DE102010018754A1

DE102010018754A1 - Monostabiles Relais mit elektrischer Leistungsreduzierung

Info

Publication number: DE102010018754A1
Application number: DE201010018754
Authority: DE
Inventors: Simon Kalmbach; Karl Steimle
Original assignee: Kissling Elektrotechnik GmbH
Current assignee: Kissling Elektrotechnik GmbH
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-11-03

Abstract

Ein monostabiles Relais (10), mit einem Spulengehäuse (14), welches eine Spulenanordnung (22) und einen beweglichen Anker (24) umfasst, der durch den in der Spulenanordnung (22) mittels eines Spulenstroms erzeugbaren magnetischen Fluss einen Stromfluss über zwei Hauptkontaktanschlüsse (16.1, 16.2) z(20) zur Modulation des Spulenstroms auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein monostabiles Relais, insbesondere für den Hochstrombereich, mit einem Spulengehäuse, welches eine Spulenanordnung und einen beweglichen Anker umfasst, der durch den in der Spulenanordnung mittels eines Spulenstroms erzeugbaren magnetischen Fluss einen Stromfluss über zwei Hauptkontaktanschlüsse zulässt oder unterbricht.
Die Spulenanordnung monostabiler Relais muss im eingeschalteten Zustand ständig bestromt werden, um die Ein-Position des monostabilen Relais zu halten. Durch diesen Haltestrom wird vom Relais im eingeschalteten Zustand ständig eine Leistung verbraucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais bereitzustellen, dessen Leistungsbedarf zum Halten des Ein-Zustands des Relais auf ein Minimum reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein monostabiles Relais der eingangs genannten Art gelöst, in dem eine Steuereinheit zur Modulation des Spulenstroms vorgesehen ist. Nach der Bestromung der Spulenanordnung zum Einschalten des Relais kann die Steuereinheit den Spulenstrom modulieren, d. h. die Stromstärke des Hackstroms zeitweilig reduzieren. Durch die Modulation des Spulenstroms kann so die von der Spulenanordnung verbrauchte Leistung zum Halten des Relais in der Ein-Position auf ein notwendiges Minimum reduziert werden.
Der Spulenstrom kann vorzugsweise in Abhängigkeit einer am Relais anliegenden Steuerspannung modulierbar sein. Der Haltestrom kann dann derart moduliert werden, dass sich die mittlere Eingangsspannung stets knapp oberhalb eines Schwellwertes befindet, bei dessen Unterschreitung das Relais abfällt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein gepulster Spulenstrom erzeugbar sein. Der gepulste Spulenstrom kann dabei Zeitabschnitte aufweisen, in denen der Spulenstrom ausgeschaltet oder reduziert ist. In diesen Zeitabschnitten ist die von der Spulenanordnung verbrauchte Leistung zum Halten des monostabilen Relais in einer Ein-Position deutlich reduziert. Eine Spannungsquelle zur Versorgung des monostabilen Relais wird in den zuvor beschriebenen Zeitabschnitten weniger belastet. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Relais in Fahrzeugen zur Entlastung der Fahrzeugbatterie vorteilhaft.
Dabei kann der zeitliche Abstand und/oder die Pulsweite des Spulenstroms von der Steuereinheit kontrollierbar sein. Durch die Steuerung der Pulsabstände und/oder der Pulsweiten des Spulenstroms können die Zeitabschnitte niedriger Leistung so groß wie möglich gewählt werden.
Gleichzeitig kann das Relais durch die Zeitabschnitte hoher Leistung sicher in seiner Ein-Position gehalten werden.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Pulsweite in Abhängigkeit von der Eingangsspannung veränderbar sein. Zu einer Leistungsreduzierung der Spulenansteuerung kann in diesem Fall bei einer hohen Eingangsspannung an der Spulenanordnung die Pulsweite verringert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der zeitliche Abstand der Pulse und/oder die Pulsweite durch einen Regelkreis der Steuereinheit ermittelbar und einstellbar sein. Durch den Regelkreis kann sichergestellt werden, dass das Relais nur die Leistung aufnimmt, die zum sicheren Halten der Ein-Position des Relais notwendig ist.
Weiterhin kann die Steuereinheit mindestens einen Filter aufweisen. Das Relais kann beispielsweise einen Tiefpass als Ausgangsfilter für die Eingangsspannung aufweisen. Störeinflüsse, die durch die Pulsweitenmodulation entstehen, können sich so nicht auf die Versorgungsspannung auswirken. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung einen Eingangsfilter aufweisen, damit das Relais durch Störungen der Steuerspannungen nicht ungewollt ein- oder ausgeschaltet wird.
Die Steuereinheit kann vorzugsweise im Gehäuse der Spulenanordnung integriert sein. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise des monostabilen Relais ermöglicht. Darüber hinaus kann das kompakt ausgebildete Relais überall dort eingesetzt werden, wo ein herkömmliches monostabiles Relais durch ein Relais mit niedrigem Haltestrom ersetzt werden soll. Durch die integrierte Steuereinheit des Relais muss die Steuerbeschaltung hierzu extern nicht geändert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinheit auf einer im Wesentlichen runden Platine ausgebildet sein. Bei Verwendung einer runden Spulenanordnung kann die Steuereinheit auf diese Art und Weise sehr kompakt zusammen mit der Spulenanordnung im Spulengehäuse integriert werden. Die Steuereinheit kann natürlich auch an jede andere Form der Spulenanordnung, beispielsweise an eine rechteckig ausgebildete Spulenanordnung, angepasst werden.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Spulenkontaktierung durch die Steuereinheit hindurchgeführt sein. Die Steuereinheit kann so direkt auf der Spulenanordnung angeordnet werden. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, Steuerkontakte in einem oberen Bereich des Relais anzuordnen.
Das Spulengehäuse ist vorzugweise aus Metall gefertigt. Störeinflüsse durch elektrische oder magnetische Felder der Umgebung können hierdurch vermieden werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen monostabilen Relais darstellt.
Es zeigen:
1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Relais;
2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer Spulenanordnung und einer Steuereinheit des Relais aus 1; und
3 einen schematischen Verlauf einer Eingangsspannung am Relais und eines Spulenstroms am Ausgang der Steuereinheit aus 2.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes monostabiles Relais 10, das eine Anschlusseinheit 12 und ein Spulengehäuse 14 aufweist. Die Anschlusseinheit 12 weist zwei Hauptkontaktanschlüsse 16.1, 16.2 auf. Zum Einschalten des Relais 10 wird an zwei Steuerkontakte 18.1, 18.2 eine Steuerspannung angelegt. In 1 ist nur ein Steuerkontakt 18.1 dargestellt. Der zweite Steuerkontakt 18.2 wird durch die Hauptkontaktanschlüsse 16.1, 16.2 verdeckt. Die Steuerkontakte 18.1, 18.2 sind jeweils durch eine Steuereinheit 20 hindurchgeführt und mit einer Spulenanordnung 22 elektrisch verbunden. Beim Anlegen einer Spannung an die Steuerkontakte 18.1, 18.2 wird die Spulenanordnung 22 bestromt. Ein durch die Spulenanordnung 22 induzierter magnetischer Fluss bewegt einen Anker 24, an dem eine Hauptkontaktbrücke 26 angeordnet ist. Die Hauptkontaktbrücke 26 verbindet die beiden Hauptkontaktanschlüsse 16.1, 16.2. Die Spulenanordnung 22 ist vorzugsweise so konzipiert, dass das Relais 10 bei Anlegen einer Gleichspannung von 9 V sicher einschaltet und bei Anlegen einer Gleichspannung von 36 V nicht mehr als 2 Ampere Anzugsstrom benötigt. Beim Halten der Hauptkontaktbrücke 26 wird in Abhängigkeit von der an den Steuerkontakten 18.1, 18.2 anliegenden Eingangsspannung von der Steuereinheit 20 ein gepulster Spulenstrom an die Spulenanordnung 22 ausgegeben. Die Pulsweite des Spulenstroms wird hierbei so gewählt, dass der an der Hauptkontaktbrücke 26 angeordnete Anker 24 sicher in der Ein-Position gehalten wird. Gleichzeitig wird durch die Pulsweitenmodulation des Haltestroms der Energiebedarf des Relais 10 reduziert.
2 zeigt die Steuereinheit 20 und die Spulenanordnung 22 aus 1. Weiterhin sind in 2 gefederte Kontaktstifte 28.1, 28.2 gezeigt, die die Steuerkontakte 18.1, 18.2 elektrisch mit der Spulenanordnung 22 verbinden. Die in 2 dargestellte Steuereinheit 20 und Spulenanordnung 22 sind beide im Spulengehäuse 14 (s. 1) untergebracht, sodass das Relais 10 kompakt ausgeführt und anstelle eines herkömmlichen monostabilen Relais gleicher Bauart eingesetzt werden kann.
3 zeigt schematisch die Funktionsweise der Steuereinheit 20. Oberhalb der durch einen Pfeil dargestellten Steuereinheit 20 ist in einem Diagramm die Eingangsspannung U über der Zeit aufgetragen. Unterhalb der in 3 skizzierten Steuereinheit 20 ist der durch die Steuereinheit 20 gesteuerte Spulenstrom über der Zeit aufgetragen.
Im dargestellten Beispiel ist die Steuereinheit 20 derart ausgelegt, dass ein am Relais anliegender Eingangsstrom I in einzelne Pulse zerlegt wird. Eine erste Steuerspannung 30 wird in Spannungspulse zerlegt, die letztlich in Form von Strompulsen 32.1 bis 32.3 die Spulenanordnung 22 bestromen. Der erste Strompuls 32.1 dient zum Bewegen des Ankers 24 in eine Ein-Position des Relais 10. Die nachfolgenden Strompulse 32.2, 32.3 dienen lediglich zum Halten des Ankers 24 in der Ein-Position des Relais 10. Die Strompulse 32.2, 32.3 können daher eine kürzere Pulsweite aufweisen als der Strompuls 32.1. Während der Pulsabstände 34.1, 34.2 wird die Spulenanordnung 22 nicht bestromt. Während der Pulsabstände 34.1, 34.2 wird das Relais 10 daher nahezu leistungslos in der Ein-Position gehalten. Während der Pulsabstände 34.1, 34.2 muss der Spulenstrom nicht notwendigerweise auf Null abfallen. Er kann vielmehr auch lediglich gegenüber den Strompulsen 32.1, 32.2, 32.3 vermindert sein.
Liegt am Relais 10 eine höhere Eingangsspannung 36 an, so können die Pulsweiten 38.1 sowie 38.2 bis 38.7 verkürzt werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Pulsabstände 40.1 bis 40.4 zur Erhöhung der Schaltsicherheit genauso lang gewählt wie die Pulsabstände 34.1 und 34.2. Die Pulsabstände 40.1 bis 40.4 könnten allerdings auch mit zunehmender Eingangsspannung 36 im Vergleich zu den Pulsabständen 34 verlängert werden. Durch die Steuereinheit 20 kann so die vom Relais 10 benötigte Leistung zum Halten einer Ein-Position deutlich vermindert werden. Im vorliegenden Beispiel wird bei Anlegen einer Eingangsspannung von 9 V bis 32 V nur eine sehr geringe Leistung zum Halten der Ein-Position des Relais 10 benötigt. Gleichzeitig kann das Relais 10 hohe Haltekräfte aufweisen und somit eine hohe Schocksicherheit beispielsweise bei Vibrationen gewährleisten.

Claims

Monostabiles Relais (10), insbesondere für den Hochstrombereich, mit einem Spulengehäuse (14), welches eine Spulenanordnung (22) und einen beweglichen Anker (24) umfasst, der durch den in der Spulenanordnung (22) mittels eines Spulenstroms erzeugbaren magnetischen Fluss einen Stromfluss über zwei Hauptkontaktanschlüsse (16.1, 16.2) zulässt oder unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass im Relais (10) eine Steuereinheit (20) zur Modulation des Spulenstroms vorgesehen ist.
Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenstroms in Abhängigkeit einer an dem Relais (10) anliegenden Eingangsspannung modulierbar ist.
Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit (20) ein gepulster Spulenstrom erzeugbar ist.
Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand der Pulse und/oder die Pulsweite des Spulenstroms von der Steuereinheit (20) kontrollierbar ist.
Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweite in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Relais (10) veränderbar ist.
Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand der Pulse und/oder die Pulsweite durch einen Regelkreis der Steuereinheit (20) ermittelbar und einstellbar ist.
Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) mindestens einen Filter aufweist.
Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) im Gehäuse der Spulenanordnung (14) integriert ist.
Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) auf einer im Wesentlichen runden Platine ausgebildet ist.
Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spulenkontaktierung durch die Steuereinheit (20) hindurchgeführt ist.