DE102011108949A1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais (1), insbesondere Kraftfahrzeug-Relais, mit einem Magnetjoch (2), mit einer Relaisspule (7), mit einem um eine Drehachse (3) schwenkbaren Klappanker (4), an dem als Arbeits- oder Umschaltkontakt ein Bewegkontakt (5) gegenüber mindestens einem ersten Festkontakt (6a) gehalten ist, sowie mit einem Piezoaktor (9), der infolge dessen Ansteuerung den Arbeits- bzw. Umschaltkontakt (5, 6a, 6b) bei stromloser Relaisspule (7) geschlossen hält.
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Relais, mit einem Magnetjoch und mit einer Relaisspule sowie mit einem um eine Drehachse schwenkbaren Klappanker, an dem als Arbeits- bzw. Umschaltkontakt ein Bewegkontakt gegenüber mindestens einem ersten Festkontakt gehalten ist.
- Ein Relais, wie es insbesondere auch in einem Kraftfahrzeug als elektromagnetischer Schalter vielfach Anwendung findet, wird über einen Steuerstromkreis, in dem die Relaisspule liegt, aktiviert und schaltet üblicherweise mindestens einen weiteren Stromkreis, in den beispielsweise ein Elektromotor, eine Benzinpumpe oder häufig auch sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten, beispielsweise eines Kraftstoff-Einspritzsystems, geschaltet ist.
- Prinzipiell wird zwischen monostabilen und bistabilen Relais unterschieden. Ein monostabiles Relais benötigt sowohl zum Anziehen als auch zum Halten des Ankers einen dauerhaften Stromfluss durch die Relaisspule (Erregerwicklung), um die Arbeitsstellung (EIN) einzunehmen und zu halten. Wird der Stromfluss unterbrochen, so geht das Relais autark in seine Ruhestellung (AUS). Ein bistabiles Relais kann im stromlosen Zustand zwei verschiedene stabile Zustände aufweisen, wozu es bei einem im Steuerkreis erzeugten Stromimpuls in den jeweils anderen Schaltzustand umschaltet und diesen bis zum nächsten Steuerimpuls beibehält. Das bistabile Relais muss daher aktiv angesteuert werden, um in eine definierte Schaltstellung zu gelangen.
- Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich sind möglichst leistungsarme Relais mit stromsparender Relaisansteuerung gewünscht bzw. gefordert, zumal Verlustleistungen und insbesondere Dauerverluste einen entsprechend erhöhten CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs bedingen.
- Zur Bereitstellung leistungsarme Relais ist es aus der
DE 43 25 619 A1 bekannt, zwei Relais in einer ersten Phase, in der eine vergleichsweise große Anzugsspannung für den Anker erforderlich ist, parallel und im Anschluss an das Schließen des Arbeitskreiskontaktes in einer zweiten Phase, in der nur eine vergleichsweise geringe Haltespannung erforderlich ist, in Reihe zu schalten. - Bei einem aus der
DE 44 10 819 A1 bekannten Relais überbrückt ein Schalter einen Haltewiderstand, der den Haltestrom der Erregerwicklung des Relais einstellt. Infolge des Überbrückens des Widerstandes steht im ersten Moment des Einschaltens der Erregerwicklung ein vergleichsweise großer Anzugsstrom zur Verfügung. - Aus der
DE 10 2005 037 410 A1 ist es bekannt, im Anschluss an das erfolgte Anziehen des Relais im Erregerkreis über einen Mikrokontroller die Spannungsversorgung auf ein den Arbeitskontakt haltendes Minimum zu reduzieren. - Bei einem aus der
DE 10 2008 023 626 A1 bekannten Relais ist die Relaissteuerung dazu ausgebildet, bei der Relaisbestromung mittels eines Schalters den Erregerstrom derart zu steuern, dass durch die Erregerwicklung zunächst ein Anzugsstrom und nach Ablauf einer Anzugszeit ein Haltestrom fließt, der kleiner ist als der Anzugsstrom. - Auch ist es beispielsweise aus der
DE 92 12 266 U1 bekannt, beim Steuern eines Relais im Anschluss an die Anzugszeit durch eine Pulsweitenmodulation des Spulenstroms die Verlustleistung in der Relaisspule zu verringern. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bevorzugt als Kraftfahrzeug-Relais geeignetes elektromagnetisches Relais anzugeben, das insbesondere im Haltebetrieb (EIN) möglichst leistungsarm arbeitet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Hierzu weist das Relais einen den Beweg- oder Umschaltkontakt und bildet somit ein hybrides System mit monostabilem Verhalten bei nur sehr geringer Stromaufnahme. Der Beweg- bzw. Umschaltkontakt wird bei stromloser Erregerwicklung mittels des Piezoaktors vorzugsweise indirekt über den Klappanker, an dem der Bewegkontakt in Form eines Federkontaktes federvorgespannt anliegt, geschlossen halten.
- Das erfindungsgemäße Relais ist somit zwar einem bistabilen System nach dem Prinzip des Haltebetriebs vergleichbar. Jedoch ist im Haltebetrieb die Relaisspule bzw. Erregerwicklung im Gegensatz zu einem herkömmlichen monostabilen Relais stromlos. Der Piezoaktor benötigt lediglich bei dessen Ansteuerung einen kurzen Stromfluss, während anschließend an diesem bei nur sehr geringem Leckstrom lediglich eine Spannung anliegen muss (Haltebetrieb). Da der Piezoaktor somit nahezu leistungslos arbeitet und die Relaisspule stromlos ist, arbeitet das erfindungsgemäße Relais im Haltebetrieb ebenfalls praktisch leistungslos.
- Das hierdurch bereitgestellte hybride Piezorelais-System ist zum sicheren Schalten besonders geeignet. Das monostabile Verhalten gewährleistet, dass das Piezorelais bei einem Spannungsausfall, insbesondere bei Ausfall der Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, zuverlässig autark in einen definierten Zustand übergeht. Da im Haltebetrieb und bei stromloser Relaisspule der Piezoaktor die Kontaktschließung nur aufrecht erhält, solange dessen Ansteuerspannung anliegt, erfolgt eine spontane Kontaktöffnung bei Abfall der Ansteuerspannung infolge des Spannungsabfalls der Versorgungs- bzw. Bordnetzspannung.
- Aufgrund des praktisch leistungslos aufrecht erhaltenen Halte- bzw. Ruhezustands ist das erfindungsgemäße Relais insbesondere im Kraftfahrzeugbereich äußerst vorteilhaft, da die geringe Verlustleistung mit einer entsprechenden CO2-Einsparung des Kraftfahrzeugs einhergeht. Zudem ist die Temperaturentwicklung der Relaisspule des erfindungsgemäßen hybriden Piezorelais-Systems, d. h. die Betriebstemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Relais erheblich geringer und annähernd Raumtemperatur. Dies bietet den erheblichen Vorteil einer besonders flexiblen bzw. variablen Gestaltung des Einbauraums für das Piezorelais.
- Zwar ist es grundsätzlich bekannt, ein Relais mit einem Piezoaktor (piezoelektrischer Elongator) auszurüsten. Bei diesen Relais, wie sie beispielsweise aus der
DE 36 03 020 C2 , aus derWO 89/02659 DE 198 13 128 A1 oder derDE 10 2006 018 669 A1 bekannt sind, ersetzt jedoch ein insbesondere als piezoelektrischer Biegewandler ausgeführter Piezoaktor die Erregerwicklung bzw. -spule und greift unmittelbar am Arbeitskontakt an. - Auch ist bei einem aus der
DE 41 18 177 A1 bekannten Fehlerstromauslöser ein Piezoaktor eingesetzt, der in direktem mechanischen Kontakt am Klappanker angreift. Der Piezoaktor dient jedoch, zusätzlich oder alternativ zu einer den Polschenkel eines U-förmigen Magnetjoches umgebenden Erregerwicklung, zum Abheben des Klappankers von der Polfläche, um eine am Klappanker angreifende mechanische Rückstellfeder zur Überwindung einer unerwünschten Haftkraft zu unterstützen. - Der Piezoaktor des erfindungsgemäßen Relais ist vorzugsweise als (Piezo-)Stapelaktor (stack) ausgeführt, dessen Krafthubrichtung parallel zur Drehachse des Klappankers verläuft. Zur Vergrößerung des vom Piezoaktor infolge dessen Ansteuerung erzeugten Krafthubs ist geeigneterweise eine Hebelübersetzung vorgesehen, die den Krafthub in einen Klemmhub zur lösbaren Fixierung eines klappanker- bzw. bewegkontaktseitig gehaltenen Zugelementes umsetzt. Das Übersetzungsverhältnis ist geeigneterweise 2:1, so dass ein Krafthub des Piezoaktors von beispielsweise ≥ 15 μm zu einem Klemmhub ≥ 30 μm führt.
- Das einseitig am Klappanker bzw. Bewegkontakt (Wechsel- oder Umschaltkontakt) gehaltene Zugelement ist in vorteilhafter Ausgestaltung freiendseitig in einen Klemmspalt geführt und dort infolge der Ansteuerung des Piezoaktors kraftschlüssig gehalten.
- Der Klemmspalt ist bevorzugt am Magnetjoch vorgesehen. Hierzu ist in den zum Klappanker parallelen Polschenkel des geeigneterweise L-förmigen Magnetjochs ein durch eine Materialaussparung hergestellter Schlitz bereitgestellt, der bezogen auf die Relaisspule radial verläuft und an einer geeigneten Stelle von einem durch das Magnetjochmaterial gebildeten, schmalen Steg unterbrochen bzw. geschlossen ist. Hierdurch sind ausgehend von einer durch den Materialsteg gebildeten Dreh- oder Kippstelle in Richtung des Piezoaktors ein von diesem beaufschlagter Hebelarm und in der anderen Richtung zum Klemmspalt hin ein Klemmarm eines um die Drehstelle schwenkenden Klemmhebels gebildet. Die Länge des Klemmarms ist dabei vorzugsweise größer als, vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Länge des Hebelarms.
- Im Montagezustand stützt sich der den Klemmhebel beaufschlagende Piezoaktor an einem Stützschenkel ab, dessen Abstand zum Klemmhebel an die Aktorhöhe des Piezoaktors angepasst ist. Bezogen auf die Relaisspule ist ein zum radialen Polschenkel rechtwinklig verlaufender axialer Funktionsschenkel vorzugsweise mit einer U-förmigen Aufnahmetasche für den Piezoaktor versehen. Die zueinander parallelen U-Schenkel gehen in den Stützschenkel bzw. in den Klemmschenkel des Polschenkels über.
- An den Funktionsschenkel ist der Klappanker über die Drehachse angelenkt. Zudem ist geeigneterweise ein von der Erregerwicklung umgebener Magnetkern der Relaisspule einerseits gegen den Klappanker geführt und andererseits am Magnetjoch, das heißt am dem Klappanker gegenüberliegenden Polschenkel befestigt, beispielsweise genietet.
- Um ein (radiales) Ausgleiten des Zugelementes aus dem geöffneten Klemmspalt zuverlässig zu verhindern, ist dieser von einer sickenartigen Klemmnut gebildet, in der das Zugelement sicher einliegt. Eine Klemmnocke, die in die Klemmnut eingreift, ist zweckmäßig am Klemmhebel vorgesehen, während die Klemmnut sich dann auf der gegenüberliegenden Spaltseite am verbleibenden Polschenkel des Magnetjochs befindet.
- Der Bewegkontakt ist bevorzugt als Federkontakt zur Erzeugung einer am Klappanker angreifenden Federrückstellkraft ausgeführt. Hierzu ist ein etwa L-förmiges Federelement geeignet gebogen bzw. geformt, wobei einer der abgekröpften Federschenkel am Funktionsschenkel des Magnetjochs und der weitere Federschenkel am Klappanker fixiert sind.
- Da sich der Piezoaktor erkanntermaßen ähnlich einem Kondensator bei der Stromaufnahme verhält, ist einerseits lediglich im Moment der Erzeugung der Klemmkraft ein Stromfluss erforderlich. Andererseits ist zum sicheren Lösen der Klemmung bei Ausfall der Steuerspannung zur Ansteuerung des Piezoaktors diesem ein geeigneter ohmscher Widerstand parallel geschaltet. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Relais sicher in den vorgegebenen Zustand übergeht, insbesondere durch ein entsprechend zuverlässiges Öffnen des Arbeitskontaktes oder durch einen Kontaktwechsel im Falle eines Umschaltkontaktes.
- Die Komponenten des erfindungsgemäßen Relais sind vorzugsweise in einem aus einem Gerätesockel und einer Gehäusekappe gebildeten Relaisgehäuse zuverlässig abgedichtet montiert. Dabei ist sowohl der Relaisspule als auch dem Piezoaktor eine vorzugsweise gemeinsame Steuerelektronik gehäuseintern zugeordnet. Aus dem Gehäusesockel sind die Arbeits- bzw. Umschaltkontakte sowie die Steuerkontakte für die Elektronik als Flachsteckeranschlüsse herausgeführt. Die Anschlüsse des Piezoaktors sind gehäuseintern mit der Elektronik verbunden.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch ein elektromagnetisches Relais mit einer Relaisspule in einem Magnetjoch mit daran schwenkbarem Klappanker und einem Piezoaktor, der einen Arbeits- bzw. Umschaltkontakt bei stromloser Erregerwicklung mittels eines Zugelementes geschlossen hält, -
2 in detaillierter Seitenansicht das Magnetjoch mit unter Bildung eines Klemmhebels geschlitztem Polschenkel, -
3 in perspektivischer Detailansicht das elektromagnetische Relais mit Blick auf den Piezoaktor bei geöffnetem Gehäuse, -
4 eine weitere perspektivische Ansicht des elektromagnetischen Relais mit Blick auf den Arbeits- bzw. Umschaltkontakt und auf das Zugelement, -
5 eine erste Explosionsdarstellung des Relais mit teilmontiertem Gehäusesockel, separiertem Joch und Relaisspule sowie einer Gehäusekappe, -
6 das Relais in differenzierter Explosionsdarstellung, und -
7 ein Schaltbild des elektromagnetischen Relais. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt schematisch das Relais1 mit einem Magnetjoch2 mit daran um eine Drehachse3 schwenkbarem Klappanker4 , an dem ein Bewegkontakt5 gehalten ist. Der Bewegkontakt5 befindet sich in der Schließstellung mit einem Festkontakt (Ruhekontakt)6a sowie in Offenstellung zu einem weiteren Festkontakt (Arbeitskontakt)6b , so dass insgesamt ein Wechsel- oder Umschaltkontakt gebildet ist. - Zwischen dem Klappanker
4 und einem hierzu parallelen Polschenkel2a des L-förmigen Magnetjoches2 befindet sich die nachfolgend auch als Erregerwicklung bezeichnete Relaisspule7 mit deren Magnetkern8 . Bezogen auf die Relaisspule7 verlaufen der Magnetkern8 sowie ein Funktionsschenkel2b des Magnetjoches2 in Axialrichtung x, während der Klappanker4 und der Polschenkel2a des Magnetjoches2 diesbezüglich in Radialrichtung y verläuft. In der Nähe des Funktionsschenkels2b bzw. des Übergangs zwischen diesem und dem Polschenkel2a des Magnetjoches2 befindet sich ein Piezoaktor9 . Dieser ist als Piezostapelaktor (stack) ausgeführt. - Dem Funktionsschenkel
2b des Magnetjoches2 gegenüberliegend befindet sich ein nachfolgend auch als Klemmfeder bezeichnetes Zugelement10 , das die offene Seite des U-förmigen Magnetjoches2 überspannt und einerseits am Klappanker4 sowie andererseits am Polschenkel2a des Magnetjochs2 gehalten ist. Das dem Klappanker4 zugeordnete Federende10a des Zugelementes10 ist am Klappanker4 unlösbar gehalten, während das gegenüberliegende Klemmende10b des Zugelementes10 in einem im Polschenkel2a vorgesehenen Klemmspalt11 (2 ) bei angezogenem Klappanker4 und somit geschlossenen Kontakten5 ,6a klemmfixiert ist. In diesem Zustand kann die Relaisspule7 stromlos gesteuert werden, ohne dass der Klappanker4 abfällt und demzufolge der Kontakt5 ,6a öffnet. - Hierdurch ist ein hybrides Piezorelais-System zum sicheren Schalten mit monostabilem Verhalten und äußerst geringer Stromaufnahme bereitgestellt. Da die Relaisspule
7 im gezeigten Haltebetrieb stromlos und der Piezoaktor9 zur Aufrechterhaltung der infolge dessen Ansteuerung bzw. Spannungsbeaufschlagung erzeugten Klemmkraft FK, die das Zugelement10 bei angezogenem Anker4 hält, lediglich der erforderlichen Ansteuerspannung bedarf und die Leckströme bei einem derartigen Piezostapelaktor9 äußerst gering sind, wird die Kontaktschließung der Kontakte5 ,6a nahezu leistungslos erzielt. Dies ist insbesondere im Kraftfahrzeugbereich äußerst vorteilhaft, da die Verlustleistung eines Relais mit jedem Watt elektrischer Leistung mit einem entsprechend erhöhten CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs einhergeht. -
2 zeigt in einer Seitenansicht auf den Polschenkel2a des Magnetjoches2 einen am Polschenkel2a ausgebildeten Klemmhebel12 , der durch einen in Radialrichtung y verlaufenden Längsschlitz13 im Polschenkel2a gebildet ist. Entlang des Längsschlitzes (Material- oder Radialschlitz)13 ist ein Materialsteg14 vorhanden bzw. verblieben, der eine Drehstelle um die strichliniert angedeutete Drehachse15 bildet und den Längsschlitz13 praktisch lokal schließt. Zwischen der Drehstelle bzw. Drehachse15 und dem Ort des Piezoaktors9 entsteht somit eine Hebelarm a, während zwischen der Drehstelle14 und dem Klemmspalt11 ein Klemmarm b entsteht. Dabei ist der Klemmarm b im Ausführungsbeispiel etwa doppelt so lang wie der Hebelarm a (b ≥2a ). - Um die in z-Richtung verlaufende Aktorhöhe h des Piezoaktors beabstandet zum Klemmhebel
12 ist in das Magnetjoch2 ein Stützschenkel16 eingebracht, an dem sich der infolge dessen Ansteuerung den Klemmhebel12 betätigende Piezoaktor9 abstützt. Gemäß dem dargestellten kartesischen Koordinatensystem verläuft die vom Piezoaktor9 erzeugte Klemmkraft FK sowie dessen Hubrichtung in z-Richtung, während der den Klemmhebel12 bildende Längsschlitz13 in Radialrichtung y verläuft. - Aus
2 vergleichsweise deutlich erkennbar ist auch die Ausgestaltung des Klemmspaltes11 . So ist in den Polschenkel2a des Magnetjoches2 im Bereich des Klemmspaltes11 eine Klemmnut11a eingebracht, in der das Klemmende10b des Zugelementes10 einliegt und somit gegen ein Ausschwenken in Radialrichtung y gesichert ist. In die Klemmnut11a greift eine Klemmnocke11b unter Zwischenlage des Klemmendes10b des Zugelementes10 ein, die an den Klemmhebel12 und dort an das Freiende dessen Klemmarms b angeformt ist. - Die
3 bis6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais1 in verschiedenen perspektivischen Ansichten (3 und4 ) sowie in unterschiedlich detaillierten Explosionsdarstellungen (5 und6 ). - Aus
3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist das im Klemmspalt11 einliegende und an dessen Klemmende10d geklemmte Zugelement10 . Erkennbar ist zudem der am Polschenkel2a genietete Magnetkern8 , der die Relaisspule bzw. Erregerwicklung7 durchsetzt und mit einem Kopf17 (6 ) ankerseitig an einem Spulenkörper oder -träger18 abgestützt ist (4 ). - Zur besonders funktionalen und raumsparenden Anordnung des Piezoaktors
9 ist in den Funktionsschenkel2b des Magnetjoches2 eine U-förmige Aufnahmetasche19 eingebracht. Deren zueinander parallelen U-Schenkel19a und19b gehen in den (oberen) Klemmschenkel12 bzw. in den (unteren) Stützschenkel16 des Polschenkels2a über. - Der Piezoaktor
9 ist mit Kontaktelementen20a ,20b kontaktiert, die ihrerseits mit einer Elektronik21 zur Relaissteuerung verbunden sind. Mit der Elektronik21 verbunden sind auch Kontaktelemente22a ,22b , die in nicht näher dargestellter Art und Weise mit den Wicklungsenden der Relaisspule7 kontaktiert sind. Diese Kontaktelemente22a ,22b sind im Spulenkörper18 fixiert, wie aus6 ersichtlich ist. Die Elektronik21 ist zudem mit Steueranschlüssen23a ,23b verbunden, die in6 dargestellt sind. - Wie aus den
4 und6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist der Bewegkontakt5 als Federkontakt ausgeführt. Dazu weist ein L-förmiges Federelement24 einen am Funktionsschenkel2b des Magnetjoches gehaltenen Federschenkel24a sowie einen weiteren Federschenkel24b auf, der auf die der Relaisspule7 abgewandte Außenseite des Klappankers4 geführt und dort mit diesem verbunden ist. Das Federelement24 und somit der Feder- bzw. Bewegkontakt5 bewirkt eine Rückstellkraft FR auf den Klappanker4 in x-Richtung, so dass dieser unterstütz durch die entsprechende Federkraft abfällt, wenn sowohl die Relaisspule7 stromlos als auch der Piezoaktor9 spannungslos und somit der Klemmspalt1 geöffnet ist. - Die dargestellten und beschriebenen Komponenten und Bauelemente des Relais
1 sind an bzw. auf einem Gehäusesockel25 montiert, der im Montageendzustand mittels einer Gehäusekappe26 vorzugsweise schmutz- und feuchtigkeitsdicht abgedeckt ist. Aus dem im Querschnitt etwa quadratischen Gehäusesockel25 sind bodenseitig Kontaktanschlüsse K1, K2 (Arbeits- bzw. Ruhekontaktanschluss) der Festkontakte6a (Ruhekontakt) bzw.6b (Arbeitskontakt), mindestens ein Kontaktanschluss K3 (Steueranschluss23a und/oder23b ) der Elektronik21 , mindestens ein Kontaktanschluss K4 (Spulenkontaktanschluss) der Relaisspule7 sowie ein Kontaktanschluss K5 (Wechselkontaktanschluss) des Beweg- bzw. Wechsel- oder Umschaltkontaktes5 herausgeführt. - In
7 ist ein Schaltbild des elektromagnetischen Piezo-Relais1 gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Schaltstromkreis oder -pfad27 , in den eine Last28 , beispielhaft eine Benzinpumpe oder ein Elektromotor, in Reihe mit dem Arbeitskontakt6b zwischen dem Pluspol und dem Minuspol bzw. Masse einer Versorgungsspannung UV geschaltet ist, wird von einem Steuerkreis bzw. -pfad29 des Relais1 galvanisch getrennt geschaltet. Während in4 das elektromagnetische Relais1 im Einschaltzustand (EIN) zeigt, ist in7 der Ausschaltzustand (AUS) dargestellt. - Die Elektronik
21 wird mit einer Steuerspannung US versorgt, die bei einem Kraftfahrzeug aus dessen Bordnetzspannung gewonnen wird. Dem Piezoaktor9 ist ein ohmscher Widerstand R elektrisch parallel geschaltet, um bei Ausfall der Steuerspannung US die Klemmung des Zugelementes10 im Klemmspalt11 sicher zu lösen. In einem solchen Fehlerfall geht der Bewegkontakt5 aus dem gezeigten Schließ- oder Arbeitszustand in den sicheren Umschaltzustand mit Kontaktierung am Wechselkontakt6b über. - Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Relais
- 2
- Magnetjoch
- 2a
- Polschenkel
- 2b
- Funktionsschenkel
- 3
- Drehachse
- 4
- Klappanker
- 5
- Bewegkontakt
- 6a
- Arbeitskontakt
- 6b
- Ruhekontakt
- 7
- Relaisspule
- 8
- Magnetkern
- 9
- Piezoaktor
- 10
- Zugelement
- 10a
- Federende
- 10b
- Klemmende
- 10d
- Klemmende
- 11
- Klemmspalt
- 11a
- Klemmnut
- 11b
- Klemmnocke
- 12
- Klemmhebel
- 13
- Längsschlitz
- 14
- Materialsteg
- 15
- Drehachse/-stelle
- 16
- Stützschenkel
- 18
- Spulenkörper
- 19
- Aufnahmetasche
- 19a
- U-Schenkel
- 19b
- U-Schenkel
- 20a
- Kontaktelement
- 20b
- Kontaktelement
- 21
- Elektronik
- 22a
- Kontaktelement
- 22b
- Kontaktelement
- 23a
- Steueranschluss
- 23b
- Steueranschluss
- 24
- Federelement
- 24a
- Federschenkel
- 24b
- Federschenkel
- 25
- Gehäusesockel
- 27
- Schaltstromkreis/-pfad
- 28
- Last
- 29
- Steuerkreis/-pfad
- a
- Hebelarm
- b
- Klemmarm
- h
- Aktorhöhe
- FK
- Klemmkraft
- FR
- Federrückstellkraft
- K1
- Arbeitskontaktanschluss
- K2
- Ruhekontaktanschluss
- K3
- Spulenkontaktanschluss
- K4
- Spulenkontaktanschluss
- K5
- Wechselkontaktanschluss
- US
- Steuerspannung
- UV
- Versorgungsspannung
- X
- Axialrichtung
- y
- Radialrichtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (18)
- Elektromagnetisches Relais (
1 ), insbesondere Kraftfahrzeug-Relais, mit einem Magnetjoch (2 ) und mit einer Relaisspule (7 ) sowie mit einem um eine Drehachse (3 ) schwenkbaren Klappanker (4 ), an dem ein Bewegkontakt (5 ) gegenüber mindestens einem ersten Festkontakt (6a ,6b ) gehalten ist, gekennzeichnet durch einen Piezoaktor (9 ), der infolge dessen Ansteuerung den Bewegkontakt (5 ) bei stromloser Relaisspule (7 ) geschlossen hält. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Piezostapelaktor (9 ), dessen Krafthubrichtung (h) infolge der Ansteuerung parallel zur Drehachse (3 ) des Klappankers (4 ) verläuft. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Hebelübersetzung (a, b) zur Umsetzung eines vom Piezoaktor (9 ) infolge dessen Ansteuerung erzeugten Krafthubs in einen Klemmhub zur lösbaren Klemmfixierung eines klappanker- und/oder bewegkontaktseitig gehaltenen Zugelementes (10 ). - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das einseitig am Klappanker (4 ) gehaltene Zugelement (10 ) freiendseitig in einen Klemmspalt (11 ) geführt und infolge der Ansteuerung des Piezoaktors (9 ) im Klemmspalt (11 ) kraftschlüssig gehalten ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (2 ) ein um eine Dreh- oder Kippstelle (15 ) schwenkenden Klemmhebel (12 ) mit einem vom Piezoaktor (9 ) beaufschlagten Hebelarm (a) und mit einem zum Klemmspalt (11 ) geführten Klemmarm (b) aufweist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmhebel (12 ) durch einen in das Magnetjoch (2 ), insbesondere in deren Polschenkel (2a ), eingebrachten Radialschlitz (13 ) hergestellt ist, der von einem die Drehstelle (15 ) darstellenden Materialsteg (14 ) gebildet ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmarm (b) länger als, insbesondere mindestens doppelt so lang wie der Hebelarm (a) ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (10 ) axial und der Klemmspalt (11 ) radial zur Relaisspule (7 ) orientiert ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (2 ) einen zum Klemmhebel (12 ) beabstandeten Stützschenkel (16 ) aufweist, an dem sich der infolge dessen Ansteuerung den Klemmhebel (12 ) betätigende Piezoaktor (9 ) abstützt. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Klemmhebel (12 ) und dem Stützschenkel (16 ) an die in Hubrichtung (z) des Piezoaktors (9 ) verlaufende Aktorhöhe (h) angepasst ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein L-förmiges Magnetjoch (2 ) mit bezogen auf die Relaisspule (7 ) einem radialen Polschenkel (2a ) und einem axialen Funktionsschenkel (2b ), an den der Klappanker (4 ) über die Drehachse (3 ) angelenkt ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsschenkel (2b ) eine U-förmige Aufnahmetasche (19 ) für den Piezoaktor (9 ) aufweist, wobei die zueinander parallelen U-Schenkel (19a ,19b ) in den Klemmschenkel (12 ) bzw. in den Stützschenkel (16 ) des Polschenkels (2a ) übergehen. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisspule (7 ) einen von einer Erregerwicklung umgebenen und gegen den Klappanker (4 ) geführten Magnetkern (8 ) aufweist, der am Magnetjoch (2 ) befestigt ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmspalt (11 ) von einer, vorzugsweise am Klemmhebel (12 ) vorgesehenen, Klemmnocke (11b ) und einer sickenartigen Klemmnut (11a ) gebildet ist, in welche die Klemmnocke (11b ) unter Sicherung des Zugelementes (10 ) gegen ein radiales Ausschwenken eingreift. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt (5 ) als Federkontakt zur Erzeugung einer am Klappanker (4 ) angreifenden Federrückstellkraft (FR) ausgeführt ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein etwa L-förmiges Federelement (24 ) des Federkontaktes derart gebogen ist, dass einer der abgekröpften Federschenkel (24a ) am Funktionsschenkel (2a ) des Magnetjochs (2 ) und der weitere Federschenkel (24b ) am Klappanker (4 ) fixiert sind. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass unter Bildung des Umschaltkontaktes (5 ,6a ,6b ) ein zweiter Festkontakt (6b ) mit einem dem Piezoaktor (9 ) parallel geschalteten ohmschen Widerstand (R) verbunden ist. - Elektromagnetisches Relais (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einer Steuerelektronik (21 ) zur Ansteuerung sowohl der Relaisspule (7 ) als auch des Piezoaktors (9 ).
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