-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine elektrische Schaltvorrichtung, insbesondere ein Relais.
-
Solche Schaltvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen meist wenigstens eine von einer ersten in eine zweite Schaltstellung bewegliche Schalteinrichtung auf. Ferner verfügen sie oft über ein Rückstellelement, das zumindest in der zweiten Schaltstellung eine zur ersten Schaltstellung gerichtete, auf die Schalteinrichtung wirkende Rückstellkraft ausübt. Ein solches Rückstellelement kann beispielsweise eine Rückstellfeder sein. Das Rückstellelement versucht, die Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung zu bewegen. Diese Bewegung wird für gewöhnlich durch einen Anschlag gestoppt. Durch das Auftreffen auf den harten Anschlag entsteht jedoch ein lautes Geräusch, so dass solche Schaltvorrichtungen bisher nicht in Umgebungen eingesetzt werden, bei denen solche Geräusche einen Benutzer stören oder ablenken können, wie zum Beispiel in Fahrzeuginnenräumen.
-
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, bei der ein leiseres Schalten der Anordnung möglich ist.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die Anordnung eine Gegenfeder umfasst, die eine auf die Schalteinrichtung wirkende Gegenkraft ausübt, wobei sich in der ersten Schaltstellung Gegenkraft und Rückstellkraft gegenseitig aufheben und wobei die Befestigungsstelle der Gegenfeder mit der Schalteinrichtung beweglich ist.
-
Durch die Gegenfeder wird die Schalteinrichtung sanft abgebremst, so dass ein Schaltgeräusch vermieden oder zumindest minimal gehalten wird.
-
Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen weiter verbessert werden.
-
Mindestens eine der Schaltstellungen kann eine offene Schaltstellung sein, das heißt eine Schaltstellung, in der beispielsweise ein angeschlossener Laststromkreis geöffnet ist. Insbesondere kann die erste Schaltstellung eine offene Schaltstellung sein. Eine der Schaltstellungen kann eine geschlossene Schaltstellung sein, das heißt eine Schaltstellung, bei der beispielsweise ein angeschlossener Laststromkreis geschlossen ist. Insbesondere kann die zweite Schaltstellung eine geschlossene Schaltstellung sein. Es können mehr als eine, beispielsweise zwei, insbesondere alle Schaltstellungen geschlossene Schaltstellungen sein. Bei einer solchen Ausgestaltung können beispielsweise verschiedene Laststromkreise mit einer einzigen Schaltstellung geschlossen werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Gegenfeder an der Schalteinrichtung befestigt. Dies ermöglicht eine einfache und kompakte Konstruktion.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Schalteinrichtung einen Anker und/oder eine Kontaktfeder. Ein Anker kann ein Element sein, an dem eine Schaltkraft anliegt. Beispielsweise kann ein Anker ein magnetisches Element sein, das von einem Elektromagneten angezogen wird, wenn dieser mit Strom beaufschlagt ist. Eine Kontaktfeder kann dazu dienen, auch bei geringen produktionsbedingten Abweichungen bei den Maßen eine ausreichende Kontaktkraft aufzubringen, beispielsweise um einen Laststromkreis sicher zu schließen und/oder die Position der Schalteinrichtung in einem definierten Bereich festzulegen.
-
Die Gegenfeder kann auf derselben Seite wie die Kontaktfeder vorspringen. Die Gegenfeder kann sich auf derselben Seite wie die Kontaktfeder abstützen. Dies erlaubt eine einfache und kompakte Konstruktion mit einer guten Kräfteverteilung.
-
Die Gegenfeder kann an der Kontaktfeder angeordnet sein. Sie kann I-, C-, U-, L- oder mäanderförmig an der Kontaktfeder angebunden sein. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Gegenfeder im ersten Schaltzustand, zum Beispiel beim Ausschalten oder Rückfallen, die Kontaktfedern bedämpft und hochfrequente Schwirrgeräusche der Kontaktfeder unterbindet. Durch die Integrierung der Gegenfeder mit der Kontaktfeder erhält somit die Gegenfeder eine zusätzliche Funktion in Form eines Dämpfungsglieds für die Kontaktfeder. Besonders gut gelingt dies, wenn die Anbindung nahe am Kontakt sitzt.
-
Die Schalteinrichtung kann mit einem Klappmechanismus versehen sein. Ein solcher Klappmechanismus kann an einer Seite ein Lager oder ein Gelenk umfassen. Die mindestens zwei Schaltstellungen können durch Verkippen oder Verklappen erreichbar sein.
-
Die Kontaktfeder und/oder die Gegenfeder und/oder das Rückstellelement können jeweils als Blattfeder ausgestaltet sein. Eine solche Ausgestaltung ist kompakt und einfach herzustellen.
-
Die Kontaktfeder und/oder die Gegenfeder und/oder das Rückstellelement können jeweils paarweise oder alle drei einteilig miteinander sein. Die Kontaktfeder und/oder Gegenfeder und/oder das Rückstellelement können Teil eines Federelements sein. Eine solche Konstruktion ist besonders kompakt und einfach. Insbesondere können mehrere Funktionen in einem einzigen Element gebündelt sein. Beliebige Kombinationen sind hierbei möglich. Vorteilhafterweise sind alle drei Elemente, das heißt Kontaktfeder und Gegenfeder und Rückstellelement Teil eines einzigen Federelements. Ein Federelement kann beispielsweise durch Stanzen, Prägen und/oder Biegen aus einem Metallblech geformt sein. Dabei können die Kontaktfeder und/oder Gegenfeder und/oder das Rückstellelement als Blattfedern ausgeformt sein. Insbesondere das Rückstellelement kann mit einem Federbauch oder einer Federlocke ausgestaltet sein, um eine einfache Konstruktion mit einem wirksamen Rückstellmechanismus zu erlauben. In einer besonders einfachen und platzsparenden Konstruktion, die eine gute Kräfteverteilung ermöglicht, haben die Kontaktfeder und die Gegenfeder parallele Schenkel.
-
Um eine sichere Kontaktierung zu ermöglichen, kann die Gegenfeder eine kleinere Federkonstante als die Kontaktfeder haben. Sie kann beispielsweise insbesondere bei einer Ausgestaltung als Blattfeder eine geringere Breite oder Dicke aufweisen oder einen längeren Schenkel und somit einen längeren Hebelarm haben. Sie kann auch L-förmig, S-förmig oder mäanderförmige ausgeführt werden zur Vergrößerung der federnden Länge. Sie kann aus einem anderen Material gefertigt sein oder durch bestimmte Behandlungsschritte weicher gemacht sein.
-
Gegenfeder und Kontaktfeder können sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken, um eine besonders kompakte und einfach herzustellende Ausgestaltung zu ermöglichen.
-
Die Gegenfeder kann durch zusätzliche Biegungen auch aus einer Ebene, aus einer Ebene, in der der Kontaktfeder liegt, hervorspringen, z.B. durch eine Z-förmige Kröpfung. Insbesondere können Teile der Gegenfeder parallel zu der Ebene liegen, um eine einfache Konstruktion zu ermöglichen.
-
Die elektrische Schaltvorrichtung kann ein Relais sein. Ein Relais kann insbesondere einen Elektromagneten, beispielsweise in Form einer Spule umfassen. Der Elektromagnet kann dazu ausgestaltet sein, die Schalteinrichtung zu betätigen, beispielsweise sie in den ersten oder zweiten Schaltzustand zu bringen, wenn sie mit Strom beaufschlagt ist. Bei Stromlosigkeit des Elektromagneten kann die Schalteinrichtung automatisch in den anderen Schaltzustand gezogen werden, insbesondere durch das Rückstellelement. Die Anordnung kann einen Steuerstromkreis umfassen, der die Schalteinrichtung steuert. Die Anordnung kann weiter einen Laststromkreis umfassen, der durch die Schalteinrichtung geschaltet wird, beispielsweise geöffnet und geschlossen oder in verschiedene Schaltzustände gebracht wird.
-
Die Anordnung kann im ersten Schaltzustand anschlagsfrei sein. Die Schalteinrichtung liegt also nicht an einem Anschlag an, sondern wird in einem Federgleichgewicht gehalten. Bei der Bewegung in den ersten Schaltzustand kann das Auftreten eines Geräusches dadurch verhindert oder minimiert werden. Es herrscht also ein Kräftegleichgewicht zwischen Gegenkraft und Rückstellkraft. In einem ersten Schaltzustand können ferner keine externen Kräfte wie Schaltkräfte, insbesondere Magnetkräfte vorhanden sein.
-
Auch im zweiten Schaltzustand kann die Anordnung anschlagsfrei sein, so dass auch bei der Bewegung in den zweiten Schaltzustand eine Geräuschbildung vermindert ist. Da in dem Schaltzustand jedoch ein definierter Kontakt mit hohen Kontaktkräften erwünscht sein kann, beispielsweise wenn ein Laststromkreis sicher geschlossen sein soll, kann ein Dämpfungselement vorhanden sein, das die Bewegung zwar nicht komplett abfängt, sie jedoch zumindest abbremst, so dass das entstehende Geräusch weniger laut ausfällt. Im zweiten Schaltzustand können insbesondere externe Kräfte wie Schaltkräfte, speziell Magnetkräfte eines Elektromagneten auf die Schalteinrichtung wirken, um diese entgegen der Wirkung des Rückstellelements in der zweiten Schaltstellung zu halten.
-
Um eine Geräuschbildung bei der Bewegung der Schalteinrichtung zu vermeiden, kann die Gegenfeder vorgespannt sein. Insbesondere kann sie zumindest in der zweiten Schalteinrichtung schon an einer Stützfläche oder einem Anschlag anliegen und zumindest eine kleine Gegenkraft erzeugen. Dadurch wird ein Geräusch verhindert, das auftreten würde, wenn die Gegenfeder erst im Zuge der Auslenkung auf die Stützfläche auftreffen würde.
-
Die Gegenfeder und/oder die Kontaktfeder und/oder das Rückstellelement können jeweils eine lineare Federcharakteristik aufweisen, zumindest in dem Auslenkbereich, der bei der Bewegung der Schalteinrichtung relevant ist. Um beispielsweise Beschädigungen zu vermeiden und/oder um die Auslenkung der Schalteinrichtung gering zu halten, kann auch eine progressive Federcharakteristik oder eine andere Federcharakteristik (degressiv, gestuft, o.ä.) vorhanden sein.
-
Eine Kontaktfeder kann ein Kontaktelement umfassen, um eine definierte Kontaktstelle herzustellen.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die gezeigten vorteilhaften Ausgestaltungen können unabhängig und beliebig miteinander kombinierbar sein..
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung;
-
2 eine schematische Perspektivansicht der Anordnung aus 1 in einer anderen Ansicht;
-
3A, 3B Weg-Kraft-Kennlinien der Anordnung aus den 1 und 2;
-
3C Weg-Kraft-Kennlinen der Anordnung aus den 1 und 2 im Vergleich mit Weg-Kraft-Kennlinien von Anordnungen aus dem Stand der Technik und entsprechende Energien;
-
3D Kennlinien von Federelementen und Magnet-Antriebssystemen gemäß der Erfindung;
-
3E Kennlinien von Federelementen und Magnet-Antriebssystemen aus dem Stand der Technik;
-
4 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
5 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
6 eine weitere schematische Perspektivansicht der Ausführungsform eines Federelementes aus 4;
-
7 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
8 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
9 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes zusammen mit einem Anker;
-
10 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
11 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
12 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
13 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federelementes;
-
14 ein Diagramm, das die weitere Geräuschminderung durch die Ausführungsformen der 10 bis 13 zeigt.
-
In den 1 und 2 ist eine Anordnung 1 für eine elektrische Schaltvorrichtung gezeigt. Dabei kann es sich insbesondere um ein Relais handeln. Bei der Darstellung in den 1 und 2 sind einige Elemente nicht dargestellt, um einen Blick auf die erfindungsrelevanten Elemente zu ermöglichen. Insbesondere ist zum Beispiel nur ein Spulenkörper 2 einer Spule, die als Elektromagnet fungiert, dargestellt. Die das Magnetfeld erzeugenden Windungen sind nicht dargestellt.
-
Die Anordnung 1 dient dazu, einen Laststromkreis mit Hilfe eines Steuerstromkreises zu steuern. Der Steuerstromkreis umfasst unter anderem die Spule. Diese erzeugt bei angelegtem Strom ein Magnetfeld, das wiederum eine Schalteinrichtung 3 anzieht und dadurch in die in den 1 und 2 dargestellte zweite Schaltstellung 200 bringt. In der zweiten Schaltstellung 200 liegt ein nicht dargestellter, in einer Aufnahmeöffnung 4 angebrachtes Kontaktelement in Kontakt mit einem ebenfalls nicht dargestellten Element eines Laststromkreises. Eine vorspringende Kontaktfeder 5 drückt das Kontaktelement dabei an, so dass dieses mit einer ausreichend hohen Kraft und an einer definierten Position anliegt.
-
Ein Rückstellelement 6 übt eine Rückstellkraft 60 auf die Schalteinrichtung 3 aus. Die Rückstellkraft 60 versucht die Schaltvorrichtung 3 in eine in den 1 und 2 nicht dargestellte erste Schaltstellung 100 zu bewegen.
-
Die Anordnung 1 verfügt des Weiteren über eine Gegenfeder 7, die eine an der Schalteinrichtung 3 wirkende Gegenkraft 70 ausübt. Fällt die von der Spule erzeugte Magnetkraft durch Abschalten des Stromes weg, so versucht das Rückstellelement 6 die Schalteinrichtung 3 aus der zweiten Schaltstellung 200 in die erste Schaltstellung 100 zu drücken. Um zu vermeiden, dass die Schalteinrichtung ein Geräusch erzeugt, wenn sie am Ende der Bewegung auf einen harten Anschlag trifft, erzeugt die Gegenfeder 7 eine sich mit einer Auslenkung der Schalteinrichtung 3 verändernde Gegenkraft 70, die der Rückstellkraft 60 entgegenwirkt. Dadurch wird die Bewegung der Schalteinrichtung 3 gebremst.. In der ersten Schaltstellung 100 gleichen sich die Rückstellkraft 60 und die Gegenkraft 70 gegenseitig aus, so dass ein Kräftegleichgewicht herrscht und die Schalteinrichtung 3 in diesem Kräftegleichgewicht anschlagsfrei gehalten ist.
-
Eine Befestigungsstelle 8 der Gegenfeder 7 ist mit der Schalteinrichtung 3 beweglich. Die Gegenfeder 7 ist an der Schalteinrichtung 3 befestigt. Sie wird über eine Niete 80 gehalten und befestigt.
-
Die Schalteinrichtung 3 umfasst die Kontaktfeder 5 und einen Anker 9. Der Anker 9 wird bei eingeschalteter Spule von dieser angezogen und schließt dadurch einen Magnetkreis, der den Spulenkern 20, ein Joch 25 und den Anker 9 umfasst.
-
Die Gegenfeder 7, die Kontaktfeder 5 und das Rückstellelement 6 sind Teil eines Federelementes 10. Das Federelement 10 wurde aus einem Metallblech hergestellt. Dazu wurde das Metallblech gestanzt und gebogen. Das Federelement 10 ist über die Niete 80 und eine weitere Niete 81 am Anker 9 befestigt. Der Anker 9 ist klappbar am Joch 25 befestigt. Der Anker 9 und damit die Schalteinrichtung 3 kann durch Klappen von der ersten Schaltstellung 100 in die zweite Schaltstellung 200 gebracht werden.
-
Das Rückstellelement 6 umfasst eine Federlocke 65 oder einen Federbauch, die im angebrachten Zustand vom Anker 9 beabstandet ist.
-
Die Gegenfeder 7 hat eine geringere Federkonstante als die Kontaktfeder 5. Dies wird im vorliegenden Fall dadurch erreicht, dass die Gegenfeder 7 eine in einer Breitenrichtung B gemessenen Breite 71 kleiner ist als die in der Breitenrichtung B gemessene Breite 51 der Kontaktfeder 5. Die Hebellänge, d.h. der Abstand zwischen der Niete 80 bzw. 81 und einem Kontaktpunkt, an dem sich die Gegenfeder 7 bzw. die Kontaktfeder 5 abstützt, ist jeweils etwa gleich. In einer anderen Ausführungsform könnte eine geringere Federkonstante auch durch einen längeren Hebelarm erzielt werden, d.h., dass bei der Kontaktfeder der Hebelarm kürzer ist als bei der Gegenfeder 7. Zur Vergrößerung der federnden Länge kann die Gegenfeder 7 auch L-förmig oder mäanderförmige ausgeführt werden, siehe 4 und 5. Auch die Dicke der Federn könnte unterschiedlich sein. Ferner könnten die Federn verschieden behandelt werden, beispielsweise aufgeweicht oder gehärtet werden.
-
Gegenfeder 7 und Kontaktfeder 5 können sich auf einer gemeinsamen Ebene E erstrecken, siehe 6, aber die Gegenfeder kann durch zusätzliche Biegungen auch aus dieser Ebene hervorspringen, z.B. durch eine Z-förmige Kröpfung, wie dies in 7 dargestellt ist.
-
Die Kontaktfeder 5 und die Gegenfeder 7 umfassen Schenkel 52 bzw. 72. Die Schenkel 52, 72 verlaufen parallel zueinander, um eine einfache Konstruktion zu ermöglichen und den Kräftefluss einfach zu halten. Beispielsweise können Verwindungen dadurch gering gehalten werden. Die Kontaktfeder 5 und die Gegenfeder 7 springen an einem distalen Ende 35 der Schalteinrichtung vor. Das distale Ende 35 liegt dabei einem proximalen Ende 36, an dem der Anker 9 gelenkig an dem Joch 25 angebracht ist, gegenüber. Die Gegenfeder 7 und die Kontaktfeder 5 stützen sich auf derselben Seite ab. Die Kontaktfeder 5 stützt sich über das nicht gezeigte Kontaktelement am Laststromkreis ab. Die Gegenfeder 7 stützt sich an einer Stützfläche 27 oder einem Anschlag ab. Durch die Abstützung auf derselben Seite kann die Anordnung kompakt gehalten werden.
-
Die Gegenfeder 7 ist vorgespannt. Sie liegt permanent an der Stützfläche 27 an. Insbesondere liegt sie auch in der hier gezeigten zweiten Schaltstellung 200 an der Stützfläche 27 an, um ein Geräusch zu vermeiden, das entstehen würde, wenn die Gegenfeder 7 erst im Laufe der Schaltbewegung auf die Stützfläche 27 treffen würde. In der hier gezeigten zweiten Schaltstellung 200 wirkt also schon eine, wenn auch geringe Gegenkraft 70 auf die Schalteinrichtung 3.
-
Wird die Schalteinrichtung 3 von der zweiten Schaltstellung 200 in Richtung der ersten Schaltstellung 100 bewegt, so vergrößert sich die Gegenkraft 70. Gleichzeitig nimmt in diesem Fall die Rückstellkraft 60 mit zunehmender Auslenkung ab. In der ersten Schaltstellung 100 kompensieren sich die Gegenkraft 70 und die Rückstellkraft 60 gegenseitig und die Schalteinrichtung 3 befindet sich in einem Kräftegleichgewicht. Gleichzeitig wirkt in der ersten Schaltstellung 100 keine Schaltkraft, wie etwa eine Magnetkraft. Die Schalteinrichtung 3 wird also sanft abgefangen und schlägt nicht wie im Stand der Technik hart auf einen Anschlag auf. Eine Geräuschbildung ist daher vermieden.
-
Um eine besonders einfache Ausgestaltung zu erzielen, befindet sich die Stützfläche 27 am Spulenkörper 2. Der Spulenkörper 2 kann beispielsweise ein Spritzgusselement sein. Durch die Anbringung der Stützfläche 27 am Spulenkörper 2 werden aufwändige Montagevorgänge vermieden. In einer alternativen Ausgestaltung könnte die Stützfläche 27 auch an einem anderen Element angeordnet sein, etwa an einem externen Element.
-
In den 3A und 3B sind die Weg-Kraft-Kennlinien bei einer Auslenkung der Schalteinrichtung 3 dargestellt. In 3A sind dabei die einzelnen Kräfte dargestellt, in 3B ist die resultierende Gesamtkraft dargestellt. Die Rückstellkraft 60 nimmt von der zweiten Schaltstellung 200 zur ersten Schaltstellung 100 hin ab. Im Bereich der zweiten Schaltstellung 200 kommt zur Rückstellkraft 60 noch die entgegen der Kontaktkraft 50 wirkende elastische Kraft 501 der Kontaktfeder 5 hinzu. Die Kontaktfeder 5 hat eine höhere Federsteifigkeit als die Rückstellfeder 6, so dass die Weg-Kraft-Kennlinie in diesem Bereich sehr steil verläuft. Sie endet in der Ordinate in dem Punkt, in dem die von den Federn erzeugte Kraft der Magnetkraft der Spule gleicht.
-
Die Gegenkraft 70 der Gegenfeder 7 wirkt der Rückstellkraft 60 entgegen und ist daher negativ. Mit steigender Auslenkung von der zweiten Schaltstellung 200 in die erste Schaltstellung 100 wächst sie betragsmäßig an. Da gleichzeitig die Rückstellkraft 60 betragsmäßig abnimmt, ist irgendwann der Punkt erreicht, in dem die Beträge der Kräfte gleich sind, jedoch die Vorzeichen verschieden sind. Dort herrscht ein Kräftegleichgewicht zwischen der Gegenkraft 70 und der Rückstellkraft 60. An diesem Punkt befindet sich die erste Schaltstellung 100. Anders als im Stand der Technik befindet sich hier jedoch kein Anschlag. Die Anordnung ist an der ersten Schaltstellung 100 also anschlagsfrei. Die Schalteinrichtung 3 kann federnd in der ersten Schaltstellung 100 abgefangen werden.
-
In 3C ist beispielhaft die Federkennlinie 300 eines Federelementes 10 laut der Erfindung mit der typischen Federkennlinie 301 eines Schließerrelais nach dem Stand der Technik verglichen. Die benötigten Energien sind als Einsätze rechts oben dargestellt.
-
Durch die anschlagfreie Charakteristik ist die Federenergie E1 des erfindungsgemäßen Federelementes 10, die sich durch die unter der Kurve befindliche Fläche darstellen lässt, verkleinert gegenüber der Federenergie E2 aus dem Stand der Technik. Dadurch ist es möglich, dass die Kennlinie 400 eine Magnet-Antriebssystemes, das zusammen mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird, eine geringere Ansprechkraft hat als die Kennlinie 401 eines Magnet-Antriebssystemes aus dem Stand der Technik. Ein Magnet-Antriebssystem gemäß Kennlinie 400 kann durch diese geringere Ansprechkraft kleiner und materialsparender ausgeführt werden z.B. bezüglich Wicklung und Eisenquerschnitt. In den 3D und 3E sind die Federkräfte 300 bzw. 301 zusammen mit möglichen Kennlinien zugehöriger Magnet-Antriebsysteme, wie z.B. Spulen, jeweils paarweise dargestellt.
-
3D zeigt, dass die Federkennlinie 300 eines Federelements 10 gemäß der Erfindung in ihrem Verlauf besser an die typische Kennlinie 400 des Magnet-Antriebssystemes angepasst ist, im Gegensatz zu 3E, mit Federkennlinie 301 und Magnet-Antriebssystemkennlinie 401 aus dem Stand der Technik. Die Überschuss-Energie E3 zwischen der erfindungsgemäßen Federkennlinie 300 und der Magnet-Antriebssystemkennlinie 400 in 3D ist geringer als die Überschuss-Energie E4 beim Stand der Technik gemäß 3E. Dadurch kann gegenüber dem Stand der Technik das Geräusch beim Anschlagen des Ankers 9 auf dem Kern 20 ebenfalls reduziert werden.
-
In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Federelementes 10 dargestellt. Im Vergleich zu der Ausführungsform aus der 1 ist hier die Gegenfeder S- oder L-förmig gebogen, um der Gegenfeder 7 eine weichere Charakteristik zu geben und den Schaltvorgang noch sanfter zu gestalten. Die Gegenfeder 7 hat hier zwei Kurven 76 und gerade Abschnitte 77, um ein einfaches Federverhalten bei der Schaltbewegung zu erlauben.
-
In 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Federelementes 10 gezeigt. Die Gegenfeder 7 ist mäanderförmig ausgestaltet, sodass ein besonders weiches Schaltverhalten möglich ist. Die Gegenfeder hat hier vier Kurven 76. Wie in der Ausführungsform der 4 verläuft ein Endabschnitt 78 der Gegenfeder 7 parallel zur Kontaktfeder 5 um eine einfache und sichere Kontaktierung möglich zu machen.
-
In 6 ist die Ausführungsform der 4 nochmals dargestellt. Zusätzlich ist eine Ebene E eingezeichnet, um zu zeigen, dass die Gegenfeder 7 und die Kontaktfeder 5 in einer Ebene liegen. Die Kurven 76 und die geraden Abschnitte 77 liegen in dieser Ebene. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eine besonders kompakte Konstruktion möglich.
-
Bei der Ausgestaltung gemäß der 7 liegt ein Teil der Gegenfeder 7 außerhalb der Ebene E. Ein Mittelabschnitt 79, der über zwei 90°-Stufen 74 mit dem Endabschnitt 78 und einem Anfangsabschnitt 75 verbunden ist, ragt senkrecht aus der Ebene E heraus. Die Gegenfeder 7 hat einen etwa Z-förmigen Verlauf. Der Endabschnitt 78 ist parallel zur Ebene E und parallel zur Kontaktfeder 5, um ein einfaches Schalten zu erzielen. Alternativ zu der gezeigten Ausgestaltung mit Stufen 74 kann die Gegenfeder 7 auch über Kurven aus der Ebene E herausgeführt sein.
-
In 8 ist eine Ausgestaltung des Federelementes 10 gezeigt, bei dem die Gegenfeder 7 an der Kontaktfeder 5 angeordnet ist. Dies erlaubt eine kompakte und einfach zu fertigende konstruktion. Die Gegenfeder 7 steht seitlich von der Kontaktfeder 5 ab. Sie liegt in der gleichen Ebene wie die Kontaktfeder 5. In einer anderen Ausgestaltung kann die Gegenfeder 7 auch aus einer von der Kontaktfeder 5 gebildeten Ebene vorstehen oder schräg dazu verlaufen.
-
In der 9 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Federelementes 10 zusammen mit einem vorteilhaft ausgestalteten Anker 9 dargestellt. Der Anker 9 verfügt in den Bereichen, in denen die Kontaktfeder 5 bzw. die Gegenfeder 7 am Anker 9 anliegen, über zwei schräg verlaufende Kanten 90. Die schrägen Kanten 90 verlaufen hier in etwa 45° zu den Erstreckungsrichtungen 37 der Kontaktfeder 5 und der Gegenfeder 7. Dadurch kann der Schaltvorgang noch leiser ablaufen. Insbesondere wenn der Anker 9 zusammen mit der Kontaktfeder 5 aus einem geschlossenen Zustand, wie sie als zweite Schaltstellung 200 in 1 dargestellt ist, und in dem die Kontaktfeder 5 aufgrund der Kontaktkraft vom Anker 9 abgespreizt ist, herausbewegt wird, verhindert die schräge Ausgestaltung, dass die Kontaktfeder 5 laut auf den Anker 9 klatscht. Stattdessen wird die Kontaktfeder 5 sanft und geräuscharm abgerollt. Der Kontaktpunkt zwischen Kontaktfeder 5 und Anker bewegt sich während dieses Öffnens entlang der schrägen Kante 90. Das Gleiche gilt für die Verbindung zwischen Anker 9 und Gegenfeder 7. Um ein noch sanfteres Abrollen und damit ein leiseres Schalten zu ermöglichen, sind zusätzlich die schrägen Kanten 90 zur Kontaktfeder 5 bzw. zur Gegenfeder hin noch abgerundet.
-
Mit einer Anordnung mit einer Gegenfeder 7 konnte das Schaltgeräusch einer Schalteinrichtung um 3 dB (A) gegenüber einer Schalteinrichtung mit gerader Kante verringert werden. Zur Geräuschmessung wurde die Schaltanordnung in einem reflektionsarmen, geschlossenen Behältnis mit schallabsorbierenden Wänden und einem reflektierenden Boden in einem Automobil-Stecksockel gesteckt, der auf einer federnd aufgehängten Fläche platziert wurde. Die Schalteinrichtung wurde mit 13,5 V erregt eingeschaltet und ohne Spulenbeschaltung wieder eingeschaltet. Das Schaltgeräusch wurde mit einem Mikrofon in 1 m Entfernung von der Schalteinrichtung innerhalb des Behältnisses gemessen und über den A-Filter bewertet.
-
In 10 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Gegenfeder 7 an der Kontaktfeder 5 angeordnet ist. Die Gegenfeder 7 ist L-förmig ausgestaltet und etwa mittig an der Kontaktfeder 5 angebunden. Ein erster Schenkel der Gegenfeder erstreckt sich senkrecht von der Kontaktfeder 5 weg und geht über eine 90°-Kurve in einen zweiten Schenkel über, der parallel zu der Kontaktfeder 5 verläuft. Zusammen mit der Kontaktfeder 5 ergibt sich also eine U- oder C-förmige Ausgestaltung. Durch die Anbindung der Gegenfeder 7 an der Kontaktfeder 5 werden Vibrationen der Kontaktfeder 5, die beim Öffnen entstehen können, wirksam gedämpft und das Schaltgeräusch dadurch weiter reduziert.
-
In 11 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Gegenfeder 7 ebenfalls an der Kontaktfeder 5 angeordnet ist. Die Anbindung erfolgt hier am Ende der Kontaktfeder 5. Insbesondere ist die Anbindung in der Nähe der Kontaktöffnung 4, die zur Aufnahme eines Kontaktelementes dient. Dadurch ist die Dämpfung besonders wirksam. Wie bei der Ausführungsform der 10 erstreckt sich ein erster Schenkel senkrecht von der Kontaktfeder 5 weg und geht über eine Kurve in einen zweiten Schenkel über, der parallel zur Kontakfeder 5 verläuft. Insgesamt sind die Gegenfeder 7 und die Kontaktfeder 5 zusammen also wieder C- oder U-förmig. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 10 zeigt das freie Ende der Gegenfeder 7 jedoch nach innen, d.h. zum Rest des Federelementes 10 hin. Durch die L-förmige Ausgestaltung wird die Feder in der Länge vergrößert, wodurch die Dämpfungseigenschaften und Federeigenschaften verändert sind. Insbesondere ist eine solche Gegenfeder 7 weicher als eine kurze Gegenfeder 7.
-
In der 12 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Wie schon in den 10 und 11 ist die Gegenfeder 7 wieder über die Kontaktfeder 5 angebunden. Die Anbindung erfolgt hier wieder am Ende der Kontaktfeder 5 und insbesondere in der Nähe der Aufnahmeöffnung 4 für ein Kontaktelement. Die Gegenfeder 7 weist einen ersten Schenkel auf, der sich senkrecht von der Kontaktfeder 5 weg erstreckt, so dass sich insgesamt eine L-förmige Ausgestaltung ergibt. Solche Ausführungsformen können leichter herzustellen sein als die in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen.
-
In der 13 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Die Gegenfeder 7 verläuft hier S- oder mäanderförmig, um eine lange Federlänge zu erreichen. Die Anbindung der Gegenfeder 7 erfolgt wieder am Ende der Kontaktfeder 5. Ein erster Schenkel erstreckt sich wieder senkrecht von der Kontaktfeder 5 weg und geht über eine Kurve in einen zweiten Schenkel über, der wiederum über eine Kurve in einen dritten Schenkel übergeht. Sie geht dann über eine weitere Kurve in einen vierten Schenkel über, der parallel zur Kontakfeder 5 verläuft.
-
In der 14 ist ein Vergleich zwischen einer Ausführungsform, bei der die Gegenfeder 7 nicht an der Kontaktfeder 5 angeordnet ist (links, a) und eine Ausführungsform, bei der die Gegenfeder 7 an der Kontaktfeder 5 angeordnet ist (rechts, b) dargestellt. Durch die Anbindung der Gegenfeder 7 über die Kontaktfeder 5 wird eine weitere Reduktion des Schaltgeräusches um 3,3 dB erreicht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anordnung
- 2
- Spulenkörper
- 3
- Schalteinrichtung
- 4
- Aufnahmeöffnung
- 5
- Kontaktfeder
- 6
- Rückstellelement
- 7
- Gegenfeder
- 8
- Befestigungsstelle
- 9
- Anker
- 10
- Federelement
- 20
- Spulenkern
- 25
- Joch
- 27
- Stützfläche
- 35
- distales Ende
- 36
- proximales Ende
- 37
- Erstreckungsrichtung
- 50
- Kontaktkraft
- 51
- Breite
- 52
- Schenkel
- 60
- Rückstellkraft
- 65
- Federlocke
- 70
- Gegenkraft
- 71
- Breite
- 72
- Schenkel
- 74
- Stufe
- 75
- Anfangsabschnitt
- 76
- Kurve
- 77
- gerader Abschnitt
- 78
- Endabschnitt
- 79
- Mittelabschnitt
- 80
- Niete
- 81
- Niete
- 100
- erste Schaltstellung
- 200
- zweite Schaltstellung
- 300
- Federkennlinie
- 301
- Federkennline Stand der Technik
- 400
- Kennlinie Magnet-Antriebssystem
- 401
- Kennline Magnet-Antriebssystem Stand der Technik
- 501
- elastische Kraft
- B
- Breitenrichtung
- E
- Ebene
- E1
- Energie
- E2
- Energie Stand der Technik
- E3
- Überschuss-Energie
- E4
- Überschuss-Energie Stand der Technik
