热效应(加热直到焊接)。
图3表示由两个构件52构成的一个触桥10的一个第一个构件52，即用弹簧材料做成的触点压力弹簧31。该触点压力弹簧31具有前述的基本上呈U形的轮廓，特别是一个基本上扁平的中部24和前述的反向弯曲部25。反向弯曲部25也可以看作是肘弯，它可以针对腿端23相对于触点压力弹簧31的扁平冲制成形的中部24运动时，起到某种“铰链作用”。触点压力弹簧31具有一个触点压力弹簧孔32，该孔有两个边缘敞开的凹处33。这两个边缘敞开的凹处33作为开孔扩大的凹口掏制在触点压力弹簧31的弹簧材料34中。围绕触点压力弹簧孔32，触点压力弹簧31在两个纵边上有腹形的扩展部37。这种腹形扩展部37是对由于在触点压力弹簧31的弹簧材料34上掏制触点压力弹簧孔32而导致横断面缩小的一种补偿。触点压力弹簧31的弹簧材料34最好用一种合适的青铜做成，或者使用这样的材料：其中能够最佳地利用其抗拉强度(弹簧弯曲极限)。
图4表示由两个构件52组成的触桥10的第二构件52，即一个接触片38。该接触片38与图3中所示触点压力弹簧31在形状上相匹配，更确切地说，不但针对它们的外轮廓也是针对其立体伸展而言的。尤其是，接触片38具有腿端23、反向弯曲部25和腹形扩展部37。此外，接触片38还有一个接触片孔39，该孔所具有的直径基本上与前述的触点压力弹簧孔32的直径相同。与接触片38整体设置的是材料凸耳40。该凸耳与中部24的扁平扩展部相垂直。接触片是用一种接触片材料41做成的，为此可优先选用特别导电的和高电流负载能力的材料。因此，规定使用大致无氧的导电铜作为接触片材料41。
图5表示在组装成触桥10之后的触点压力弹簧31和接触片38。通过所述构件52、即触点压力弹簧31和接触片38的形状匹配的结构，使得它们彼此平齐地、表面形状适配地相叠合。还有，当继电器闭合时，即使接触压力施加到腿端23上、而且导致接触压力的力的作用点大致处在扁平中部24的范围内，但这两个构件仍然能获得一种支持固有弹簧作用的彼此相对可移动性。由接触片材料41形成的材料凸耳40在伸过触点压力弹簧孔32之后便被弯折到触点压力弹簧31的表面42上。这样，使这两个构件形状配合连接地和可靠地固定叠合在一起，同时实现准确而可靠的定位。
与这里所示的触桥10的结构、即作为由这两个构件52-触点压力弹簧31和接触片38组合而成的结构有所不同的是，根据应用领域，当然可以将触桥10设计成整体式的，也就是不由一个触点压力弹簧31和一个接触片38组合而成。其中，不得不针对触桥10的弹簧性能、导电性或电流负载能力做出某些限制，不过在个别情况下对特定用途还是能满足要求的。还可根据所要求的用途采用诸如铜-铍材料。在采用两部分式结构时的材料组合，同样可在很宽的范围内实现，尤其是下述材料的组合：调质处理过的或未调质处理过的弹簧钢CK75、铜-锌合金(黄铜)或铜-锡-锌合金(新银)。
图6表示一种触桥10的另一个实施例，其中所述两个构件52的连接是利用一个材料拉拔部位43加以实现的，详细示图中，即扁平成形的中部24带有腹形扩展部37。触桥10是由构件52即触点压力弹簧31和接触片38组装而成的。这两个构件的固定在这里是借助接触片材料的材料拉拔部位43穿过触点压力弹簧孔32加以实现的。材料拉拔部位43在其贯穿触点压力弹簧孔32之后须朝向触点压力弹簧表面42加以弯曲或加以卷边，从而产生一个材料凸缘45。这样通过材料拉拔部位43使触点压力弹簧31和接触片38实现一种形状配合连接的连接。优选的是，材料拉拔部位43是如此加工成形的，使得在触点压力弹簧31中掏制一个触点压力弹簧孔32，在接触片38上掏制一个接触片孔39。接触片孔39所选择的直径小于触点压力弹簧孔32的直径，即最好如此：在接触片材料41上实现材料拉拔部位的变形过程中，在材料拉拔部位43的范围内不会产生大的、具有由此接触片材料的横断面减小或厚度减小的延伸。这样就能获得特别良好的电流负载能力，这就补偿了因在触点压力弹簧和接触片上掏制孔32、39所产生的横断面减小。材料拉拔部位43即形成一个电流负载能力增强区46。此外，通过减小电热负荷而在总体上提高触桥的使用寿命。孔32、39只要不是精确圆形的，而是椭圆形或者说按一种椭圆设计的，则它们此外还可用作为旋转对齐装置44，相对于在相应横断面几何图形中所设计的、在图中未示出的触桥支座11或其穿过所述孔32、39的触桥接收部15实现定位。由于孔32、39和触桥接收部15具有不是圆形的而是一种轮廓适配的椭圆形结构，所以在开关轴线13周围没有触桥10的余隙。
图7表示出，触桥10是怎样利用夹紧盘20保持在触桥支座11上的。触桥10如此安置在触桥支座11上：将处在触桥10上的触桥孔47插到该支座的用作为触桥接收部15的端部上。于是，触桥10便贴靠在触桥支承架14上。在触桥10和夹紧盘20之间还配置了一个间隔垫圈19。在夹紧盘20的开孔中设计成形了整体式的凸耳49，在该凸耳之间存在该夹紧盘的一个孔径，该孔径略小于触桥接收部15的外径。这样，在依插入方向R插入时便实现整体式凸耳49的弯曲，从而使凸耳自锁地压向触桥接收部15的材料和/或压入到其中。
图8表示一个设计成圆形的夹紧盘的平面图，在夹紧盘孔48内有四个整体式的凸耳49。在该整体式的凸耳49之间得出孔径d。当然，夹紧盘也可以具有数目较大或较小的整体式的凸耳49，只要可实现所述制动作用即可。夹紧盘当然也可以具有不同于圆形结构的其它结构形式。
Claims (12)
1.特别用于汽车上所用内燃机的起动器用的继电器，该继电器配有一个触桥，其特征在于，该触桥(10)是自弹性的；并为了通过接触压力而导致可逆的变形、特别是扩大，该触桥是弓形构成的。
2.按权利要求1所述的继电器，其特征在于，所述触桥(10)具有一个触点压力弹簧(31)和一个受到该触点压力弹簧(31)加载的接触片(38)。
3.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触点压力弹簧(31)和接触片(38)是彼此形状匹配地构成的。
4.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触点压力弹簧(31)构成为弹簧板。
5.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触点压力弹簧(31)和接触片(38)具有至少一个相互的旋转对齐装置和/或固定装置(44)。
6.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触点压力弹簧(31)和接触片(38)最好分别形成分开的构件(52)，并利用所述一个构件(52)的一个材料拉拔部位(43)穿过另一构件(52)中的一个孔、最好一个基本上是椭圆的孔而彼此连接起来，最好是形状配合连接地连接起来。
7.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述材料拉拔部位(43)位于接触片(38)中，并且构成为电流负载能力增强区(46)。
8.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于一个能导致触桥(10)的开关运动的触桥支座(11)，该触桥支座作用在触桥(10)的弓形部位上。
9.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触桥支座(11)由绝缘材料制成。
10.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触点压力弹簧(31)和/或接触片(38)具有至少一个相对于触桥支座(11)的旋转对齐装置和/或固定装置。
11.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触桥(10)利用一个夹紧盘(20)保持在触桥支座(11)上。
12.按以上权利要求之一所述的继电器，其特征在于，所述触桥(10)为了形成其在纵剖面中观察的弓形形状而大致为U形，其中该U形的自由腿端向外呈弓形地延伸。
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