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Die Erfindung betrifft ein Relais mit zwangsgeführten Kontakten, welches wenigstens einen Öffner und wenigstens einen Schließer aufweist.
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Relais mit zwangsgeführten Kontakten, welche umgangssprachlich auch Sicherheitsrelais genannt werden, werden vorwiegend in sicherheitsgerichteten Anwendungen zum Schalten elektrischer Lasten eingesetzt. Derartige Sicherheitsrelais weisen wenigstens einen Öffner und wenigstens einen Schließer sowie einen Betätiger auf, welcher verhindert, dass Öffner und Schließer gleichzeitig geschlossen werden können.
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Ein solches Sicherheitsrelais ist beispielsweise aus der
DE 198 47 831 C2 bekannt. Das bekannte Sicherheitsrelais weist einen Grundkörper, der eine Grundebene festlegt, ein auf dem Grundkörper angeordnetes Magnetsystem mit Spule, Kern und Anker und mindestens ein Schließer-Kontaktfederpaar und mindestens ein Öffner-Kontaktfederpaar auf. Die Kontaktfederpaare sind senkrecht zur Grundebene angeordnet und werden von einem Betätigungsschieber betätigt, und zwar in einer Richtung parallel zur Grundebene.
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Da die Miniaturisierung auch in sicherheitsgerichteten Anwendungen, wie z. B. in sicherheitsgerichteten Automatisierungsanlagen Einzug genommen hat, sind Sicherheitsrelais mit kleinem Bauraum erstrebenswert.
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Aus der
DE 43 00 594 A1 ist ein Sicherheitsrelais bekannt, welches bei kleiner Leistungsaufnahme zu einer Miniaturisierung des gesamten Relais führen soll. Das Sicherheitsrelais weist einen H-Anker auf, dessen Längsachse etwa parallel zur Längsachse einer Antriebsspule angeordnet ist. Weiterhin sind mehrere zwangsgeführte Kontaktfedersätze vorgesehen, welche gegeneinander abgekammert sind und von einem gemeinsamen Betätiger betätigt werden können. Alle Kontaktfedersätze liegen räumlich getrennt vom H-Anker und oberhalb des H-Ankers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Relais mit zwangsgeführten Kontakten zu schaffen, welches einen kompakteren, einfacheren und somit auch kostengünstigeren Aufbau als die bekannten Relais ermöglicht.
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Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass der Anker des Magnetsystems als Federkontaktträger fungiert.
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Das obengenannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach ist ein Relais mit zwangsgeführten Kontakten vorgesehen, welches wenigstens einen Öffner und wenigstens einen Schließer aufweist. Der Öffner weist ein bewegbares Öffner-Kontaktelement und ein Öffner-Festkontaktelement auf, während der Schließer ein bewegbares Schließer-Kontaktelement und ein Schließer-Festkontaktelement aufweist. Das Relais enthält weiterhin ein Magnetsystem, welches eine Spule, einen Kern und einen Anker aufweist. Zudem ist ein Betätiger vorgesehen, der senkrecht zur Längsachse der Spule bewegbar ist. Das bewegbare Öffner-Kontaktelement ist am Anker befestigt. Der Anker dient somit auch als Kontaktelementträger. Die Längsachse des Ankers verläuft in einem Schaltzustand im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Spule. Das bewegbare Schließer-Kontaktelement verläuft wenigstens abschnittsweise parallel zur Längsachse der Spule. Das frei bewegliche Ende des bewegbaren Öffner-Kontaktelements und das frei bewegliche Ende des bewegbaren Schließer-Kontaktelements sind mit dem Betätiger gekoppelt.
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Mit Festkontaktelement ist ein im Unterschied zum bewegbaren Kontaktelement feststehendes Kontaktelement zu verstehen. Mit Schaltzustand ist ein Zustand des Relais zu verstehen, in welchem der Anker entweder angezogen oder nicht angezogen ist, d. h. in welchem die Spule stromdurchflossen oder stromlos ist.
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Der maximale Winkel, der von der Längsachse des Ankers und der Längsachse der Spule eingeschlossen wird, beträgt vorzugsweise 10°.
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Zweckmäßigerweise weisen das bewegbare Öffner-Kontaktelement und das bewegbare Schließer-Kontaktelement jeweils eine Kontaktfeder auf.
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Um einen kompakten Relaisaufbau zu erreichen und die Anzahl an Einzelteile gering halten zu können, ist das bewegbare Öffner-Kontaktelement als Rückstellfeder für den Anker ausgebildet.
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Um eine kompakte und platzsparende Bauweise zu ermöglichen, ist die Spule zwischen dem bewegbaren Öffner-Kontaktelement und dem bewegbaren Schließer-Kontaktelement und der Betätiger seitlich einer Stirnseite der Spule angeordnet. Auf diese Weise kann eine Bauhöhe des Relais erreicht werden, die im Wesentlichen durch die Länge des Betätigers definiert wird.
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Eine kompakte Bauweise kann auch dadurch erreicht werden, dass das bewegbare Öffner-Kontaktelement mit dem dem frei beweglichen Ende gegenüberliegenden Ende am Kern befestigt ist.
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Vorzugsweise ist das bewegbare Öffner-Kontaktelement am Anker und am Kern genietet.
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Um die Bauteile des Relais gegeneinander elektrisch zu isolieren, ist ein Grundkörper vorgesehen, welcher einen ersten Aufnahmebereich, in welchem das Magnetsystem zumindest teilweise angeordnet ist, einen zweiten Aufnahmebereich, in welchem der Schließer zumindest teilweise angeordnet ist und einen dritten Aufnahmebereich, in welchem der Betätiger zumindest teilweise angeordnet ist, aufweist. Der Grundkörper ist aus dielektrischem Material aufgebaut, vorzugsweise Kunststoff.
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Um eine kompakte und stabile Montage des Relais zu ermöglichen, weist der Grundkörper wenigstens einen vierten Aufnahmebereich auf, in welchem das Öffner-Festkontaktelement zumindest teilweise angeordnet ist.
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Um den zweiten und dritten Aufnahmebereich zumindest teilweise abdecken zu können, kann eine Bodenplatte auch Abschlussplatte genannt, vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist der Öffner einem Signalisierungsstromkreis und der Schließer einem Laststromkreis zugeordnet. Bei dem Signalisierungsstromkreis kann es sich um einen Diagnosestromkreis handeln, welcher signalisiert, ob der Schließer offen oder geschlossen ist.
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Um einen kompakten und einfachen Aufbau des Relais zu ermöglichen, ist der Anker als Klappanker ausgebildet.
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Ein kompakter und einfacher Aufbau des Relais wird auch dadurch ermöglicht, dass vorteilhafter Weise das Magnetsystem ein Joch und der Kern einen Vorsprung aufweisen, welche bei stromdurchflossener Spule als Auflage für den Anker fungieren.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Explosivdarstellung eines beispielhaften Sicherheitsrelais gemäß der Erfindung,
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2 eine perspektivische Darstellung des aus den in 1 gezeigten Einzelteilen aufgebauten Sicherheitsrelais mit abgenommener Kappe, und
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3 eine Längsschnittansicht des in 2 gezeigten Sicherheitsrelais entlang der Linie A-B, und zwar mit aufgesetzter Kappe.
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In der Explosivdarstellung nach 1 sind die Einzelteile eines beispielhaften Sicherheitsrelais 5, d. h. eines Relais mit zwangsgeführten Kontakten gezeigt. Die Einzelteile werden nunmehr – von oben nach unten schauenderläutert.
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Das beispielhafte Sicherheitsrelais 5 weist eine Kappe 10 und einen Diagnose-Festkontaktträger 20 auf, welcher Teil eines als Öffner ausgebildeten Diagnosekontakts ist. Der beispielhafte Diagnose-Festkontaktträger 20 weist einen länglichen Diagnose-Anschlussstift 25 mit rechteckförmigen Querschnitt auf, an den sich über einen Verbindungsabschnitt 24 ein Kontaktbefestigungsabschnitt 28 anschließt, der sich senkrecht zum Anschlussstift 25 erstreckt. Der Verbindungsbereich 24, der obere Abschnitt des Diagnose-Anschlussstifts 25 und der Kontaktbefestigungsbereich 28 begrenzen einen im Wesentlichen rechteckförmigen Montage- oder Halteabschnitt 23. Ein Diagnose-Festkontaktstück 27 kann am Kontaktbefestigungsbereich 28 befestigt werden. Diagnose-Festkontaktstück 27 und Diagnose-Festkontaktträger 20 bilden ein Öffner-Festkontaktelement.
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Weiterhin weist das Sicherheitsrelais 5 einen Betätiger 30 auf. Der beispielhafte Betätiger 30 weist einen rechteckförmigen Grundabschnitt 32 auf, an dessen einer Seite ein Kopfteil 35 angeformt ist, das zum Ergreifen einer Diagnose-Kontaktfeder 40 ausgebildet ist. An dem dem Kopfteil 35 gegenüberliegenden Ende des Grundabschnitts 32 ist eine Aussparung 36 vorgesehen, in welche eine Last-Kontaktfeder 150 eingreifen kann. Dies ist eine beispielhafte Möglichkeit, Diagnose-Kontaktfeder 40 und Last-Kontaktfeder 150 mittels des Betätigers 30 zwangszuführen.
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Die Diagnose-Kontaktfeder 40 weist einen im Wesentlichen ebenen und rechteckförmigen Basisabschnitt 41 auf, der an einen Anker 50 befestigt, zum Beispiel genietet, werden kann. An ein Ende des Basisabschnitts 41 schließt sich ein im Wesentlichen rechtwinklig geformter Rückstellfederbereich 47 an. Das andere, frei bewegliche Ende der Diagnose-Kontaktfeder 40 wird durch zwei parallel verlaufende, zungenförmige Vorsprünge 42 gebildet. Die Vorsprünge 42 liegen in einer Ebene, die parallel, aber unterhalb der Ebene, in der der Basisabschnitt 41 liegt, verläuft. An jedem Vorsprung 42 ist ein Federkontaktstück 44 bzw. 46 angebracht. Die beiden zungenartigen Vorsprünge 42 können in entsprechende Ausnehmungen des Kopfteils 35 des Betätigers 30 eingeführt werden. Diagnose-Kontaktfeder 40 und Federkontaktstücke 44 und 46 bilden zusammen ein bewegbares Öffner-Kontaktelement, welches mit dem Diagnose-Festkontaktelement einen Öffner des Sicherheitsrelais 5 bildet.
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Der Anker 50 ist beispielsweise als Klappanker ausgebildet und weist einen rechteckförmigen Trägerbereich 52 auf, auf welchem dem der Basisabschnitt 41 der Diagnose-Kontaktfeder 40 befestigt werden kann. Der Klappanker 50 weist einen vorderen Bereich 54 auf, welcher im Querschnitt dünner als der Trägerbereich 52 ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Basisabschnitt 41 der Diagnose-Kontaktfeder 40 und dem Klappanker 50 ein Spielraum geschaffen, der eine freie Bewegung des frei beweglichen Endes 42 der Diagnose-Kontaktfeder 40 ermöglicht.
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Des Weiteren enthält das Sicherheitsrelais 5 ein Magnetsystem, welches neben dem Anker 50 vorzugsweise ein L-förmiges Joch 60, einen Spulenkörper 70, eine Spule 80 und einen Kern 90 aufweist.
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Der Kern 90 kann an einem Ende eine T-förmige Auflagefläche 92 aufweisen, in der an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Schulter 93 zur Anlage an einen Sockel 120 ausgebildet ist. An der Stirnseite der Auflagefläche 92 kann der Rückstellfederbereich 47 der Diagnose-Kontaktfeder 40 befestigt, beispielsweise angenietet werden. Zur Montage kann die Spule 80 auf den Spulenkörper 70 aufgeschoben oder aufgewickelt werden. Der Spulenkörper 70 weist einen Flansch 72 sowie einen Flansch 74 auf, die verhindern, dass die Spule 80 vom Spulenkörper 70 rutschen kann. Wird die Spule 80 auf den Spulenkörper 70 aufgeschoben, kann einer der beiden Flansche 72 oder 74 erst am Spulenkörper 70 befestigt werden, nachdem die Spule 80 auf den Spulenkörper 70 geschoben worden ist. Nunmehr kann der Kern 90 in den Spulenkörper 70 geschoben werden, bis die Auflagefläche 92 am Flansch 72 des Spulenkörpers 70 anliegt. Der Kern 90 ragt dann teilweise an der Seite des Flansches 74 heraus, so dass das L-förmige Joch 60, welches eine entsprechende Öffnung 62 aufweist, auf das Ende des Kerns 90 aufgeschoben werden kann, wie dies im montierten Zustand in 3 gezeigt ist. Das Joch 60 weist ferner eine Auflagefläche 64 auf, die parallel zur Längsachse der Spule 80 verläuft und mit der Oberseite der Auflagefläche 92 des Kerns 90 fluchten kann. Ein Diagnose-Anschlussstift 110 ist über das L-förmige Joch 60 mit der Diagnose-Kontaktfeder 40 verbunden. An dem Joch 60 ist ferner an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Schulter 63 ausgebildet.
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Der Flansch 74 des Spulenkörpers 70 weist ein Drehlager 76 auf, in das ein Schenkel eines L-förmigen Drehbolzens 79 eingesetzt werden kann. Der andere Schenkel des Drehbolzens 79 kann in einen Halteblock 71 eingesetzt werden. Der Halteblock 71 weist zwei Bohrungen 77 und 78 auf, durch die jeweils ein Spulen-Anschlussstift 102 bzw. 100 durchgeführt werden kann.
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Das Sicherheitsrelais 5 weist weiterhin einen Sockel 120 auf, der die Funktion eines Isolierkörpers hat. Der Sockel 120, welcher auch als Grundkörper bezeichnet wird, ist aus dielektrischem Material, vorzugsweise Kunststoff aufgebaut.
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Der Sockel 120 weist eine kurze Seitenwand 121 und eine der Seitenwand 121 gegenüberliegende kurze Seitenwand 122 auf. Weiterhin weist der Sockel 120 zwei durch eine Ausnehmung getrennte Seitenabschnitte 123a und 123b auf, die eine lange Seitenwand 123 bilden. Der Seitenwand 123 liegt eine lange Seitenwand 124 gegenüber. Der schmale obere Rand der Seitenwände 123 und 124 bildet jeweils eine Auflagefläche 129, die sich zur kurzen Seitenwand 121 hin erstreckt. Im montierten Zustand liegen auf den Auflageflächen 129 die Schultern 93 des Kerns 90 an, wie dies in 2 dargestellt ist.
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Weiterhin weist der Sockel 120 eine Trennfläche 125 auf, die von den Seitenabschnitten 123a und 123b, der kurzen Seitenwand 121, der langen Seitenwand 124 und einer Trennwand 126 seitlich begrenzt wird. Die Trennwand 126 steht senkrecht auf der Trennfläche 125. Auf diese Weise wird ein erster Aufnahmebereich oder eine erste Kammer 130 definiert, in welche im montierten Zustand das Magnetsystem zumindest teilweise angeordnet ist. Der schmale obere Rand des Seitenabschnitts 123a und der schmale obere Rand der langen Seitenwand 124 bilden jeweils eine Auflagefläche 123c, die sich zur Trennwand 126 hin erstreckt. Im montierten Zustand liegen auf den Auflageflächen 123c die Schultern 63 des Jochs 60 an, wie dies in 2 dargestellt ist.
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Ferner weist der Sockel 120 einen zweiten Aufnahmebereich 131 auf, der unterhalb der Trennfläche 125 liegt und nur in 3 sichtbar ist. Der zweite Aufnahmebereich 131 erstreckt sich im Wesentlichen von der kurzen Seitenwand 121 bis zur Trennwand 126, die aber nicht in den zweiten Aufnahmebereich 131 hineinragt. Die Trennfläche 125, die kurze Seitenwand 121, die lange Seitenwand 124 und ein Wandabschnitt 128, der sich rechtwinklig von der Trennfläche 125 nach unten erstreckt, legen den zweiten Aufnahmebereich 131 fest, der zur kurzen Seitenwand 122 und zum Boden hin offen ist.
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Der Sockel 120 weist einen dritten Aufnahmebereich 132 auf, welcher senkrecht zum ersten Aufnahmebereich 130 und zum zweiten Aufnahmebereich 131 verläuft. Der dritte Aufnahmebereich 132 dient der Aufnahme bzw. der Führung des Betätigers 30. Im Wesentlichen wird der dritte Aufnahmebereich 132 durch den Seitenabschnitt 123a, abschnittsweise durch die lange Seitenwand 124, die Trennwand 126 und durch eine parallel zur kurzen Seitenwand 122 verlaufenden Trennwand 127 begrenzt. Der Sockel 120 weist vorteilhafter Weise einen vierten Aufnahmebereiche 133 und einen fünften Aufnahmebereich 134 auf, welche parallel zum dritten Aufnahmebereich 132 verlaufen und im montierten Zustand den Haltebereich 23 und den Diagnose-Anschlussstift 25 des Diagnose-Festkontaktträgers 20 aufnehmen. Der fünfte Aufnahmebereich 134 ist in einer Ecke des Sockels 120 ausgebildet und wird durch den Seitenabschnitt 123a und die Seitenwand 122 begrenzt. Der Aufnahmebereich 134 ist so dimensioniert, dass der Diagnose-Anschlussstift 25 hindurch gesteckt werden kann. Der vierte Aufnahmebereich 133 wird im Wesentlichen durch die kurze Seitenwand 122, die Trennwand 127 und durch einen Abschnitt der langen Seitenwand 124 begrenzt. Der Querschnitt des Aufnahmebereichs 133 ist vorzugsweise schlitzförmig.
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Das Relais 5 enthält weiterhin einen Last-Federträger 140 mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Grundfläche 142. An der Grundfläche 142 sind beispielsweise zwei Positionierungsstifte 143 und 144 angeformt, die senkrecht zur Grundfläche 142 verlaufen. Weiterhin weist der Last-Federträger 140 einen Last-Anschlussstift 145 auf, der vorteilhafter Weise senkrecht zur Grundfläche 142 und in entgegen gesetzter Richtung zu den Positionierungsstiften 143 und 144 verläuft. Der Last-Federträger 140 dient als Träger einer Last-Kontaktfeder 150. Die Last-Kontaktfeder 150 weist einen rechteckförmigen Trägerabschnitt 155 auf, der an die Unterseite der Grundfläche 142 des Last-Federträgers 140 befestigt, beispielsweise angenietet werden kann. An den Trägerabschnitt 155 schließt sich ein Übergangsabschnitt 156 an, der mit dem Trägerabschnitt 155 einen stumpfen Winkel einschließt. An den Übergangsabschnitt 156 schließt sich ein Kontaktaufnahmebereich 157 an, der wiederum einen stumpfen Winkel mit dem Übergangsbereich 156 bildet. Der Kontaktaufnahmebereich 157 liegt somit in einer Ebene, die parallel zu und oberhalb der Ebene verläuft, in welcher der Trägerabschnitt 155 liegt. Der Kontaktaufnahmebereich 157 geht in einen zungenförmigen Vorsprung 158 über, der bei der Montage des Relais 5 in den Schlitz 36 des Betätigers 30 hindurch gesteckt wird. An der Unterseite des Kontaktaufnahmebereichs 157 der Last-Kontaktfeder 150 kann ein beispielsweise kreisförmiges Kontaktstück 160 befestigt werden. Der Last-Federträger 140, die Last-Kontaktfeder 150 und das Federkontaktstück 160 bilden ein bewegbares Schließer-Kontaktelement.
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Weiterhin gehört zu dem Relais 5 ein Last-Festkontaktträger 180, welcher eine in etwa rechteckförmige Grundfläche 182 aufweist, auf der ein beispielsweise kreisförmiges Last-Kontaktstück 190 befestigt werden kann. An der Grundfläche 182 des Last-Festkontaktträgers 180 ist ein Last-Anschlussstift 184 angeformt, welcher beispielsweise L-förmig ausgebildet ist. Der L-förmige Anschlussstift 184 hat einen parallel zur Grundfläche 182 verlaufenden Schenkel sowie einen senkrecht zur Grundfläche 182 verlaufenden Schenkel, welcher den eigentlichen Anschlussstift bildet. Der Last-Federträger 140, die Last-Kontaktfeder 150, und der Last-Festkontaktträger 180 sind im zusammengesetzten Zustand zumindest teilweise in dem zweiten Aufnahmebereich 131 des Sockels 120 untergebracht, wie dies in 3 gezeigt ist. Der Last-Festkontaktträger 180 und das Festkontaktstück 190 bilden ein Schließer-Festkontaktelement. Schließer-Festkontaktelement und bewegbares Schließer-Kontaktelement bilden zusammen den Schließer des Relais 5.
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Weiterhin ist eine Abschlussplatte 170 vorgesehen, die den Sockel 120 bodenseitig zumindest teilweise abdeckt. Die Abschlussplatte 170 weist einen Anschlag 172 auf, welcher den Halteblock 71 festlegt. Zudem ist eine Stützwand 174 an der Abschlussplatte 170 angeformt, die den Last-Festkontaktträger 180 und die Last-Kontaktfeder 150 seitlich stützt.
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2 ist eine isometrische Darstellung des zusammengebauten Sicherheitsrelais 5, dessen Einzelteile in 1 dargestellt sind, wobei die Kappe 10 entfernt ist.
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In 2 ist der Sockel 120 mit der kurzen Seitenwand 121 und den Seitenabschnitten 123a und 123b, welche die lange Seitenwand 123 bilden, dargestellt. Die lange Seitenwand 124 ist nur ansatzweise zu sehen. Weiterhin ist der in das Lager 79 und den Halteblock 71 eingreifende Drehbolzen 79 gezeigt. Der Halteblock 71 ist eingeschwenkt und wird durch den Anschlag 72 und den Seitenabschnitt 123b in Position gehalten. Die Spulen-Anschlussstiften 100 und 102 werden vom Haltebblock 71 in Position gehalten. Neben den Spulen-Anschlussstiften 100 und 102 ragen der Diagnose-Anschlussstift 25 des Diagnose-Festkontaktträgers 20 sowie der Diagnose-Anschlussstift 110 aus der Unterseite der Abschlussplatte heraus. Auf der rechten Seite der Abschlussplatte 170 ragen der Last-Anschlussstift 145 des Last-Federkontaktträgers 140 sowie der Last-Anschlussstift 184 des Last-Festkontaktträgers 180 heraus.
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Das Magnetsystem, von welchem die Magnetspule 80, das L-förmige Joch 60 mit der Auflagefläche 64, das Lager 76 des Spulenkörpers, die T-förmige Auflagefläche 92 des Kerns 90 und der Klappanker 50 zu sehen sind, ist zusammen mit der am Klappanker 50 befestigten Diagnose-Kontaktfeder zumindest teilweise im ersten Aufnahmebereich 130 positioniert. Dazu stützen sich die Schultern 93 des Kerns 90 auf den Auflageflächen 129 der Seitenwände 123 und 124 ab. Auf der gegenüberliegenden Seite des Sockels 120 liegen die Schultern 63 des Jochs 60 auf den Auflageflächen 123c des Seitenabschnitts 123a und der Seitenwand 124 an, wodurch das Magnetsystem in dem Aufnahmebereich 130 gehalten wird.
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Der Rückstellfederbereich 47 der Diagnose-Kontaktfeder 40 ist an der zur Seitenwand 121 gerichteten Rückseite der T-förmigen Auflagefläche 92 des Kerns 90 befestigt. Das zur Seitenwand 121 weisende Ende des Klappankers 50 ist auf der Oberseite der T-förmigen Auflagefläche 92 gelagert. Bei stromloser Spule 80, d. h. im unerregten Zustand des Magnetsystems, welcher in 2 dargestellt ist, sorgt die Kontaktfeder 40 mittels des Rückstellfederbereichs 47 dafür, dass der Klappanker 50 angehoben wird, sodass sich zwischen der Auflagefläche 64 des Jochs 60 und dem Vorsprung 54 des Klappankers 50 ein Arbeitsluftspalt ausbildet.
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In der linken Ecke des Sockels 120 befindet sich die Aufnahmekammer 134, durch die der Diagnose-Anschlussstift 25 geführt ist. Der Aufnahmebereich 134 positioniert und hält zusammen mit dem Aufnahmebereich 133 (in 2 nicht zu sehen) den Diagnose-Festkontaktträger 20. An den Diagnose-Anschlussstift 25 schließt sich der Verbindungsabschnitt 24 an, der sich am oberen Rand des Aufnahmebereichs 134 abstützt. Der Verbindungsbereich 24 geht in den Kontaktbefestigungsbereich 28 über, an dem das Festkontaktstück 27 (in 2 nicht zu sehen) befestigt ist. Ebenfalls dargestellt ist der rechteckförmige Halteabschnitt 23 des Diagnose-Festkontaktträgers 20, der in der vierten Aufnahmekammer 133 (in 2 nicht dargestellt) gehalten wird. Gezeigt ist weiterhin der Aufnahmebereich 132, in welchem der Betätiger 30 beweglich geführt wird. Der Aufnahmekopf 35 des Betätigers 30 weist Aussparungen oder Halteabschnitte auf, die die frei beweglichen Vorsprünge 42 der Diagnose-Kontaktfeder 40 ergreifen. Auf den Vorsprüngen 42 sind die Federkontaktstück 44 und 46 befestigt, wobei lediglich das Federkontaktstück 44 zu sehen ist. Im unerregten Zustand des Magnetsystems drückt, wie dargestellt, der angehobene Klappanker 50 die Federkontaktstücke 44 und 46 gegen das am Kontaktbefestigungsbereich 28 befestigte Festkontaktstück 27, sodass der Diagnosekontakt geschlossen ist. Demzufolge arbeitet der Diagnosekontakt als Öffner.
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Angemerkt sei an dieser Stelle, dass an die Spulen-Anschlussstifte 100 und 102 ein nicht dargestellter Steuerstromkreis angeschlossen werden kann, welcher den Spulenerregerstrom liefert. An die Diagnose-Anschlussstifte 25 und 110 kann ein nicht dargestellter Diagnose- oder Signalisierungskreis angeschlossen werden, der signalisiert, ob der Lastkontakt ordnungsgemäß geöffnet oder geschlossen ist. An die Lastanschlussstifte 184 und 145 kann ein Laststromkreis (nicht dargestellt) angeschlossen werden.
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Der Sockel 120 ist bodenseitig mit der Bodenplatte 170 zumindest teilweise abgeschlossen.
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3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie A-B des in 2 gezeigten Sicherheitsrelais 5 mit aufgesetzter Kappe 10, wobei man sich 2 um 150° im Uhrzeigersinn gedreht vorstellen muss.
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3 zeigt den Isolierkörper 120, auch Sockel, genannt, dessen erster Aufnahmebereich 130, zweiter Aufnahmebereich 131, dritter Aufnahmebereich 132 und vierte Aufnahmebereich 133 dargestellt sind. Der erste Aufnahmebereich 130 wird unter Anderem vom oberen Abschnitt der kurzen Seitenwand 121, von der Trennfläche 125 und der Trennwand 126 begrenzt. Der zweite Aufnahmebereich 131 wird unter Anderem durch den unteren Abschnitt der Seitenwand 121, die Abschlussplatte 170 und die Trennfläche 125 gebildet. Abschlussplatte 170 und Trennfläche 125 liegen parallel übereinander. Der Aufnahmebereich 131 ist zum dritten Aufnahmebereich 132 hin offen. Der dritte Aufnahmebereich 132 wird unter Anderem von der Abschlussplatte 170, der Trennwand 126 und der Trennwand 127 begrenzt. Parallel zum dritten Aufnahmebereich 132 erstreckt sich der vierte Aufnahmebereich 133, der bodenseitig von einem Bodenteil, welcher die Trennwand 127 und die kurze Seitenwand 122 verbindet, begrenzt wird. Die Aufnahmebereiche 132 und 134 verlaufen senkrecht zu den Aufnahmebereichen 130 und 131.
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In dem ersten Aufnahmebereich 130 ist das Magnetsystem zumindest teilweise angeordnet ist. Das Magnetsystem umfasst die Spule 80, welche auf dem Spulenkörper 70 angeordnet ist und von den Flanschen 72 und 74 des Spulenkörpers 70 in ihrer Position gehalten wird. Innerhalb des Spulenkörpers 70 ist der Kern 90 angeordnet, dessen eine Ende aus dem Spulenkörper 70 herausragt und sich bis an die Trennwand 126 erstrecken kann. Dieses Ende erstreckt sich durch die Aussparung 62 des Jochs 60, welches zwischen dem Flansch 74 und der Trennwand 126 angeordnet ist. Die Auflagefläche 64 des Jochs 60 erstreckt sich oberhalb der Spule 80 und verläuft im Wesentlichen parallel zur Spulenachse. An der gegenüberliegenden Seite weist der Kern 90 die T-förmige Auflagefläche 92 auf, welche an den Flansch 72 des Spulenkörpers 70 angrenzt und sich senkrecht über die Spule 90 hinaus erstreckt. Die Längsachse der Spule 80, die Längsachse des Spulenkörpers 70 und die Längsachse des Kerns 90 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Trennfläche 125 des Sockels 120.
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Die Oberseite der Auflagefläche 64 des Jochs 60 und die Oberseite der Auflagefläche 92 des Kerns 90 liegen jeweils winklig zur Spulenachse, damit die Ankerauflagefläche 52 in allen Schaltzuständen einen definierten Berührungspunkt bzw. eine -achse zur Oberseite der Auflagefläche 64 des Joches 60 und zur Oberseite der Auflagefläche 92 des Kernes 90 hat. Der Klappanker 50 ist mit seinem einen Ende auf der Auflagefläche 92 des Kerns 90 gelagert. Am Klappanker 50 ist die Diagnose-Kontaktfeder 40 beispielsweise im Bereich des Basisabschnitts 41 angenietet. Am hinteren, auf der Auflagefläche 92 gelagerten Ende des Klappankers 50 beginnt der Rückstellfederbereich 47 der Diagnose-Kontaktfeder 40. Diese ist um beispielsweise 90° gegenüber der Längsachse des Ankers 50 gebogen und an der zur Seitenwand 121 weisenden Stirnfläche der Auflagefläche 92 des Kerns 90 befestigt. Der Rückstellfederbereich 47 der Diagnose-Kontaktfeder 40 ist derart geformt, dass eine Vorspannung aufgebaut wird, die bei stromloser Spule 80 den Klappanker 50 in der dargestellten, abgehobenen Position hält. In dieser Stellung, das ist die Ruhestellung des Sicherheitsrelais 5, befindet sich zwischen dem Vorsprung 54 des Klappankers 50 und der Auflagefläche 64 des Jochs 60 ein Luftspalt. Im Bereich des Vorsprungs 54 des Klappankers 50 geht der Basisabschnitt 41 der Diagnose-Kontaktfeder 40 in ein frei bewegliches Ende über, welches durch die beiden zungenförmigen Vorsprünge 42 gebildet wird. Wie in 1 gezeigt, ist jeweils ein Federkontaktstück auf einem der zungenförmigen Vorsprünge befestigt. In 3 ist lediglich das am Vorsprung 42 befestigte Federkontaktstück 44 sichtbar. Zweckmäßiger Weise liegen die Vorsprünge 42 in einer Ebene mit der Unterseite des Klappankers 50. Die Vorsprünge 42 werden vom Aufnahmekopf 35 des Betätigers 30 ergriffen, der in dem dritten Aufnahmebereich 132 senkrecht zur Spulenachse bewegbar ist. Der Betätiger 30 erstreckt sich zum zweiten Aufnahmebereich 131.
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Wichtig an dieser Stelle ist, darauf hinzuweisen, dass sowohl der Klappanker 50, als auch die Diagnose-Kontaktfeder 40 Doppelfunktionen ausführen. So fungiert der Klappanker 50 nicht nur als klassischer Anker, sondern auch als Träger für die Diagnose-Kontaktfeder 40. Die Diagnose-Kontaktfeder fungiert zum Einen, in klassischer Weise als Kontaktfeder und darüber hinaus als Rückstellfeder für den Anker 50.
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Der zum Öffner gehörende Diagnose-Festkontaktträger 20 wird mittels des in den vierten Aufnahmebereich 133 eingeführten Halteabschnitts 23 in dem Sockel 120 gehalten. Der Kontaktbefestigungsbereich 28 des Diagnose-Festkontaktträgers 20 verläuft senkrecht zum Halteabschnitt 23 und parallel zur Spulenachse und erstreckt sich bis etwa zur Trennwand 126. An dem Kontaktbefestigungsbereich 28 ist das Festkontaktstück 27 befestigt.
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In dem zweiten Aufnahmebereich 131 ist der als Schließer betriebene Lastkontakt des Sicherheitsrelais 5 angeordnet. Der Lastkontakt weist den Last-Federträger 140 mit der Grundfläche 142 auf, an deren Unterseite der Trägerabschnitt 155 der Lastkontaktfeder 150 befestigt ist. Der Last-Federkontaktträger 140 ist im linken Abschnitt des zweiten Aufnahmebereichs 131 angeordnet. Der Positionierstift 142 positioniert den Last-Federträger 140 innerhalb des Sockels 120. Der Trägerabschnitt 155 und die Grundfläche 142 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Spulenachse. An den Trägerabschnitt 155 schließt sich der Übergangsabschnitt 156 an, an den sich wiederum der Kontaktaufnahmebereich 157 der Last-Kontaktfeder 150 anschließt. Der Kontaktaufnahmebereich 157 verläuft im Wesentlichen parallel zum Trägerabschnitt 155, weist aber im Unterschied zu diesem einen größeren Abstand zur Abschlussplatte 170 auf. Der Last-Federträger 140 und die Last-Kontaktfeder 150 werden von der Stützwand 174 der Abschlussplatte 170 in Position gehalten. An der Unterseite des Kontaktaufnahmebereichs 157 ist in der Aussparung 159 das Federkontaktstück 160 montiert. Unterhalb des Kontaktaufnahmebereichs 157 ist der die Grundfläche 182 aufweisende Last-Festkontaktträger 180 angeordnet, an dessen Oberseite das Festkontaktsstück 190 in der entsprechenden Aussparung 183 montiert ist.
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Festkontaktstück 190 und Federkontaktstück 160 fluchten zueinander. An den Kontaktaufnahmebereich 157 schließt sich der zungenförmige Vorsprung 158 an, der sich in den dritten Aufnahmebereich 132 und durch den Schlitz 36 des Betätigers 30 erstreckt. Der Vorsprung 158 und der Kontaktaufnahmebereich 157 verlaufen bei stromloser Spule 80 vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Spulenachse.
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Anzumerken ist, dass der in dem Aufnahmebereich 131 angeordnete Lastkontakt von dem darüber liegenden Magnetsystem isoliert ist.
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Aus der Abschlussplatte 170 ragen von links nach rechts der Lastanschlussstift 145 des Last-Federträger 140, der Last-Anschlussstift 184, die Spulenanschlussstifte 100 und 102, der Diagnose-Anschlussstift 110 und der Diagnose-Anschlussstift 25 des Diagnose-Festkontaktträgers 20 heraus.
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Durch den besonderen Aufbau des Sicherheitsrelais 5, bei welchem die Längsachse der Spule 80, die Längsachse des Spulenkerns 90, die Längsachse des Klappankers 50, die Längsachse der Diagnose-Kontaktfeder 40, die Längsachse der Last-Kontaktfeder 150, die Längsachse des Last-Federträgers 140 und die Längsachse des Last-Federkontaktträgers 180 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, kann eine kompakte Bauweise mit niedriger Bauhöhe erreicht werden. Dadurch, dass das Magnetsystem zwischen der Diagnose-Kontaktfder 40 und der Last-Kontaktfeder 150 und der Betätiger 30 seitlich neben dem Magnetsystem angeordnet ist, kann eine Bauhöhe erreicht werden, die in etwa der Länge des Betätigers 30 entspricht.
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Nachfolgend wird kurz die Funktionsweise des Sicherheitsrelais 5 erläutert. Grundsätzlich ist die Funktionsweise eines Sicherheitsrelais bekannt.
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Bei stromloser Spule 80 ist, wie dargestellt, der Klappanker 50 und somit der Betätiger 30 angehoben. Demzufolge ist der Diagnosekontakt über die Federkontaktstücke 44 und 46 und das Festkontaktstück 27 geschlossen und der Lastkontakt geöffnet, da sich das Federkontaktstück 160 und das Festkontaktstück 190 nicht berühren.
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Wird nunmehr über die Spulen-Anschlussstifte 100 und 102 ein Erregerstrom durch die Spule 80 geführt, baut sich in an sich bekannterweise ein Magnetfeld auf, welches den Klappanker 50 in Richtung zur Auflagefläche 64 zieht und somit den Magnetkreis schließt. Durch die Bewegung des Klappankers 50 wird das frei bewegliche Ende 42 der Diagnose-Kontaktfeder 40 und somit der Betätiger 30 in Richtung zur Abschlussplatte 170 bewegt. Dadurch werden die Federkontaktstücke 44 und 46 und das Festkontaktstück 27 getrennt und der Öffner wird geöffnet. Je nach Implementierung kann bei einer stromdurchflossenen Spule 80 die Längsachse des Klappankers und somit die Längsachse der Diagnose-Kontaktfeder 40 parallel oder nahezu parallel zur Spulenlängsachse verlaufen. Gleichzeitig drückt der Betätiger 30 den Kontaktaufnahmebereich 157 der Last-Kontaktfeder 150 ebenfalls in Richtung zur Abschlussplatte 170, so dass das Federkontaktstück 160 mit dem Festkontaktstück 190 des Last-Festkontaktträgers 180 in Berührung kommen. Dadurch wird der Lastkontakt und ein an die Lastkontakte 145 und 184 angeschlossener Lastkreis geschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Sicherheitsrelais
- 10
- Kappe
- 20
- Diagnose-Festkontaktträger
- 23
- Halteabschnitt
- 24
- Verbindungsabschnitt
- 25
- Diagnose-Anschlussstift
- 27
- Festkontaktstück
- 28
- Kontaktbefestigungsbereich
- 30
- Betätiger
- 35
- Aufnahmekopf
- 36
- Schlitz
- 40
- Diagnose-Kontaktfeder
- 41
- Basisabschnitt
- 42
- freies bewegliches Ende, 2 zungenförmige Vorsprünge
- 44, 46
- Federkontaktstücke
- 47
- Rückstellfederbereich
- 50
- Klappanker
- 52
- Trägerbereich
- 54
- Vorsprung
- 60
- L-förmiges Joch
- 64
- Auflagefläche
- 62
- Aussparung
- 63
- Schulter
- 70
- Spulenkörper
- 72
- Flansch
- 74
- Flansch
- 71
- schwenkbarer Halteblock
- 76
- Lager
- 77, 78
- Durchgänge
- 79
- Drehbolzen
- 80
- Spule
- 90
- Kern
- 92
- T-förmige Auflagefläche
- 93
- Schulter
- 100, 102
- Spulen-Anschlussstifte
- 110
- Diagnose-Anschlussstift
- 120
- Sockel, Isolierkörper, Grundkörper
- 121
- kurze Seitenwand
- 122
- kurze Seitenwand
- 123
- lange Seitenwand
- 123a
- Seitenabschnitt
- 123b
- Seitenabschnitt
- 123c
- Auflagefläche
- 124
- lange Seitenwand
- 125
- Trennfläche
- 126
- Trennwand
- 127
- Trennwand
- 128
- Wandabschnitt
- 129
- Auflagefläche
- 130
- erster Aufnahmebereich, Kammer
- 131
- zweiter Aufnahmebereich, Kammer
- 132
- dritter Aufnahmebereich, Kammer
- 133, 134
- vierter und fünfter Aufnahmebereich
- 140
- Last-Federträger
- 142
- Grundfläche
- 143, 144
- Positionierungsstifte
- 145
- Last-Anschlussstift
- 150
- Last-Kontaktfeder
- 155
- Trägerabschnitt
- 156
- Übergangsabschnitt
- 157
- Kontaktaufnahmebereich
- 158
- zungenförmiger Vorsprung
- 159
- Aussparung
- 160
- Federkontaktstück
- 170
- Abschluss- oder Bodenplatte
- 172
- Anschlag
- 174
- Stützwand
- 180
- Last-Festkontaktträger
- 182
- Grundfläche
- 183
- Aussparung
- 184
- Last-Anschlussstift
- 190
- Festkontaktstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19847831 C2 [0003]
- DE 4300594 A1 [0005]
