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Die
Erfindung betrifft ein Relais umfassend eine Basis, einen an der
Basis angeordneten Elektromagnet, einen Anker mit mindestens einem
an der Basis schwenkbar gelagerten und mittels des Elektromagnets
zwischen einer kontaktfreigebenden Endstellung und einer kontaktgebenden
Endstellung bewegbaren Ankerarm, eine mittels einer ersten Einwirkungsmöglichkeit
seitens des Ankers bewegbare Kontaktfeder, welche sich mit mindestens
einem Federarm bis zu mindestens einem Betätigungsbereich erstreckt, mindestens
ein erstes Kontaktelement, auf welches die Kontaktfeder mittels
des mindestens einen Betätigungsbereichs
einwirkt, und mindestens ein an der Basis angeordnetes zweites Kontaktelement,
an welchem das erste Kontaktelement in der kontaktgebenden Stellung
des Ankerarms mittels einer durch Deformation der Kontaktfeder erzeugbaren Kontaktkraft
anlegbar ist.
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Derartige
Relais sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Bei
diesen stellt sich stets die Forderung nach einer möglichst
großen
Kontaktkraft.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit möglichst
geringer Leistung beim Bestromen des Elektromagnets möglichst
große
Kontaktkräfte
zu erhalten.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Relais der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ankerarm
einen dem Federarm zugewandten Abstützbereich zum Einwirken auf
einen Einwirkungsbereich des Federarms aufweist, daß der Federarm
in der kontaktfreigebenden Stellung des Ankerarms sich mit dem Einwirkungsbereich
im Abstand vom Abstützbereich
erstreckt und daß mindestens
in einer kontaktgebenden Endstellung des Ankerarms der Ankerarm
durch Einwirken mit dem Abstützbereich
auf den Einwirkungsbereich des Federarms eine weitere Einwirkungsmöglichkeit
auf die Kontaktfeder aufweist, welche sich im Sinne einer Verstärkung der
von der Kontaktfeder erzeugten Kontaktkraft auswirkt.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist
somit darin zu sehen, daß sich
bei dieser mit einfachen Mitteln eine möglichst große Kontaktkraft dadurch erzeugen
läßt, daß der Abstützbereich
zusätzlich
zu der ersten Einwirkungsmöglichkeit
mit der zweiten Einwirkungsmöglichkeit
auf den Federarm einwirkt, und zwar vorzugsweise mit Verzögerung.
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Diese
Verstärkung
der Federkraft durch die zusätzliche
Einwirkung des Ankerarms mit dem Abstützbereich auf den Einwirkungsbereich
hat den Vorteil, daß die
dadurch erzeugte höhere
Kontaktkraft vom Anker erst dann aufgenommen werden muß, wenn
der Ankerarm sich schon relativ weit von der kontaktfreigebenden
Stellung in Richtung seiner kontaktgebenden Endstellung bewegt hat.
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Dabei
ist zu berücksichtigen,
daß die
vom Anker aufzunehmende und der Kontaktkraft entsprechende Gegenkraft
davon abhängig
ist, wie groß der Luftspalt
zwischen dem Anker und der den Anker anziehenden Polfläche des
Elektromagneten ist. Je kleiner dieser Luftspalt ist, um so größere Gegenkräfte kann
der Anker aufnehmen, ohne daß dessen
Bewegung zum Erreichen der kontaktgebenden Endstellung des jeweiligen
Ankerarms gestört
oder durch die Gegenkraft behindert wird.
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Besonders
günstig
ist es, wenn der Abstützbereich
derart an dem Ankerarm angeordnet ist, daß der Einwirkungsbereich des
Federarms nach einer ersten Berührung
der Kontaktelemente und vor Erreichen der kontaktgebenden Endstellung
des Ankers beaufschlagbar ist.
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Dadurch,
daß bei
einer ersten Berührung
der Kontaktelemente die Kontaktkraft und somit die vom Anker aufzunehmende
Gegenkraft gering ist und die Berührung zwischen dem Abstützbereich
und dem Einwirkungsbereich erst nach einer weiteren Deformation
des Federarms einsetzt, treten die dabei sich ergebenden größeren Kontaktkräfte und
somit größeren Gegenkräfte erst
dann auf, wenn zwischen dem Anker und der diesen anziehenden Polfläche des
Elektromagneten ein sehr geringer Luftspalt noch besteht und somit
die Anziehungskraft des Elektromagneten bereits so groß ist, daß dieser
die der größeren Kontaktkraft
entsprechende Gegenkraft aufnehmen kann.
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Somit
ist sichergestellt, daß die
Wirkung des Abstützbereichs
und somit das Auftreten einer größeren Kontaktkraft,
die zu einer größeren Gegenkraft auf
den Anker führt,
erst bei einem relativ kleinen Luftspalt zwischen dem Anker und
dem Elektromagnet einsetzen.
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Die
Wirkung des Abstützbereichs
auf den Einwirkungsbereich wurde im Zusammenhang mit den bislang
beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht
näher definiert.
So ist es besonders günstig, wenn
der Abstützbereich
mindestens eine Abstützstelle
aufweist, mit welcher der Abstützbereich
auf eine Einwirkungsstelle des Einwirkungsbereichs am Federarm wirkt.
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Mit
dieser einfachsten Ausführungsform
der weiteren Einwirkungsmöglichkeit
auf den Federarm läßt sich
in konstruktiv besonders einfacher Weise die Kontaktkraft erhöhen.
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Prinzipiell
könnte
die zusätzliche
Abstützung des
Federarms im Bereich der Einwirkungsstelle noch komplexe federnde
Bewegungen des Federarms zulassen.
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Eine
besonders günstige
Lösung
sieht jedoch vor, daß an
der Abstützstelle
und der Einwirkungsstelle der Ankerarm und der Federarm derart zusammenwirken,
daß eine
Federwirkung des Federarms im wesentlichen auf einen zwischen der
Einwirkungsstelle und dem Betätigungsbereich
liegenden Abschnitt des Federarms beschränkt ist. Damit läßt sich
in einfacher Weise die durch die Federwirkung bedingte Kontaktkraft
steigern.
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Vorstehend
wurde lediglich von mindestens einer Abstützstelle und einer dadurch
bedingten Einwirkungsstelle ausgegangen.
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Das
erfindungsgemäße Konzept
zur Steigerung der Kontaktkraft läßt sich besonders günstig dann
realisieren, wenn der Abstützbereich
mehrere Abstützstellen
aufweist, die auf mehrere Einwirkungsstellen einwirken, so daß dadurch
eine Vielzahl von weiteren Einwirkungsmöglichkeiten besteht, mit denen
sich die Kontaktkraft den Kraftverhältnissen am Anker anpassen
läßt.
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Dabei
ist es besonders günstig,
wenn bei einer Bewegung des Ankerarms von der kontaktfreigebenden
Endstellung in die kontaktgebende Endstellung die mehreren Abstützstellen
nacheinander auf die entsprechenden Einwirkungsstellen wirken.
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Bei
mehreren, nacheinander auf Einwirkungsstellen wirkenden Abstützstellen
sind diese so angeordnet, daß die
nacheinander zusammenwirkenden Abstützstellen und Einwirkungsstellen
eine immer größer werdende
Kontaktkraft bewirken.
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Dies
läßt sich
konstruktiv einfach dadurch realisieren, daß die nacheinander zusammenwirkenden
Abstützstellen
und Einwirkungsstellen in zunehmend geringerem Abstand von dem Betätigungsbereich
angeordnet sind.
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Zweckmäßigerweise
wirken dabei die Abstützstellen
auf die entsprechenden Einwirkungsstellen erst nach einer Berührung der
Kontaktelemente, so daß die
von den verstärkten
Kontaktkräften
erzeugten Gegenkräfte
auf den Anker die Bewegung des Ankers in die kontaktgebende Endstellung
nicht behindern, da in diesen Stellungen die von dem Elektromagnet
auf den Anker wirkenden Kräfte
ausreichend groß sind.
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Im
Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung können die
Abstützstellen
und Einwirkungsstellen als aufeinanderfolgende Flächenbereiche
ausgebildet sein, die sich zu einer immer größer werdenden Wechselwirkungsfläche ergänzen.
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Eine
konstruktiv einfach realisierbare Ausführungsform sieht vor, daß der Abstützbereich
oder der Einwirkungsbereich stufenförmig ausgebildet sind und Stufenkanten
desselben die Abstützstellen bzw.
Einwirkungsstellen bilden.
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Grundsätzlich könnten der
Abstützbereich und
der Einwirkungsbereich so zusammenwirken, daß diese in Richtung parallel
zur Gelenkachse eine Ausdehnung aufweisen, die eine Kippstabilität des Betätigungsbereichs
verbessern.
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Besonders
günstig
ist es jedoch, insbesondere wenn die Kontaktelemente an Brückenkontakten
angeordnet sind, wenn der Abstützbereich
und der Einwirkungsbereich beim Zusammenwirken eine Bewegung des
Federarms um eine quer zur Gelenkachse des Ankers verlaufende Kippachse
zulassend ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
läßt sich
dies dadurch realisieren, daß der
Abstützbereich
und der Einwirkungsbereich in Richtung der Kippachse maximal im
wesentlichen linienförmig
zusammenwirken.
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Noch
vorteilhafter ist es, wenn der Abstützbereich und der Einwirkungsbereich
im wesentlichen punktförmig
zusammenwirken, da in diesem Fall der Federarm die Möglichkeit
hat, sich optimal an die beim Anliegen der Kontaktelemente aneinander
entstehenden Reaktionskräfte
anzupassen.
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Insbesondere
bei Kontaktbrücken
mit zwei im Abstand voneinander angeordneten ersten Kontaktelementen
ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Abstützbereich
und der Einwirkungsbereich in Richtung parallel zur Gelenkachse
eine Ausdehnung aufweisen, die kleiner ist als ein Viertel eines
Abstandes der ersten Kontaktelemente in Richtung der Gelenkachse.
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Hinsichtlich
der Anordnung der Kontaktfeder relativ zum Anker wurden bislang
keine näheren
Angaben gemacht.
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Prinzipiell
wäre es
denkbar, die Kontaktfeder auf einer dem zweiten Kontaktelement abgewandten Seite
des mindestens einen Ankerarms anzuordnen. In diesem Fall ist jedoch
die Realisierung des Abstützbereichs
und des Einwirkungsbereichs aufwendig, da diese derart zusammenwirken
müßten, daß eine Beaufschlagung
des Federelements in Richtung einer Vergrößerung der Kontaktkraft erfolgt.
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Beispielsweise
wären in
diesem Fall entweder am Federarm oder am Ankerarm oder an beiden Elemente
vorzusehen, die den Ankerarm oder den Federarm oder sich selbst
gegenseitig hintergreifen und beim Zusammenwirken des Abstützbereichs
und des Einwirkungsbereichs am Federarm, am Ankerarm oder aneinander
anliegen.
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Konstruktiv
besonders einfach läßt sich
jedoch die erfindungsgemäße Lösung realisieren, wenn
der Federarm der Kontaktfeder auf einer dem jeweiligen zweiten Kontaktelement
zugewandten Seite des Ankerarms angeordnet ist. In diesem Fall lassen
sich auf der dem Federarm zugewandten Seite des Ankerarms und der
dem Ankerarm zugewandten Seite des Kontaktarms der Abstützbereich
und der Einwirkungsbereich in geeigneter Weise anordnen und ausbilden.
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Hinsichtlich
der relativen Lage des Elektromagneten und der Kontaktfeder zueinander
wurden bislang ebenfalls keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß die Kontaktfeder
auf einer dem Elektromagnet zugewandten Seite des Ankers angeordnet
ist.
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In
diesem Fall ist die Kontaktfeder so anzuordnen, daß sie außerhalb
einer Polanlagefläche
des Ankers verläuft.
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Alternativ
dazu ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kontaktfeder im Bereich
der Polanlagefläche
eine Ausnehmung aufweist, so daß die
Ausbildung der Kontaktfeder und die Positionierung der Polanlagefläche am Anker
unabhängig
voneinander sind.
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Eine
andere vorteilhafte Lösung
sieht vor, daß die
Kontaktfeder auf einer dem Elektromagnet gegenüberliegenden Seite des Ankers
angeordnet ist.
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In
diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
eine an dem Elektromagnet in der kontaktgebenden Endstellung anliegende
Polanlagefläche
des Ankers auf einer den Kontaktelementen gegenüberliegenden Seite eines Gelenks
zur schwenkbaren Lagerung des Ankers angeordnet ist.
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Eine
besonders günstige
Lösung
sieht vor, den Elektromagnet als zwei Magnetpole aufweisenden Magneten
auszubilden, von denen jeder mit einem Ankerarm eines als Wippe
ausgebildeten Ankers zusammenwirkt.
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Um
zu verhindern, daß die
Kontaktelemente beim Bewegen des Ankers von der kontaktgebenden Endstellung
in die kontaktfreigebende Endstellung aneinander hängenbleiben,
ist vorzugsweise vorgesehen, daß der
Betätigungsbereich über ein
Halteelement mit dem Anker gekoppelt ist, welches insbesondere eine
derartige Relativbewegung des Federarms relativ zum Ankerarm zuläßt, daß der Abstützbereich
und der Einwirkungsbereich aneinander anliegen oder im Abstand voneinander
stehen können.
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Im
einfachsten Fall ist ein derartiges Halteelement als ein eine Bewegung
des Federarms relativ zum Anker zulassendes Anschlagelement ausgebildet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Relais in
einer kontaktfreigebenden Endstellung des Ankers;
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2 eine
Seitenansicht entsprechend 1 in einer
kontaktgebenden Stellung des Ankers;
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3 eine
Draufsicht auf eine Einheit aus Kontaktfeder und Anker in Richtung
des Pfeils A in 1;
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4 eine
Ansicht der Einheit aus Kontaktfeder und Anker in Richtung des Pfeils
B in 3;
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5 eine
Darstellung ähnlich 1 eines zweiten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Relais;
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6 eine
Darstellung ähnlich 2 des zweiten
Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Relais;
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7 eine
Draufsicht auf den Anker beim zweiten Ausführungsbeispiel in Richtung
des Pfeils C in 5 ohne Kontaktfeder;
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8 eine
Seitenansicht des Ankers in Richtung des Pfeils D in 7;
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9 eine
Ansicht des Ankers in Richtung des Pfeils E in 7;
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10 eine
Darstellung ähnlich 3 des Ankers
mit Kontaktfeder beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Relais;
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11 eine
Darstellung ähnlich 4 beim zweiten
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Relais;
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12 eine
Ansicht in Richtung des Pfeils F in 6 beim zweiten
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Relais;
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13 eine
Ansicht ähnlich 1 eines
dritten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Relais;
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14 eine
vergrößerte Darstellung
eines Abstützbereichs
und eines Einwirkungsbereichs beim dritten Ausführungsbeispiel entsprechend 13;
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15 eine
Ansicht in Richtung des Pfeils G in 13;
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16 eine
Darstellung ähnlich 2 des dritten
Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Relais;
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17 eine
vergrößerte Darstellung
des Abstützbereichs
und des Einwirkungsbereichs beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß 16;
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18 eine
Draufsicht in Richtung des Pfeils H auf den Anker des dritten Ausführungsbeispiels
gemäß 16;
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19 einen
Schnitt längs
Linie 19-19 in 13;
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20 eine
Ansicht entsprechend 15 mit Darstellung einer Kippbewegung
des Ankers und
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21 eine
Darstellung ähnlich 16 bei einem
vierten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Relais.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Relais,
dargestellt als Ganzes in 1 und 2,
umfaßt
eine Basis 10, an welcher ein als Ganzes mit 12 bezeichneter
Elektromagnet gehalten ist, welcher eine Wicklung 14, einen
von der Wicklung im wesentlichen umschlossenen Wicklungskern mit
einem Polkörper 16 sowie
einen Rückschlußkörper 18 umfaßt, der
mit dem Wicklungskern 16 verbunden ist und sich mit mit
einem ersten Schenkel 20 über eine Stirnseite 22 der
Wicklung 14 und mit einem quer zum ersten Schenkel 20 verlaufenden
zweiten Schenkel 24 quer zur Stirnseite 22 der
Wicklung 14 erstreckt, wobei an diesem zweiten Schenkel 24 mittels
eines Gelenks 26 ein Anker 30 um eine Gelenkachse 28 gelagert
ist, der sich mit einem Ankerarm 31 über eine der Stirnseite 22 gegenüberliegenden
Stirnseite 32 der Wicklung 14 erstreckt, über welche
der Polkörper 16 mit
einer Polfläche 34 übersteht.
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Der
Anker 30 ist seinerseits noch durch eine Feder 40 in
Richtung einer in 1 dargestellten kontaktfreigebenden
Endstellung beaufschlagt, wobei die Feder 40 beispielsweise
auf einer der Wicklung 14 gegenüberliegenden Seite des zweiten Schenkels 24 angeordnet
ist und einerseits an einer fest mit dem zweiten Schenkel 24 verbundenen
Lagerstelle 42 sowie andererseits an einem Hebelarm 44 angreift,
welcher sich auf einer dem Anker 30 gegenüberliegenden
Seite der Gelenkachse 28 und von dem Anker 30 ausgehend
erstreckt.
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Zur
Festlegung der kontaktfreigebenden Endstellung ist beispielsweise
am zweiten Schenkel 24 noch ein Anschlag 46 vorgesehen,
auf welchem der Hebelarm 44 in der kontaktfreigebenden
Endstellung aufliegt.
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Auf
einer dem Elektromagnet 12 zugewandten Seite des Ankerarms 31 ist
eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Kontaktfeder angeordnet,
welche sich von einem ersten Ende 52 bis zu einem zweiten Ende 54 erstreckt
und in einem sich an das erste Ende 52 anschließenden Fixierbereich 56 auf
einer Fixierfläche 58 des
Ankers 30 aufliegt und am Ankerarm 31 über eine
Niet- oder Schweißverbindung 59 fixiert
ist, wobei die Fixierfläche 58 des
Ankerarms 31 auf dessen dem Elektromagnet 12 zugewandter
Seite liegt. Diese Verbindung zwischen dem Anker 30 und
der Kontaktfeder 50 bildet eine erste Einwirkungsmöglichkeit
zum Bewegen der Kontaktfeder 50 mittels des Ankers 30.
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Im
Anschluß an
den Fixierbereich 56 erstreckt sich die Kontaktfeder 50 mit
einem Federarm 60 zwischen dem Fixierbereich 56 und
dem zweiten Ende 54, an welches sich ein Betätigungsbereich 62 der
Kontaktfeder anschließt,
an welchem ein erstes Kontaktelement 70 gehalten ist, welches
zum Herstellen eines elektrischen Kontakts in Richtung eines zweiten
Kontaktelements 72 bewegbar und, wie in 2 dargestellt,
in der kontaktgebenden Endstellung, in Kontakt mit diesem bringbar
ist.
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Das
zweite Kontaktelement 72 sitzt dabei auf einem Sockel 74,
der seinerseits ebenfalls an der Basis 10 gehalten ist.
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Wie
in 1 dargestellt, weist der Federarm 60 einen
Einwirkungsbereich 80 auf, welcher sich in der kontaktfreigebenden
Endstellung des Ankers 30 im Abstand von einem Abstützbereich 82 des
Ankerarms 31 erstreckt, so daß der Abstützbereich 82 nicht auf
den Einwirkungsbereich 80 einwirken kann.
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Dieser
Abstützbereich 82 umfaßt, wie
in 3 und 4 nochmals zur Verdeutlichung
dargestellt, drei Stützkanten 84, 86, 88,
die von dem sich in der Kontaktfreien Endstellung erstreckenden
Federarm 60, und zwar vom Einwirkungsbereich 80 desselben,
mit zunehmendem Abstand angeordnet sind, wobei die erste Stützkante 84 durch
eine gegenüber
der Fixierfläche 58 zurückgesetzte
erste Fläche 94 gebildet
ist, welche an der ersten Stützkante 84 in
eine zweite Fläche 96,
die noch stärker
gegenüber
der Fixierfläche 58 und
dem Einwirkungsbereich 80 zurückgesetzt ist, übergeht.
Ferner erstreckt sich die zweite Fläche 96 bis zur zweiten
Stützkante 86 und
geht an dieser in eine dritte Fläche 98 über, welche
noch weiter gegenüber
der Fixierfläche 58 und
auch dem Einwirkungsbereich 80 in der kontaktfreigebenden
Stellung zurückgesetzt
ist. Diese dritte Fläche 98 geht
dann ihrerseits in eine vierte Fläche 100 an der dritten
Stützkante 88 über, wobei
die vierte Fläche 100 den
größten Abstand
von der Fixierfläche 58 und
auch dem Einwirkungsbereich 80 in der kontaktfreien Endstellung
des Ankers 30 aufweist.
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Wie
in 3 dargestellt, weist außerdem der Fixierbereich 56 der
Kontaktfeder 50 noch eine Ausnehmung 102 auf,
durch welche beim Übergang
des Ankers 30 von der kontaktfreigebenden Endstellung in
die kontaktgebende Endstellung der Polkörper 16 mit der Polfläche 34 hindurchtritt,
so daß der
Ankerarm 31 des Ankers 30 mit einer Polanlagefläche 104 an
der Polfläche 34 zur
Anlage kommen kann.
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Um
beim Lösen
der Kontaktelemente 70, 72 die Kontaktelemente 70, 72 selbst
im Falle eines Verklebens sicher voneinander trennen zu können, ist die
Kontaktfeder 50 im Bereich des zweiten Endes 54 noch
mit einem Halteelement 106 versehen, welches vorzugsweise
eine dem Elektromagnet 12 abgewandte Oberseite 108 des
Ankers 30 übergreift
und an der Oberseite 108 dann zur Anlage kommt, wenn sich
der Federarm 60 aufgrund verklebender Kontaktelemente 70, 72 zu
weit von dem Anker 30, insbesondere dem Abstützbereich 82,
weg bewegen würde.
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Vorzugsweise
ist das Halteelement 106 so ausgebildet, daß dieses
dann an der Oberseite 108 gerade anliegt, wenn der Federarm 60 in
der kontaktfreigebenden Endstellung des Ankers 30 in seiner undeformierten
Stellung steht und der Einwirkungsbereich 80 desselben
im Abstand vom Abstützbereich 82 des
Ankers 30 verläuft.
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Wird
nun der Elektromagnet 12 bestromt, so wird der Anker 30 durch
den Polkörper 16 angezogen und
schwenkt gegen die Kraft der Feder 40 um die Gelenkachse 28 des
Gelenks 26 so, daß sich
die Polanlagefläche 104 in
Richtung der Polfläche 34 bewegt.
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Bei
dieser Bewegung des Ankers erstreckt sich – so lange die Kontaktelemente 70, 72 noch nicht
aneinander anliegen – der
Federarm 60 ohne Deformation und somit mit dem Einwirkungsbereich 80 in
demselben Abstand vom Abstützbereich 82 des Ankers 30,
der auch in der kontaktfreigebenden Stellung des Ankers 30 vorliegt.
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Erst
wenn sich die Kontaktelemente 70 und 72 berühren, entsteht
bei zunehmendem Verschwenken des Ankers 30 in Richtung
seiner kontaktgebenden Endstellung eine Kontaktkraft 110,
die das erste Kontaktelement 70 gegen das zweite Kontaktelement 72 drückt, wobei
diese Kontaktkraft 110 abhängig ist von der Deformation
des sich zwischen dem Fixierbereich 56 und dem Betätigungsbereich 62 erstreckenden
Federarms 60.
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Diese
Kontaktkraft 110 steigt mit zunehmender Deformation des
Federarms 60 und zunehmender Bewegung des Einwirkungsbereichs 80 in
Richtung des Abstützbereichs 82 an.
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Ist
die Deformation stark genug, so kommt der Einwirkungsbereich 80 mit
einer Einwirkungsstelle 114 an der Abstützkante 84 zur Anlage,
während der
Einwirkungsbereich 80 an den anderen Abstützkanten 86 und 88 noch
nicht anliegt.
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Diese
zusätzliche
Abstützung
des Federarms 60 im Bereich der Einwirkungsstelle 114 über die
Abstützkante 84 am
Anker 30 stellt eine zweite Einwirkungsmöglichkeit
des Ankerarms 31 auf den Federarm 60 dar und hat
zur Folge, daß die
von dem Federarm 60 erzeugte Kontaktkraft 110 nunmehr
von der Deformation des Federarms 60 zwischen der Einwirkungsstelle 114 und
dem Betätigungsbereich 62 abhängig ist,
wobei dieser Abschnitt eine Länge
L1 aufweist, die kleiner ist als eine Länge L0 des Federarms 60.
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Dies
hat zur Folge, daß der
Abschnitt L1 des Federarms 60 steifer ist und somit die
weitere Deformation dieses Abschnitts des Federarms 60 mit
der Länge
L1 zu einer größeren Kontaktkraft 110 führt, als
die Kontaktkraft 110, die ohne zusätzliche Abstützung des
Federarms 60 an der Einwirkungsstelle 114 durch
die Abstützkante 84 auftreten
würde.
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Eine
weitere Deformation des Federarms 60, insbesondere des
Abschnitts L1 desselben, führt
dazu, daß der
Einwirkungsbereich 80 mit einer zweiten Einwirkungsstelle 116 an
der zweiten Abstützkante 86 zur
Anlage kommt und durch diese abgestützt wird, so daß eine dritte
Einwirkungsmöglichkeit
des Ankerarms 31 auf den Federarm 60 besteht und
der noch frei federnde Abschnitt des Federarms 60 nur noch
der Abschnitt zwischen der Einwirkungsstelle 116 und dem
Betätigungsbereich 62 ist,
dessen Länge
L2 kleiner ist als die Länge
L1.
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Somit
verhält
sich dieser Abschnitt des Federarms 60 noch steifer als
der Abschnitt mit der Länge
L1 und die durch Deformation desselben erzeugte Kontaktkraft 110 wird
noch größer.
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Eine
weitere Steigerung der Kontaktkraft 110 läßt sich
noch dann erreichen, wenn die weitere Deformation des Federarms 60 dazu
führt,
daß der
Einwirkungsbereich 80 mit der Einwirkungsstelle 118 an der
dritten Abstützkante 88 zur
Anlage kommt, und durch eine vierte Einwirkungsmöglichkeit der somit noch verbleibende,
freifedernde Abschnitt des Federarms 60 die Länge L3 aufweist,
die noch kürzer
ist als die Länge
L2, so daß die
Kontaktkraft 110 noch größer ist.
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Dabei
ist der Abstand zwischen der Abstützkante 88 und dem
Einwirkungsbereich 80 des Federarms 60 so gewählt, daß der Einwirkungsbereich 80 an
der Einwirkungsstelle 118 erst kurz vor Erreichen der kontaktgebenden
Stellung des Ankers 30 zur Anlage kommt, so daß in der
kontaktgebenden Endstellung des Ankers 30, in welcher dieser
mit der Polauflagefläche 104 an
der Polfläche 34 anliegt,
die maximale Kontaktkraft 110 zur Verfügung steht, um die Kontaktelemente 70 und 72 gegeneinander
zu drücken.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Steigerung
der Kontaktkraft 110 durch sukzessives Anlegen des Einwirkungsbereichs 80 an
den Abstützkanten 84, 86 und 88 hat
den Vorteil, daß sich
die Kontaktkraft 110 sukzessive steigern läßt, wobei
die sukzessive Steigerung der Kontaktkraft 110 auch mit
zunehmend kleiner werdendem Abstand zwischen der Polfläche 34 und
der Polauflagefläche 104 erfolgt
und somit bei kleiner werdendem Luftspalt die ansteigende Magnetkraft
nutzt.
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Damit
muß der
Anker 30 die durch die größer werdenden Kontaktkräfte 110 entstehenden
Gegenkräfte
auch erst dann aufnehmen, wenn der Luftspalt zwischen der Polfläche 34 und
der Polauflagefläche 104 jeweils
klein genug ist und somit die auf den Anker 30 wirkende
Haltekraft des Elektromagneten 12 ausreichend groß ist, so
daß diese
die Gegenkräfte sicher überwinden
kann.
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Damit
besteht die Möglichkeit,
Kontaktkräfte 110 zwischen
den Kontaktelementen 70 und 72 in der kontaktgebenden
Stellung des Ankers 30 wirksam werden zu lassen, die optimal
an die zwischen dem Polkörper 16 und
dem Anker 30 wirkende Haltekraft angepaßt ist, die aufgrund des im
wesentlichen bei Null liegenden Luftspalts zwischen der Polfläche 34 und
der Polauflagefläche 104 in
der kontaktgebenden Endstellung des Ankers ihren Maximalwert erreicht,
während
die Haltekraft bei größerem Luftspalt zwischen
der Polfläche 34 und
der Polauflagefläche 104 geringer
ist.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Relais,
dargestellt in den 5 bis 12, sind
diejenigen Teile, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind,
mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich der Beschreibung derselben
vollinhaltlich auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird.
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Im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
sind, wie in 12 dargestellt, zwei erste Kontaktelemente 70a und 70b vorgesehen,
die an einer Kontaktbrücke 120 sitzen
und an zwei zweiten Kontaktelementen 72a und 72b in
Anlage bringbar sind, die ihrerseits wiederum auf eigenen Sockeln 74a und 74b an
der Basis 10 gehalten sind.
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Das
heißt,
daß in
diesem Fall die Kontaktfeder 50 mit ihrem Betätigungsbereich 62 die
Kontaktbrücke 120 mit
den ersten Kontaktelementen 70a und 70b zwischen
einer kontaktfreien und einer kontaktgebenden Stellung bewegt.
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Um
eine möglichst
gleichmäßige Anlage
an den zweiten Kontaktelementen 72a und 72b zu
erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktbrücke 120 mit den ersten
Kontaktelementen 70a und 70b um eine Kippachse 122 kippbar
ist, so daß bei
Herstellung des Kontakts zwischen den zweiten Kontaktelementen 72a und 72b die
zwischen den entsprechenden ersten und zweiten Kontaktelementen 70a und 72a sowie 70b und 72b wirksamen
Kontaktkräfte 110a und 110b gleich
groß sind.
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Die
Kippachse 122 wird, wie in den 7 bis 9 dargestellt,
dadurch geschaffen, daß die
erste Fläche 94,
die zweite Fläche 96 und
die dritte Fläche 98 nicht
nur gegenüber
der Fixierfläche 58 zurückgesetzt
angeordnet sind, sondern sich in Richtung des Federarms 60 dachförmig oder
spitz zulaufend erheben und jeweils eine Auflagekante, 124, 126 und 128 bilden,
die parallel zu einer Linie 130 verlaufen, und außerdem in
einer Ebene 132 liegen, die vorzugsweise senkrecht zur
Gelenkachse 28 verläuft
und senkrecht zu einer den gesamten Abstützbereich 82 umgebenden
und gegenüber
der Fixierfläche 58 zurückgesetzten
Fläche 134.
Damit hat der Federarm 60 selbst dann, wenn er an den Abstützkanten 84 und/oder 86 und/oder 88 anliegt,
die Möglichkeit,
um die Kippachse 122 noch zu verkippen und somit mit dem
Betätigungsbereich 62 zusätzlich noch
eine Torsion um die Kippachse 122 auszuführen, so
daß die von
beiden ersten Kontaktelementen 70a und 70b ausgeübten Kontaktkräfte 110a und 110b im
wesentlichen gleich groß sind.
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Um
ebenfalls ein einfaches Lösen
der ersten Kontaktelemente 70a und 70b von den
zweiten Kontaktelementen 72a und 72b zu erreichen,
sind vorzugsweise, wie in 12 dargestellt,
auch zwei Halteelemente 106a und 106b vorgesehen,
die die Oberseite 108 übergreifen
und eine zu starke Bewegung des Federarms 60 weg von dem
Abstützbereich 82 verhindern.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Relais,
dargestellt in den 13 bis 18, sind
ebenfalls diejenigen Elemente, die mit denen der voranstehenden
Ausführungsbeispiele
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich
der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu
den vorangehenden Ausführungsbeispielen
Bezug genommen wird.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
ist an der Basis 10 ein Elektromagnet 12 vorgesehen,
der zwei Magnetpolplatten 1401 und 1402 aufweist, welche auf einem die beiden
Wicklungen 141 und 142 durchsetzenden Kern mit den Polkörpern 161 und 162 angeordnet
sind, so daß mit über die
Wicklungen 141 und 142 zwei entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder
erzeugt werden können,
je nach dem, welche der Wicklungen 141 oder 142 bestromt wird.
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Von
Magnetpolplatte
1401 zu Magnetpolplatte
1402 erstreckt sich ein vorzugsweise mit
seinen Enden
1411 und
1412 an diesen anliegender Permanentmagnet
142,
welcher derart magnetisiert ist, eine Anziehung des Ankers
30 im
Bereich beider Enden
1411 und
1412 des Permanentmagneten
142 erfolgt. Eine
Möglichkeit
der Magnetisierung des Permanentmagneten ist in der
DE 21 48 377 A beschrieben. Eine
andere Möglichkeit
sieht vor, daß eine
Polseite
144 des Permanentmagneten
42 auf einer
den Wicklungen
141 ,
142 zugewandten Seite und eine andere Polseite
146 auf
einer den Wicklungen
141 ,
142 abgewandten Seite und dem Anker
30 zugewandt
ist.
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Eine
Fixierung der Einheit aus Elektromagnet 12 und Permanentmagnet 142 erfolgt über Stützen 1481 , 1482 die
zweckmäßigerweise
an die Magnetpolplatten 1401 , 1402 angeformt sind. (15)
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Der
Anker 30 ist über
das Gelenk 26 um die Gelenkachse 28 schwenkbar
in diesem Fall an dem Permanentmagnet 142 und somit über dem
Permanentmagnet 142 relativ zur Basis 10 gelagert
und umfaßt
zwei Ankerarme 311 und 312 , die sich beidseits der Gelenkachse 28 erstrecken,
und zwar bis zu den Magnetpolplatten 1401 und 1402 wobei jeweils einer der Ankerarme 311 , 312 mit
seiner Polanlagefläche 1041 bzw. 1042 an
der Polfläche 341 bzw. 342 ,
gebildet durch jeweils ein Ende 1411 oder 1412 des Permanentmagneten 142 und
eine Anlagefläche 1491 , 1492 der
jeweiligen Magnetpolplatte 1401 bzw. 1402 anlegbar ist, so daß zwei stabile
Stellungen existieren, nämlich
eine stabile Stellung dann, wenn die Polanlagefläche 1041 an
der Polfläche 341 der Magnetpolplatte 1401 anliegt und die andere stabile Stellung,
in welcher die Polanlagefläche 1042 an der Polfläche 342 der
Magnetpolplatte 1402 anliegt.
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Der
Elektromagnet 12 bewirkt nun, je nach dem, welche der Wicklungen 141 , 142 bestromt
wird eine Schwächung
des Magnetfeldes an einer der Polflächen 341 oder 342 und eine Stärkung des Magnetfeldes an der
jeweils anderen der Polflächen 342 bzw. 341 ,
so daß sich
dadurch entweder der eine Ankerarm 312 oder
der andere Ankerarm 311 an den
Polflächen 342 bzw. 341 anlegen
läßt. Diese
Stellung wird dann auch nach Abschalten der Bestromung einer der
Wicklungen 141 , 142 durch
den Permanentmagneten 142 gehalten.
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Auch
beim dritten Ausführungsbeispiel
ist der Anker 30 mit der Kontaktfeder 50 versehen,
die in einem das Gelenk 26 übergreifenden Bereich des Ankers 30 mit
dem Fixierbereich 56 auf der Fixierfläche 58 des Ankers 30 zur Ausbildung
einer ersten Einwirkungsmöglichkeit
aufliegt und jeweils sich parallel zu den Ankerarmen 311 und 312 erstreckende Federarme 601 und 602 bildet,
die sich bis zu ihren jeweiligen zweiten Enden 541 bzw. 542 erstrecken.
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Vorzugsweise
sind die Ankerarme 311 und 312 sowie die Federarme 601 und 602 symmetrisch
zu einer durch die Gelenkachse 28 verlaufenden Symmetrieebene 148 ausgebildet,
so daß auch
die an den Federarmen 601 und 602 vorgesehenen Einwirkungsbereiche 801 und 802 und
die entsprechenden Abstützbereiche 821 und 822 der
Ankerarme 311 , 312 zur
Bildung weiterer Einwirkungsmöglichkeiten
identisch ausgebildet sind.
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Zweckmäßigerweise
sind auch beide Federarme 601 und 602 mit Betätigungsbereichen 621 und 622 versehen,
wobei allerdings beim dritten Ausführungsbeispiel allerdings lediglich
der Betätigungsbereich 622 eine Kontaktbrücke 120 mit ersten
Kontaktelementen 70 trägt,
die mit zweiten Kontaktelementen 72 in Kontakt bringbar
sind, wie in 13 dargestellt.
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Ferner
ist beim dritten Ausführungsbeispiel der
Federarm 601 mit seinem Betätigungsbereich 621 auf ein Stützlager 150 aufsetzbar,
welches in gleichem Abstand von der Gelenkachse 28 angeordnet ist,
wie die zweiten Kontaktelemente 72a2 und
derart ausgebildet ist, daß bei
auf diesem aufliegendem Betätigungsbereich 621 der Federarm 601 eine
Kontaktkraft 110 erzeugt, die im wesentlichen identisch
ist, wie die auf die Kontaktelemente 70a2 und 72a2 wirkende Kontaktkraft bei kontaktgebender
Stellung derselben.
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Beim
dritten Ausführungsbeispiel
funktioniert das Zusammenwirken des Ankers 30 und der Kontaktfeder 50,
wenn man die Ankerarme 311 und 312 sowie die Federarme 601 und 602 jeweils
einzeln betrachtet, genau wie bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen.
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Beim
dritten Ausführungsbeispiel
ist aufgrund der Anordnung der zweiten Kontaktelemente 72a2 auf einer der Polanlagefläche 104 abgewandten Seite
des Ankerarms 312 der Ankerarm 312 in der kontaktfreigebenden Endstellung,
wenn die Polanlagefläche 1042 des Ankerarms 602 an
der Polfläche 342 der Magnetpolplatte 1402 anliegt und somit der Luftspalt im
wesentlichen Null ist. In diesem Fall erstreckt sich der Federarm 602 in gleicher Weise wie im Zusammenhang
mit der kontaktfreigebenden Stellung des Ankers 30 wie
bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben, mit seinem Einwirkungsbereich 802 im
Abstand von dem Abstützbereich 822 des Ankerarms 312 .
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Außerdem steht
der Ankerarm 311 in einer Stellung,
welche in der Terminologie der voranstehenden Ausführungsbeispiele
einer kontaktgebenden Endstellung entsprechen würde, wobei die Polanlagefläche 1041 im maximalen Abstand von der Polfläche 341 der Magnetpolplatte 1401 steht. Allerdings liegt der Federarm 601 mit seinem Einwirkungsbereich 801 an dem Abstützbereich 822 des
Ankerarms 311 an, wenn der Betätigungsbereich 621 mit der Kontaktkraft 1101 auf das Stützlager 150 wirkt, das
in diesem Fall Kontaktelemente am Ankerarm 311 simuliert.
Die Kontaktkraft 1101 hat eine
auf den Anker 30 insgesamt wirkende Gegenkraft zur Folge.
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Beim
Umschalten des Relais erfolgt durch ein Bestromen der Wicklungen 141 oder 142 ein
Verkippen des Ankers 30 derart, daß dieser mit der Polanlagefläche 1041 nunmehr an der Polfläche 341 anliegt, während die Polanlagefläche 1042 im maximalen Abstand von der Polfläche 342 steht. In diesem Fall ist nun der
Ankerarm 312 in seiner kontaktgebenden
Endstellung, während
der Ankerarm 311 in seiner einer
kontaktfreigebenden Endstellung entsprechenden Stellung steht. (16 und 17)
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Der
Federarm 601 kann in diesem Fall
so ausgebildet sein, daß dessen
Betätigungsbereich 621 im Abstand von dem Stützlager 150 steht,
um zur Symmetrieebene 148 exakt symmetrische Kraftverhältnisse
zu schaffen. Es ist aber auch denkbar, daß der Betätigungsbereich 621 an dem Stützlager 150 angelegt
bleibt, allerdings in der in 15 dargestellten
Stellung mit einer verschwindenden oder keiner Kraft auf das Stützlager 150 wirkt,
während
der Betätigungsbereich 622 mit der Kontaktkraft 1102 auf das Kontaktelement 70a2 wirkt, und dies mit der Kontaktkraft 1102 gegen das Kontaktelement 72a2 drückt.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
sind insbesondere die Einwirkungsbereiche 801 und 802 sowie die Abstützbereiche 821 und 822 in gleicher oder ähnlicher Weise ausgebildet
wie beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel, wie in den 14 und 16 dargestellt,
wobei allerdings in diesem Fall lediglich zwei Abstützkanten 84 und 86 vorhanden
sind, die entsprechende Einwirkungsstellen 114 und 116 erzeugen,
deren Wirkung jedoch exakt dieselbe wie beim ersten Ausführungsbeispiel
ist, so daß vollinhaltlich
auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen werden kann.
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Wie
in 18 bis 20 dargestellt,
ist der Anker 30 im Bereich des Gelenks 26 nicht
nur um die Gelenkachse 28 schwenkbar, sondern auch um die senkrecht
zur Gelenkachse 28 verlaufende Kippachse 122,
was sich dadurch am einfachsten realisieren läßt, daß der Anker 30 mit
einer kugelkappenförmigen
Erhebung 152 auf einer Flachseite 154 des Permanentmagneten 142 anliegt
und somit sowohl um die Gelenkachse 28 schwenkbar als auch
um die Kippachse 122 kippbar ist.
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Um
die Kippbewegung zu begrenzen sind vorzugsweise in Richtung der
Gelenkachse 28 beiderseits der kugelkappenförmigen Erhebung 152 Vorsprünge 156 und 158 vorgesehen,
die eine Kippbewegung um die Kippachse 122 auf einen geringeren
Winkel begrenzen, als die Schwenkbewegung um die Gelenkachse 28.
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Bei
einem vierten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 21, sind alle die Teile, die
mit denen des dritten Ausführungsbeispiels
oder der voranstehenden Ausführungsbeispiele
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich
der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf diese voranstehenden
Ausführungsbeispiele
Bezug genommen werden kann.
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Im
Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel
ist das vierte Ausführungsbeispiel
insoweit vollständig
symmetrisch zur Symmetrieebene 148, da beiderseits derselben
an den Betätigungsbereichen 621 und 622 der
Federarm 601 und 602 Kontaktbrücken 1201 und 1202 mit ersten Kontaktelementen 70a1 und 70a2 angeordnet
sind, die mit zweiten Kontaktelementen 72a1 bzw. 72a2 in Kontakt bringbar sind, und zwar
jeweils wechselweise, wie bereits im Zusammenhang mit dem dritten
Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Darüber hinaus
sind die Ankerarme 311 und 312 in gleicher Weise wie beim dritten
Ausführungsbeispiel
ausgebildet und mit den Abstützbereichen 821 bzw. 822 versehen,
an welchen die Einwirkungsbereiche 802 und 801 wechselweise zur Anlage bringbar sind,
je nach dem, welcher Ankerarm 311 bzw. 312 des Ankers 30 in der kontaktfreigebenden
Endstellung oder der kontaktgebenden Endstellung steht.