DE102019101074A1

DE102019101074A1 - Relay and arrangement for determining an armature position of a relay

Info

Publication number: DE102019101074A1
Application number: DE102019101074.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Adam; Ralf Hoffmann
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: DE102019101074B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Relais 100 umfassend ein Joch 102 mit einer ersten Spule 103 und einer zweiten Spule 104; einen Anker 107, der an dem Joch 102 angeordnet ist und zwischen einer geschlossenen Position, in der der Anker 107 an das Joch 102 herangezogen ist, und einer offenen Position, in der der Anker 107 von dem Joch 102 beabstandet ist, wechseln kann; ein Federelement 109, das einen ersten elektrischen Kontakt 110 aufweist, der mit einem zweiten elektrischen Kontakt 402 in elektrische Verbindung bringbar ist; wobei das Federelement 109 mit dem Anker 107 mechanisch gekoppelt ist, wobei durch die mechanische Kopplung eine Bewegung des Ankers 107 in Schließrichtung des Ankers 107 und in Öffnungsrichtung des Ankers 107 auf das Federelement 109 übertragbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung 500 und ein Verfahren.The invention relates to a relay 100 comprising a yoke 102 with a first coil 103 and a second coil 104; an armature 107 disposed on the yoke 102 and capable of alternating between a closed position in which the armature 107 is drawn to the yoke 102 and an open position in which the armature 107 is spaced from the yoke 102; a spring element 109 which has a first electrical contact 110 which can be brought into electrical connection with a second electrical contact 402; wherein the spring element 109 is mechanically coupled to the armature 107, a movement of the armature 107 in the closing direction of the armature 107 and in the opening direction of the armature 107 being transferable to the spring element 109 by the mechanical coupling. The invention further relates to an arrangement 500 and a method.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Relais, eine Anordnung zum Bestimmen einer Ankerstellung eines Relais und ein Verfahren.The present disclosure relates to a relay, an arrangement for determining an armature position of a relay, and a method.

Relais können zum Schalten von sicherheitsrelevanten Leitungen eingesetzt werden. Hierbei können Relais mit mechanisch zwangsgeführten Kontakten eingesetzt werden. Ein solches Relais kann einem Standard genügen, beispielsweise einer EN 50205 Norm. Hierbei kann durch eine Kontaktstellung bestimmt werden, ob ein Schließverhalten eines Kontaktsatzes eines Relais eine fehlerhafte Kontaktstellung vorliegt oder nicht. Eine fehlerhafte Kontaktstellung kann ein verschweißen von Kontakten sein. Eine antivalente Kontaktstellung von beispielsweise Schließer- oder Öffnerkontakten kann sichergestellt sein. Solche Relais können in Sicherheitsschaltgeräten eingesetzt werden um sicherheitsrelevante Funktionen mit sehr geringen Ausfallwahrscheinlichkeiten zu realisieren, beispielsweise eine Not-Aus-Funktion. Solche Relais beanspruchen viel Bauraum gegenüber vergleichbaren Standardrelais.Relays can be used to switch safety-related lines. Relays with mechanically positively driven contacts can be used here. Such a relay can meet a standard, for example an EN 50205 standard. In this case, a contact position can be used to determine whether a closing behavior of a contact set of a relay is incorrect or not. A faulty contact position can be a welding of contacts. An antivalent contact position of, for example, make or break contacts can be ensured. Such relays can be used in safety switching devices to implement safety-related functions with very low failure probabilities, for example an emergency stop function. Such relays take up a lot of space compared to comparable standard relays.

Relaismodule sind vielseitig einsetzbar. Schmale Relaismodule weisen eine geringe Breite auf, beispielsweise kann ein solches Relaismodul eine Breite von 3mm bis 3,5 mm aufweisen. In einem solchen Relaismodul steht nur begrenzter Bauraum zur Verfügung.Relay modules are versatile. Narrow relay modules have a small width, for example such a relay module can have a width of 3 mm to 3.5 mm. Only limited installation space is available in such a relay module.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes Konzept für ein Relais aufzuzeigen.It is the object of the present disclosure to show an improved concept for a relay.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.This object is solved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims, the description and the accompanying figures.

Ein Relais in einem Relaismodul kann mehrere Spulen umfassen, die an einem einzigen Joch angeordnet sind, beispielsweise einem u-förmigen Joch. Durch Nutzung eines mehrspuligen Relais als Transformator kann durch ein Übertragungsverhalten eines Signals von einer ersten Spule zu einer zweiten Spule auf den Luftspalt und somit die Ankerstellung des Relais geschlossen werden kann. Hierfür kann das Relais eine mechanische Kopplung zwischen dem Anker und einer Feder aufweisen, so dass sicher die Ankerstellung ermittelt werden kann, auch wenn die Feder keine normale Rückstellspannung auf den Anker ausüben kann.A relay in a relay module can comprise several coils which are arranged on a single yoke, for example a U-shaped yoke. By using a multi-coil relay as a transformer, the air gap and thus the armature position of the relay can be inferred from the transmission behavior of a signal from a first coil to a second coil. For this purpose, the relay can have a mechanical coupling between the armature and a spring, so that the armature position can be reliably determined, even if the spring cannot exert a normal restoring voltage on the armature.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Relais gelöst. Das Relais umfasst ein Joch mit einer ersten Spule und einer zweiten Spule; einen Anker, der an dem Joch angeordnet ist und zwischen einer geschlossenen Position, in der der Anker an das Joch herangezogen ist, und einer offenen Position, in der der Anker von dem Joch beabstandet ist, wechseln kann; ein Federelement, das einen ersten elektrischen Kontakt aufweist, der mit einem zweiten elektrischen Kontakt in elektrische Verbindung bringbar ist; wobei das Federelement mit dem Anker mechanisch gekoppelt ist, wobei durch die mechanische Kopplung eine Bewegung des Ankers in Schließrichtung des Ankers und in Öffnungsrichtung des Ankers auf das Federelement übertragbar ist.According to a first aspect, the task is solved by a relay. The relay comprises a yoke with a first coil and a second coil; an armature disposed on the yoke and capable of alternating between a closed position in which the armature is pulled toward the yoke and an open position in which the armature is spaced from the yoke; a spring element which has a first electrical contact which can be brought into electrical connection with a second electrical contact; wherein the spring element is mechanically coupled to the armature, wherein the mechanical coupling allows movement of the armature in the closing direction of the armature and in the opening direction of the armature to be transmitted to the spring element.

In der geschlossenen Position kann der Anker von dem Joch angezogen werden. Hierbei durchströmt ein Strom die erste Spule und die zweite Spule. Dies kann ein Ansteuersignal sein, das dazu dient, das Relais zu schalten. In der offenen Position wird kein Ansteuersignal gesendet der Anker wird nicht durch das Joch angezogen. Die Rückstellung von der geschlossenen Position in die offene Position kann durch das Federelement erfolgen. Das Federelement übt während eines normalen Betriebs über die mechanische Kopplung eine Kraft auf den Anker aus, die entgegen der Anziehrichtung wirkt, d.h. den Anker von dem Joch wegdrückt.In the closed position, the armature can be attracted to the yoke. Here, a current flows through the first coil and the second coil. This can be a control signal that is used to switch the relay. In the open position, no control signal is sent, the armature is not attracted by the yoke. The resetting from the closed position to the open position can be done by the spring element. During normal operation, the spring element exerts a force on the armature via the mechanical coupling which acts counter to the tightening direction, i.e. pushes the anchor away from the yoke.

Das Federelement kann eine Kontaktfeder sein und kann einen ersten elektrischen Kontakt aufweisen. Der erste elektrische Kontakt kann ein Bewegtkontakt sein und in dem Federelement angeordnet sein. Der erste elektrische Kontakt wird somit mit der Federbewegung mitbewegt. Der zweite elektrische kontakt kann ein Festkontakt sein. Der zweite elektrische Kontakt kann mit einem Gehäuse des Relais mechanisch verbunden sein, insbesondere an dem Gehäuse festgelegt sein. Wird der Anker von dem Joch angezogen, überträgt die mechanische Kopplung die Bewegung auf das Federelement und das Federelement wird in Richtung des zweiten elektrischen Kontakts bewegt. In der geschlossenen Position hat der erste elektrische Kontakt mit dem zweiten elektrischen Kontakt eine elektrische Verbindung. Die mechanische Kopplung überträgt eine mechanische Kraft von dem Anker an wenigstens einer Betätigungsstelle auf das Federelement.The spring element can be a contact spring and can have a first electrical contact. The first electrical contact can be a moving contact and can be arranged in the spring element. The first electrical contact is thus moved along with the spring movement. The second electrical contact can be a fixed contact. The second electrical contact can be mechanically connected to a housing of the relay, in particular fixed to the housing. If the armature is attracted by the yoke, the mechanical coupling transmits the movement to the spring element and the spring element is moved in the direction of the second electrical contact. In the closed position, the first electrical contact has an electrical connection with the second electrical contact. The mechanical coupling transfers a mechanical force from the armature to the spring element at at least one actuation point.

Die mechanische Kopplung des Ankers mit dem Federelement dient zum einen der Übertragung der Anziehbewegung des Ankers an das Joch auf das Federelement, um den ersten elektrische Kontakt in elektrische Verbindung mit dem zweiten elektrischen Kontakt zu bringen. Zum anderen dient die mechanische Kopplung dazu, den Anker an einer Rückkehr in die offene Position zu behindern, falls das Federelement nicht vollständig in die Ausgangsposition zurückkehren kann, beispielsweise durch verschweißte Kontakte oder eine andere Fehlstellung. Der Anker kann in einer Zwangsführung mit dem Federelement verbunden sein, was zu einer Erkennung der Ankerposition beiträgt. Hierdurch sind klare Schaltzustände definiert. Ist der Kontakt des Relais geschlossen, ist der Anker in Arbeitslage. Ist der Kontakt verschweißt oder halb geöffnet, ist der Anker mit leicht geöffnetem Arbeitsluftspalt angeordnet. Ist der Kontakt sicher geöffnet, d.h. gemäß En 50205 ein Kontaktabstand zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt von mehr als 0,5 mm, ist der Anker bei maximalem Arbeitsluftspalt geöffnet.The mechanical coupling of the armature to the spring element serves on the one hand to transmit the tightening movement of the armature to the yoke on the spring element in order to bring the first electrical contact into electrical connection with the second electrical contact. On the other hand, the mechanical coupling serves to prevent the armature from returning to the open position if the spring element cannot return completely to the starting position, for example due to welded contacts or another malposition. The armature can be connected to the spring element in a positive guide, which contributes to the detection of the armature position. This makes it clear Switching states defined. If the contact of the relay is closed, the armature is in the working position. If the contact is welded or half open, the armature is arranged with the working air gap slightly open. If the contact is securely opened, that is, according to En 50205, a contact distance between the first electrical contact and the second electrical contact of more than 0.5 mm, the armature is opened at the maximum working air gap.

In einer Ausgestaltung umfasst das Federelement eine Blattfeder. Eine Blattfeder kann eine kompakte Bauform aufweisen.In one configuration, the spring element comprises a leaf spring. A leaf spring can have a compact design.

In einer Ausgestaltung umfasst die mechanische Kopplung ein Betätigungselement, das zwischen dem Anker und dem Federelement angeordnet ist.In one configuration, the mechanical coupling comprises an actuating element which is arranged between the armature and the spring element.

Das Betätigungselement kann an dem Anker festgelegt sein, insbesondere durch eine kraftschlüssige Verbindung. Das Betätigungselement kann mit dem Anker mechanisch verbunden sein, insbesondere starr verbunden sein, beispielsweise umspritzt, verklebt oder aufgesteckt sein. Das Betätigungselement kann in Zusammenspiel mit Ausformungen des Gehäuses des Relais eine Ankerbewegung begrenzen, insbesondere eine Bewegung senkrecht zu einer Anziehrichtung an das Joch begrenzen. Das Betätigungselement kann mit dem Federelement verbunden sein, insbesondere das Federelement umgreifen. Die konstruktiv realisierte Führung des Betätigungselements in der dem Federelement kann dazu beitragen eine Fehlstellung sicher zu erkennen.The actuating element can be fixed to the anchor, in particular by means of a non-positive connection. The actuating element can be mechanically connected to the armature, in particular be rigidly connected, for example encapsulated, glued or plugged on. The actuating element, in cooperation with the shapes of the housing of the relay, can limit an armature movement, in particular limit a movement perpendicular to a direction of attraction to the yoke. The actuating element can be connected to the spring element, in particular encompass the spring element. The constructively implemented guidance of the actuating element in the spring element can help to reliably detect a malposition.

In einer Ausgestaltung umfasst die mechanische Kopplung ein Eingriffselement, das eingerichtet ist, in eine Öffnung des Federelements einzugreifen.In one configuration, the mechanical coupling comprises an engagement element which is set up to engage in an opening of the spring element.

Das Eingriffselement kann ein Führungszapfen sein. Das Eingriffselement kann Teil des Betätigungselements sein. Das Federelement kann eine Öffnung aufweisen. Die Öffnung kann an einem Rand des Federelements gebildet sein. Die Öffnung kann an einem frei wählbaren Punkt um das Federelement herum angeordnet sein, insbesondere im Bereich des ersten elektrischen Kontakts. Durch die Öffnung kann das Eingriffselement eingreifen und so das Betätigungselement an dem Federelement so fixieren, dass ein Verrutschen des Betätigungselements gehemmt wird. Die Öffnung kann schlitzförmig sein. Durch die Öffnung kann das Eingriffselement während der Montage gefügt werden und im gefügten Zustand durch den Mitnehmer die Zwangsführung zwischen dem Betätigungselement, dem Anker und dem Federelement sicherstellen.The engagement element can be a guide pin. The engagement element can be part of the actuating element. The spring element can have an opening. The opening can be formed on an edge of the spring element. The opening can be arranged at a freely selectable point around the spring element, in particular in the area of the first electrical contact. The engagement element can engage through the opening and thus fix the actuating element to the spring element in such a way that the actuating element is prevented from slipping. The opening can be slit-shaped. Through the opening, the engaging element can be joined during assembly and, in the joined state, ensure the positive guidance between the actuating element, the armature and the spring element by the driver.

In einer Ausgestaltung umfasst das Eingriffselement einen Mitnehmer, der eingerichtet ist, das Federelement in Öffnungsrichtung des Ankers mitzunehmen.In one embodiment, the engagement element comprises a driver which is set up to take the spring element in the opening direction of the armature.

Der Mitnehmer kann ein Kammsteg sein. Der Mitnehmer kann als Vorsprung an dem Eingriffselement ausgebildet sein. Der Mitnehmer und das Eingriffselement können einstückig oder mehrstückig ausgestaltet sein. Der Mitnehmer kann in eine Öffnung des Eingriffselements eingesteckt sein, und von diesem hervorstehen, um das Federelement zu umgreifen.The driver can be a comb web. The driver can be designed as a projection on the engagement element. The driver and the engagement element can be designed in one piece or in several pieces. The driver can be inserted into an opening of the engagement element and protrude from it in order to engage around the spring element.

Durch den Mitnehmer kann sichergestellt werden, dass der Anker und das Federelement ständig miteinander mechanisch gekoppelt sind. Hierdurch wird ein Rückstellen des Ankers von der geschlossenen Position in die offene Position behindert, wenn das Federelement diese Bewegung nicht folgen kann, beispielsweise bei einer Verschweißung des ersten elektrischen Kontakts mit dem zweiten elektrischen Kontakt.The driver can ensure that the armature and the spring element are constantly mechanically coupled to one another. This hinders a return of the armature from the closed position to the open position if the spring element cannot follow this movement, for example when the first electrical contact is welded to the second electrical contact.

Somit überträgt sich eine Fehlstellung des Federelements auf den Anker und es kommt zu einer Fehlstellung des Ankers. Die Fehlstellung des Ankers kann wie unten beschrieben detektiert werden und somit kann zuverlässig eine Fehlstellung des Federelements detektiert werden. Dies bedeutet, dass ein fehlerhaftes Kontaktverhalten des ersten elektrischen Kontakts und des zweiten elektrischen Kontakts sicher erfasst werden kann.An incorrect position of the spring element is thus transferred to the armature and an incorrect position of the armature occurs. The incorrect position of the armature can be detected as described below, and thus an incorrect position of the spring element can be reliably detected. This means that a faulty contact behavior of the first electrical contact and the second electrical contact can be reliably detected.

In einer Ausgestaltung ist die mechanische Kopplung eingerichtet, an einer ersten Seite des Federelements eine Kraft aufzubringen, wenn der Anker in die geschlossene Position gebracht wird und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durch den Mitnehmer eine Kraft auf das Federelement aufzubringen, wenn der Anker in die offene Position gebracht werden soll.In one embodiment, the mechanical coupling is set up to exert a force on a first side of the spring element when the armature is brought into the closed position and to exert a force on the spring element on a second side opposite the first side by the driver when the armature to be brought into the open position.

Der Anker kann durch das Federelement von der geschlossenen Position in die offene Position gebrachte werden. Wird das Federelement blockiert, beispielsweise bei einer Fehlstellung, insbesondere bei verschweißten ersten und zweiten Kontakten, so könnte der Anker beliebig zwischen der offenen und der geschlossenen Position wechseln, beispielsweise bei einem Schütteln oder Rütteln des Gehäuses des Relais. Durch die mechanische Koppelung mit dem Federelement kann der Anker hierbei eine Kraft auf das Federelement ausüben, was dazu führt, dass der Anker nicht in die offene Position zurückkehren kann, wenn das Federelement blockiert ist.The armature can be brought from the closed position into the open position by the spring element. If the spring element is blocked, for example in the event of an incorrect position, in particular in the case of welded first and second contacts, the armature could alternate between the open and the closed position, for example if the housing of the relay is shaken or shaken. Due to the mechanical coupling with the spring element, the armature can exert a force on the spring element, which means that the armature cannot return to the open position when the spring element is blocked.

In einer Ausgestaltung umfasst die Öffnung des Federelements eine Kerbe oder ein Loch.In one embodiment, the opening of the spring element comprises a notch or a hole.

Ist die Öffnung ein Loch, kann das Eingriffselement durch das Loch greifen und der Mitnehmer kann bei der Montage von der gegenüberliegenden Seite so an dem Eingriffselement befestigt werden, dass das Eingriffselement nicht mehr durch das Loch zurück rutschen kann. Ist die Öffnung eine Kerbe, d.h. am Rand des Federelements angeordnet, kann dies eine Montage erleichtern, da das Eingriffselement seitlich in das Federelement eingeschoben werden kann. Die Kerbe kann eine offene Seite umfassen.If the opening is a hole, the engagement element can reach through the hole and the driver can be attached to the engagement element from the opposite side during assembly so that the engagement element can no longer slide back through the hole. If the opening is a notch, ie arranged on the edge of the spring element, this can facilitate assembly since the engagement element can be pushed laterally into the spring element. The notch can include an open side.

In einer Ausgestaltung umfasst die Öffnung eine Kerbe, wobei der Mitnehmer und das Eingriffselement einstückig sind und in die Kerbe eingreifen.In one configuration, the opening comprises a notch, the driver and the engagement element being in one piece and engaging in the notch.

Ist die Öffnung als Kerbe ausgebildet, d.h. weist das Federelement eine Kerbe bzw. Einbuchtung am Rand des Federelements auf, kann das Eingriffselement und der Mitnehmer einstückig ausgebildet sein und bei einer Montage seitlich in das Federelement geschoben werden.Is the opening designed as a notch, i.e. If the spring element has a notch or indentation on the edge of the spring element, the engagement element and the driver can be formed in one piece and can be pushed laterally into the spring element during assembly.

In einer Ausgestaltung weisen die erste Spule einen ersten Anschluss und die zweite Spule einen zweiten Anschluss auf, wobei der erste Anschluss eingerichtet ist, mit einem Signalgeber verbunden zu werden und der zweite Anschluss eingerichtet ist, mit einer Messvorrichtung verbunden zu werden.In one configuration, the first coil has a first connection and the second coil has a second connection, the first connection being set up to be connected to a signal transmitter and the second connection being set up to be connected to a measuring device.

Über den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss kann eine Erfassung der Ankerstellung erfolgen, wie unten beschrieben.The anchor position can be detected via the first connection and the second connection, as described below.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Anordnung zum Bestimmen einer Ankerstellung eines Relais gemäß dem ersten Aspekt gelöst, wobei die erste Spule an einem ersten Abschnitt des Jochs und die zweite Spule an einem zweiten Abschnitt des Jochs angeordnet sind, wobei der Anker des Relais durch einen Luftspalt von dem Joch beabstandet ist, mit:

einem Signalgeber, der mit der ersten Spule elektrisch verbunden und eingerichtet ist, ein erstes Signal an die erste Spule auszusenden, und
einer Messvorrichtung, die mit der zweiten Spule elektrisch verbunden und eingerichtet ist, ein zweites Signal an der zweiten Spule zu erfassen, wobei das zweite Signal ein Antwortsignal auf eine Anregung der ersten Spule mit dem ersten Signal ist,
wobei die Anordnung eingerichtet ist, basierend auf dem zweiten Signal die Ankerstellung des Relais zu bestimmen.

According to a second aspect, the object is achieved by an arrangement for determining an armature position of a relay according to the first aspect, the first coil being arranged on a first section of the yoke and the second coil on a second section of the yoke, the armature of the relay is spaced from the yoke by an air gap, with:

a signal generator which is electrically connected to the first coil and is set up to transmit a first signal to the first coil, and
a measuring device which is electrically connected to the second coil and is set up to detect a second signal on the second coil, the second signal being a response signal to an excitation of the first coil with the first signal,
the arrangement being set up to determine the armature position of the relay based on the second signal.

Die Anordnung dient zum Bestimmen einer Ankerstellung eines Relais. Das Joch kann ein u-förmiges Joch sein. Die erste Spule kann an einem ersten Schenkel des u-förmigen Jochs und die zweite Spule an einem dem ersten Schenkel gegenüberliegenden zweiten Schenkel des u-förmigen Jochs angeordnet sein. Der Anker kann von wenigstens einem Schenkel des u-förmigen Jochs durch einen Luftspalt beabstandet sein.The arrangement serves to determine an armature position of a relay. The yoke can be a U-shaped yoke. The first coil can be arranged on a first leg of the U-shaped yoke and the second coil on a second leg of the U-shaped yoke opposite the first leg. The armature can be spaced from at least one leg of the u-shaped yoke by an air gap.

Der Signalgeber kann ein Signalgenerator sein. Der Signalgeber kann ein Mikrocontroller sein.The signal generator can be a signal generator. The signal generator can be a microcontroller.

Die Messvorrichtung kann eingerichtet sein, an der zweiten Spule das von der ersten Spule an die zweite Spule übertragene zweite Signal zu erfassen und hieraus eine Übertragungseigenschaft von der ersten Spule an die zweite Spule zu bestimmen und aus der Übertragungseigenschaft eine Größe des Luftspalts zu ermitteln. Die Übertragungseigenschaft kann eine Veränderung des zweiten Signals im Vergleich zu einem zweiten Signal zu einem anderen Zeitpunkt sein.The measuring device can be set up to detect on the second coil the second signal transmitted from the first coil to the second coil and from this to determine a transmission property from the first coil to the second coil and to determine a size of the air gap from the transmission property. The transmission characteristic can be a change in the second signal compared to a second signal at another time.

Das magnetische Übertragungsverhalten zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule des Relais kann von der Größe des Luftspalts, d.h. des Arbeitsluftspalts des Ankers, abhängig sein, insbesondere aufgrund einer Reluktanz des magnetischen Kreises. Das Relais hat bei elektrisch getrennten Spulen die Anordnung eines Transformators, wobei das Übertragungsverhalten, d.h. der Kopplungsfaktor, zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule veränderlich ist und eine Korrelation zum Luftspalt des Ankers aufweist. The magnetic transmission behavior between the first coil and the second coil of the relay can depend on the size of the air gap, i.e. the working air gap of the armature, depending, in particular due to a reluctance of the magnetic circuit. In the case of electrically separated coils, the relay has the arrangement of a transformer, the transmission behavior, i.e. the coupling factor is variable between the first coil and the second coil and has a correlation with the air gap of the armature.

Befindet sich das Federelement in einer Fehlstellung, wird durch die mechanische Kopplung die Fehlstellung auf den Anker übertragen, was einer Ankerfehlstellung entspricht. Diese Ankerfehlstellung kann, wie oben beschrieben, erfasst werden. Somit kann bestimmt werden, ob das Relais verschweißte Kontakte hat oder normal schaltet.If the spring element is in an incorrect position, the mechanical coupling transfers the incorrect position to the armature, which corresponds to an incorrectly positioned armature. This anchor misalignment can be detected as described above. It can thus be determined whether the relay has welded contacts or switches normally.

In einer Ausgestaltung ist der Signalgeber eingerichtet, als erstes Signal ein von einem das Relais ansteuernden Ansteuersignal zum Anziehen des Ankers verschiedenes Signal auszusenden.In one embodiment, the signal transmitter is set up to send out as the first signal a signal that is different from a control signal that drives the relay for attracting the armature.

Um den Anker des Relais während einer üblichen Funktion des Relais anzuziehen, kann die erste Spule und/oder die zweite Spule des Relais von einem Ansteuersignal durchflossen sein, um den Anker anzuziehen. Der Signalgeber kann eingerichtet sein, unabhängig von dem Ansteuersignal das erste Signal auszusenden. Hierdurch wird ein unabhängiges Sicherheitsmerkmal generiert, das auch Fehlstellungen bei an sich unauffälligen Ansteuersignalen erkennen kann.In order to attract the armature of the relay during a normal function of the relay, a control signal can flow through the first coil and / or the second coil of the relay in order to attract the armature. The signal transmitter can be set up to send out the first signal independently of the control signal. This generates an independent security feature that can also detect malpositions in the case of control signals that are per se inconspicuous.

In einer Ausgestaltung sind der Signalgeber an einem Mittenkontakt der ersten Spule und/oder die Messvorrichtung an einem Mittenkontakt der zweiten Spule angeschlossen.In one configuration, the signal transmitter is connected to a center contact of the first coil and / or the measuring device is connected to a center contact of the second coil.

Hierbei kann der elektrische Kontakt zu der jeweiligen Spule zwischen zwei Endkontakten der jeweiligen Spule angeordnet sein. The electrical contact to the respective coil can be arranged between two end contacts of the respective coil.

In einer Ausgestaltung umfasst das erste Signal ein Sinussignal und die Anordnung ist eingerichtet, basierend auf einer Amplitudenverschiebung des Frequenzgangs des zweiten Signals die Ankerstellung des Relais zu bestimmen.In one configuration, the first signal comprises a sinusoidal signal and the arrangement is set up to determine the armature position of the relay based on an amplitude shift in the frequency response of the second signal.

Bei der Übertragung des ersten Signals an die zweite Spule kann im Bodediagramm über einen Frequenzbereich je nach Größe des Luftspalts eine Dämpfung entstehen, d.h. das zweite Signal kann eine Dämpfung aufweisen, die von dem Luftspalt abhängig ist. Ein großer Luftspalt kann eine größere Dämpfung hervorrufen, als ein kleiner Luftspalt. Die Dämpfung kann proportional zur Größe des Luftspalts sein. Aus dieser Dämpfung kann somit eine Fehlstellung des Ankers erkannt werden. Hierzu können verschiedene Dämpfungen verschiedenen Ankerstellungen zugeordnet sein. Abweichungen der Dämpfungen bei einem Vergleich der bereits zugeordneten Dämpfungen können eine Fehlstellung anzeigen. Hierbei kann die Übertragungseigenschaft des Relais im Frequenzbereich genutzt werden, um die Ankerstellung zu erkennen.When the first signal is transmitted to the second coil, attenuation can occur in the floor diagram over a frequency range depending on the size of the air gap, i.e. the second signal can have an attenuation which is dependent on the air gap. A large air gap can cause greater damping than a small air gap. The damping can be proportional to the size of the air gap. An incorrect position of the armature can thus be identified from this damping. For this purpose, different dampings can be assigned to different anchor positions. Deviations in the damping when comparing the already assigned damping can indicate a malposition. Here, the transmission property of the relay in the frequency range can be used to detect the armature position.

In einer Ausgestaltung umfasst das erste Signal einen Spannungssprung, insbesondere einen Spannungsimpuls, und die Anordnung eingerichtet, basierend auf einer Veränderung einer Sprungantwort die Ankerstellung des Relais zu bestimmen.In one configuration, the first signal comprises a voltage jump, in particular a voltage pulse, and the arrangement is set up to determine the armature position of the relay based on a change in a step response.

Hierbei kann die Übertragungseigenschaft des Relais im Zeitbereich genutzt werden, um die Ankerstellung zu erkennen. Das zweite Signal kann abhängig von dem Luftspalt ein unterschiedlich hohes Maximum zu einem Zeitpunkt aufweisen, der ebenfalls von dem Luftspalt abhängig ist.In this case, the transmission property of the relay can be used in the time domain to recognize the armature position. Depending on the air gap, the second signal can have a differently high maximum at a point in time which is also dependent on the air gap.

In einer Ausgestaltung umfasst die Veränderung der Sprungantwort eine zeitliche Verschiebung und/oder eine Amplitudenänderung des zweiten Signals. Die Auswirkungen des Luftspalts auf das Antwortsignal können als eine zeitliche Verschiebung und als eine Dämpfung der Sprungantwort auftreten. Aus einer der beiden Eigenschaften alleine oder aus einer Kombination beider Eigenschaften kann die Größe des Luftspalts und somit die Ankerstellung bestimmt werden.In one configuration, the change in the step response comprises a time shift and / or an amplitude change in the second signal. The effects of the air gap on the response signal can occur as a time shift and as a damping of the step response. The size of the air gap and thus the anchor position can be determined from one of the two properties alone or from a combination of both properties.

In einer Ausgestaltung ist die Anordnung mit dem Relais in einem Relaismodul, insbesondere einem Relaismodul mit einer Breite von 3,5 mm angeordnet. Dies stellt einen flachen Aufbau dar und kann somit platzsparend angeordnet werden. Die Bestimmung der Ankerstellung kann eine Sicherheitsfunktion des Relaismoduls darstellen.In one embodiment, the arrangement with the relay is arranged in a relay module, in particular a relay module with a width of 3.5 mm. This represents a flat structure and can therefore be arranged to save space. The determination of the armature position can represent a safety function of the relay module.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Ankerstellung eines Relais gemäß dem ersten Aspekt gelöst, mit:

Senden eines ersten Signals von einem Signalgeber an die erste Spule an einem ersten Abschnitt des Jochs des Relais;
Erfassen eines zweiten Signals an der zweiten Spule an einem zweiten Abschnitt des Jochs durch eine Messvorrichtung, wobei das zweite Signal ein Antwortsignal auf eine Anregung der ersten Spule mit dem ersten Signal ist;
Bestimmen der Ankerstellung des Relais basierend auf dem zweiten Signal.

According to a third aspect, the object is achieved by a method for determining an armature position of a relay according to the first aspect, with:

Sending a first signal from a signal generator to the first coil at a first portion of the yoke of the relay;
Detecting a second signal on the second coil at a second section of the yoke by a measuring device, the second signal being a response signal to an excitation of the first coil with the first signal;
Determine the armature position of the relay based on the second signal.

In einer Ausgestaltung umfasst das Senden des ersten Signals das Senden eines Spannungssprungs, insbesondere eines Spannungsimpulses, und das Bestimmen der Ankerstellung das Ermitteln einer Veränderung einer Sprungantwort, insbesondere einer Impulsantwort. Die Antwort auf einen Spannungssprung kann eine Sprungantwort sein. Die Antwort auf einen Spannungsimpuls kann eine Impulsantwort sein. Die Bestimmung kann zusätzlich oder alternativ auch anhand weiterer Eigenschaften, wie einer Induktivität, erfolgen.In one configuration, the transmission of the first signal comprises the transmission of a voltage jump, in particular a voltage pulse, and the determination of the anchor position, the determination of a change in a step response, in particular an impulse response. The answer to a voltage jump can be a step response. The response to a voltage pulse can be an impulse response. The determination can additionally or alternatively also take place on the basis of further properties, such as an inductance.

In einer Ausgestaltung umfasst das Ermitteln einer Veränderung der Sprungantwort ein Ermitteln einer zeitlichen Verschiebung und/oder ein Ermitteln einer Amplitudenänderung des zweiten Signals.In one embodiment, determining a change in the step response comprises determining a time shift and / or determining an amplitude change in the second signal.

In einer Ausgestaltung ist die zeitliche Länge des ersten Signals kurz gegenüber mechanischen Zeitkonstanten des Relais. Hierbei kann eine geringere Leistung übertragen werden, als bei einer Anregung der ersten Spule bzw. zweiten Spule zum Anziehen des Ankers. Insbesondere wird das Übertragungsverhalten der Spannungen an den Spulen genutzt. Das heißt, das Übertragungsverhalten wird leistungslos gemessen, im Verhältnis zu einer Anregung der Spulen zum Anziehen des Ankers. D.h., das erste Signal weist eine im Vergleich zum Anziehen des Ankers notwendigen Leistung geringe Leistung auf. Hierbei können magnetische Sättigungseffekte ausgeschlossen werden. Im nicht abgefallenen Zustand des Ankers, also in einer möglichen Fehlstellung des Ankers, werden die erste Spule und die zweite Spule gegebenenfalls nicht von einer Betriebserregung bestromt. Durch die geringe Leistung des ersten Signals kann ein ungewolltes Anziehen des Ankers verhindert werden.In one embodiment, the time length of the first signal is short compared to mechanical time constants of the relay. In this case, less power can be transmitted than when the first coil or second coil is excited to attract the armature. In particular, the transmission behavior of the voltages on the coils is used. This means that the transmission behavior is measured without power, in relation to an excitation of the coils to attract the armature. That is, the first signal has a low power compared to pulling the armature. Magnetic saturation effects can be excluded. If the armature has not fallen off, that is to say if the armature is incorrectly positioned, the first coil and the second coil may not be energized by an operating excitation. The low power of the first signal can prevent the armature from being pulled up unintentionally.

In einer Ausgestaltung umfasst das Senden des ersten Signals das Senden eines Sinussignals und das Bestimmen der Ankerstellung das Ermitteln einer Amplitudenverschiebung des Frequenzgangs des zweiten Signals.In one embodiment, the transmission of the first signal comprises the transmission of a sinusoidal signal and the determination of the anchor position comprises the determination of an amplitude shift in the frequency response of the second signal.

In einer Ausgestaltung umfasst das Bestimmen der Ankerstellung das Ermitteln einer Verstärkung des Frequenzgangs des zweiten Signals. Die Verstärkung des zweiten Signals entspricht der übertragungsbedingten Dämpfung. Eine negative Verstärkung entspricht hierbei einer Dämpfung. In one configuration, determining the anchor position comprises determining an amplification of the frequency response of the second signal. The amplification of the second signal corresponds to the attenuation caused by the transmission. A negative gain corresponds to a damping.

In einer Ausgestaltung umfasst das Senden des ersten Signals das Senden eines von einem das Relais ansteuernden Ansteuersignal verschiedenen Signals.In one configuration, the transmission of the first signal comprises the transmission of a signal that is different from a control signal that drives the relay.

Hierbei lassen sich ein Maximum, d.h. ein Spitzenwert, und die Zeit der Sprungantwort, d.h. der Zeitpunkt des Maximums, im Antwortsignal auswerten, um einer Fehlstellung des Ankers zu erkennen. Nach Anlegen eines Spanungssprungs an die erste Spule erreicht die Spannung an der zweiten Spule ein bestimmtes Maximum und geht dann zurück, insbesondere auf null zurück. Das Maximum ist hierbei von der Größe des Luftspalts abhängig. Das Maximum wird bei größer werdendem Luftspalt kleiner, ist also umgekehrt proportional zur Größe des Luftspalts. Ebenso verschiebt sich die Zeit, an der das Maximum erreicht wird und die Abklingzeit des zweiten Signals umgekehrt proportional zum Luftspalt.Here, a maximum, i.e. a peak, and the time of the step response, i.e. evaluate the time of the maximum in the response signal in order to detect a malposition of the armature. After a voltage jump has been applied to the first coil, the voltage at the second coil reaches a certain maximum and then decreases, in particular to zero. The maximum depends on the size of the air gap. The maximum becomes smaller as the air gap increases, so it is inversely proportional to the size of the air gap. Likewise, the time at which the maximum is reached and the decay time of the second signal are shifted in inverse proportion to the air gap.

In einer Ausgestaltung wird beim Senden des ersten Signals ein Signal gesendet, dessen Leistung niedriger ist, als die Leistung eines das Relais ansteuernden Ansteuersignals. Somit kann ein Anziehen des Ankers durch das erste Signal verhindert werden. Hierdurch wird die eigentliche Funktion des Relais von der Erfassung der Ankerstellung entkoppelt.In one embodiment, when the first signal is sent, a signal is sent whose power is lower than the power of a control signal which drives the relay. Tightening of the armature by the first signal can thus be prevented. As a result, the actual function of the relay is decoupled from the detection of the armature position.

Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische schematische Darstellung eines Relais gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine weitere schematische Darstellung des Relais gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a eine schematische Schnittdarstellung des Relais aus 2 entlang der Schnittkante B;
3b eine Vergrößerung des mit einem Kreis markierten Details aus 3a;
4a eine schematische Schnittdarstellung des Relais aus 2 entlang der Schnittkante A;
4b eine Vergrößerung des mit einem Kreis markierten Details aus 4a;
5 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Relais gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 Frequenzverläufe eines Antwortsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 Antwortsignale im Zeitbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
8 ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Further exemplary embodiments are explained with reference to the attached figures. Show it:

1 a perspective schematic representation of a relay according to an embodiment;
2nd a further schematic representation of the relay according to an embodiment;
3a a schematic sectional view of the relay 2nd along the cutting edge B;
3b an enlargement of the detail marked with a circle 3a ;
4a a schematic sectional view of the relay 2nd along the cutting edge A;
4b an enlargement of the detail marked with a circle 4a ;
5 a schematic representation of an arrangement with a relay according to an embodiment;
6 Frequency curves of a response signal according to an embodiment;
7 Response signals in the time domain according to an embodiment; and
8th a flowchart for a method according to an embodiment.

1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Relais 100. Das Relais 100 ist hierbei ohne Deckel dargestellt, sodass ein Gehäuse 101 geöffnet ist und die in dem Gehäuse 101 liegenden Bauteile des Relais 100 sichtbar sind. 1 shows a schematic and perspective view of a relay 100 . The relay 100 is shown here without a cover, so that a housing 101 is open and in the housing 101 lying components of the relay 100 are visible.

Das Relais 100 umfasst ein Joch 102. Das Joch 102 ist U-förmig gebogen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Joch 102 anders gestaltet, beispielsweise L-förmig oder W-förmig.The relay 100 includes a yoke 102 . The yoke 102 is bent in a U-shape. In another embodiment, the yoke is 102 designed differently, for example L-shaped or W-shaped.

Das Relais 100 weist eine erste Spule 103 und eine zweite Spule 104 auf. Die erste Spule 103 ist an einem ersten Abschnitt 105 angeordnet. Die zweite Spule 103 ist an einem zweiten Abschnitt 106 angeordnet. Der erste Abschnitt 105 stellt einen ersten Schenkel des Jochs 102 und der zweiten Abschnitt 106 stellt einen zweiten Schenkel des Jochs 102 dar. Der erste Abschnitt 105 liegt dem zweiten Abschnitt 106 gegenüber. Das Joch 102 und die erste Spule 103 und die zweite Spule 104 sind somit wie ein Transformator angeordnet.The relay 100 has a first coil 103 and a second coil 104 on. The first coil 103 is on a first section 105 arranged. The second coil 103 is on a second section 106 arranged. The first paragraph 105 represents a first leg of the yoke 102 and the second section 106 represents a second leg of the yoke 102 The first section 105 lies the second section 106 across from. The yoke 102 and the first coil 103 and the second coil 104 are thus arranged like a transformer.

Das Relais 100 weist einen Anker 107 auf. Der Anker 107 ist von einem Luftspalt (in 1 nicht zu sehen) von dem Joch 102 getrennt. Im Betrieb des Relais 100 wird eine Betriebsspannung an die ersten Spule 103 und an die zweite Spule 104 angelegt, insbesondere durch ein Ansteuersignal zum Ansteuern des Relais 100. Durch die Betriebsspannung fließt ein Strom durch die erste Spule 103 und die zweite Spule 104. Hierdurch wird das Joch 102 magnetisch und zieht den Anker 107 an. In einem weiteren Ausführungsbeispiel fließt ein Strom lediglich durch die erste Spule 103 oder die zweite Spule 104.The relay 100 has an anchor 107 on. The anchor 107 is from an air gap (in 1 from the yoke 102 Cut. In operation of the relay 100 becomes an operating voltage to the first coil 103 and to the second coil 104 applied, in particular by a control signal to control the relay 100 . A current flows through the first coil due to the operating voltage 103 and the second coil 104 . This will make the yoke 102 magnetic and pulls the anchor 107 on. In a further exemplary embodiment, a current only flows through the first coil 103 or the second coil 104 .

Das Relais 100 weist ein Federelement 109 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 109 eine Blattfeder. An dem Federelement 109 ist ein erster elektrischer Kontakt 110 angeordnet.The relay 100 has a spring element 109 on. In the exemplary embodiment shown is the spring element 109 a leaf spring. On the spring element 109 is a first electrical contact 110 arranged.

Das Relais 100 weist ein Betätigungselement 111 auf. Das Betätigungselement 111 dient der Betätigung des Federelements 109 und stellt eine mechanische Kopplung des Ankers 107 und des Federelements 109 dar. Das Betätigungselement 111 ist hierbei dazu eingerichtet, gegen das Federelement 109 zu drücken, wenn der Anker 107 betätigt wird.The relay 100 has an actuator 111 on. The actuator 111 serves to actuate the spring element 109 and provides a mechanical coupling of the anchor 107 and the spring element 109 represents the actuator 111 is set up against the spring element 109 to press when the anchor 107 is operated.

Die 2, 3a, 3b, 4a und 4b zeigen weitere Details des Relais 100. 2 ist eine Draufsicht auf das geöffnete Relais 100 aus 1. Die 3a und 3b sind Darstellungen des Relais 100 entlang der Schnittlinie B und die 4a und 4b sind Darstellungen des Relais 100 entlang der Schnittlinie A. Die 3b zeigt hierbei ein Detail der 3a und die 4b zeigt hierbei ein Detail der 4a.The 2nd , 3a , 3b , 4a and 4b show further details of the relay 100 . 2nd is a top view of the open relay 100 out 1 . The 3a and 3b are representations of the relay 100 along the section line B and the 4a and 4b are representations of the relay 100 along the section line A. Die 3b shows a detail of the 3a and the 4b shows a detail of the 4a .

Das Federelement 109 weist eine Öffnung 112 auf. Die Öffnung 112 ist als Kerbe an einem Rand des Federelements 109 angeordnet. Das Betätigungselement 111 ist in die Öffnung 112 eingeführt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 112 ein Loch und nicht am Rand des Federelements 109 angeordnet. Hierbei ist das Betätigungselement 111 durch die Öffnung 112 hindurchgesteckt.The spring element 109 has an opening 112 on. The opening 112 is as a notch on an edge of the spring element 109 arranged. The actuator 111 is in the opening 112 introduced. In another embodiment, the opening is 112 a hole and not at the edge of the spring element 109 arranged. Here is the actuator 111 through the opening 112 put through.

3a und 3b zeigen eine Schnittdarstellung des Relais 100. Hierbei ist ersichtlich, dass das Betätigungselement 111 ein Eingriffselement 113 mit einem Mitnehmer 114 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Betätigungselement 111, das Eingriffselement 113 und der Mitnehmer 114 einstückig ausgestaltet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind das Betätigungselement 111, das Eingriffselement 113 und der Mitnehmer 114 einzelne Bauteile, die miteinander verbunden sind bzw. aneinander festgelegt sind. 3a and 3b show a sectional view of the relay 100 . It can be seen here that the actuating element 111 an engaging element 113 with a driver 114 having. In the exemplary embodiment shown, the actuating element 111 , the engaging element 113 and the driver 114 designed in one piece. In a further exemplary embodiment, the actuating element 111 , the engaging element 113 and the driver 114 individual components that are connected to each other or fixed to each other.

Das Eingriffselement 113 ragt durch die Öffnung 112 des Federelements 109 durch. Der Mitnehmer 114 erstreckt sich parallel zu dem Betätigungselement 111 und im Wesentlichen senkrecht zu dem Eingriffselement 113, sodass das Federelement 109 in der Richtung, in der das Federelement 109 bewegbar ist, mechanisch in beiden Richtungen an den Anker 107 gekoppelt ist.The engaging element 113 protrudes through the opening 112 of the spring element 109 by. The driver 114 extends parallel to the actuator 111 and substantially perpendicular to the engaging element 113 so that the spring element 109 in the direction in which the spring element 109 is movable, mechanically in both directions to the anchor 107 is coupled.

In 4a ist der Luftspalt 401 dargestellt. In den 4a und 4b sind der erste elektrische Kontakt 110 und ein zweiter elektrischer Kontakt 402 dargestellt. Der erste elektrische Kontakt 110 ist in dem Federelement 109 angeordnet und beweglich. Der zweite elektrische Kontakt 402 ist an dem Gehäuse 101 angeordnet und fix.In 4a is the air gap 401 shown. In the 4a and 4b are the first electrical contact 110 and a second electrical contact 402 shown. The first electrical contact 110 is in the spring element 109 arranged and agile. The second electrical contact 402 is on the case 101 arranged and fixed.

Wird der Anker 107 durch das Joch 102 angezogen, so wird die Bewegung durch das Betätigungselement 111 auf das Federelement 109 übertragen und der erste elektrische Kontakt 110 wird in elektrische Verbindung mit dem zweiten elektrischen Kontakt 402 gebracht. Dies stellte einen geschlossenen Zustand des Relais 100 dar, d.h. das Relais 100 leitet und der Anker 107 befindet sich in der geschlossenen Position. In den 4a und 4b ist der offene Zustand des Relais 100 dargestellt, in dem der Anker 107 von dem Joch 102 beabstandet ist und in der offenen Position ist. Dementsprechend sind der erste elektrische Kontakt 110 und der zweite elektrische Kontakt 402 voneinander getrennt, d.h. das Relais 100 sperrt.Will the anchor 107 through the yoke 102 attracted, so the movement by the actuator 111 on the spring element 109 transferred and the first electrical contact 110 will be in electrical connection with the second electrical contact 402 brought. This put the relay in a closed state 100 represents, ie the relay 100 guides and the anchor 107 is in the closed position. In the 4a and 4b is the open state of the relay 100 shown in which the anchor 107 from the yoke 102 is spaced and is in the open position. Accordingly, the first electrical contact 110 and the second electrical contact 402 separated from each other, ie the relay 100 locks.

Im Bereich der Öffnung 112 des Federelements 109 ist durch den Mitnehmer 114, das Eingriffselement 113 und das Betätigungselement 111 eine doppel-T-förmige Struktur gebildet, die durch die Öffnung 112 greift und das Federelement 109 von beiden Seiten umgreift. In 4a und 4b ist eine Achse 403 eingezeichnet, die durch das Eingriffselement 113 läuft. Von dieser Achse 403 erstreckt sich der Mitnehmer 114 senkrecht um mehr als den Radius der Öffnung 112.In the area of the opening 112 of the spring element 109 is by the carrier 114 , the engaging element 113 and the actuator 111 a double T-shaped structure formed through the opening 112 engages and the spring element 109 encompasses from both sides. In 4a and 4b is an axis 403 drawn by the engaging element 113 running. From this axis 403 extends the carrier 114 vertically by more than the radius of the opening 112 .

5 zeigt eine Anordnung 500 mit dem Relais 100 in schematischer Darstellung. 5 shows an arrangement 500 with the relay 100 in a schematic representation.

Um die Ankerstellung zu überprüfen weist die Anordnung 500 einen Signalgeber 501 auf. Der Signalgeber 501 ist ein Mikrocontroller. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber 501 ein Computer oder ein anderes Gerät zum Erzeugen eines Signals.To check the anchor position, the arrangement shows 500 a signal generator 501 on. The signal generator 501 is a microcontroller. In a further embodiment, the signal generator 501 a computer or other device to generate a signal.

Der Signalgeber 501 ist mit der ersten Spule 103 elektrisch verbunden. Der Signalgeber 501 ist an einem Mittelkontakt der ersten Spule 501 angeschlossen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber 501 an einer anderen Stelle an die erste Spule 103 angeschlossen.The signal generator 501 is with the first coil 103 electrically connected. The signal generator 501 is on a center contact of the first coil 501 connected. In a further embodiment, the signal generator 501 elsewhere to the first coil 103 connected.

Der Signalgeber 501 kann ein erstes Signal erzeugen. Die Leistung des ersten Signals ist hierbei wesentlich geringer als die Betriebsleistung des Relais 100, insbesondere ist die Spannung des ersten Signals so gering, dass sichergestellt ist, dass der Anker 107 durch die Spannung des ersten Signals nicht angezogen wird, auch wenn der Luftspalt 401 einen bereits reduzierten maximalen Abstand aufweist.The signal generator 501 can generate a first signal. The power of the first signal is significantly lower than the operating power of the relay 100 , in particular the voltage of the first signal is so low that it is ensured that the armature 107 is not attracted by the voltage of the first signal, even if the air gap 401 has an already reduced maximum distance.

Die Anordnung 500 weist eine Messvorrichtung 502 auf. Die Messvorrichtung 502 ist mit der zweiten Spule 104 elektrisch verbunden. Die Messvorrichtung 502 ist an einem Mittelkontakt der zweiten Spule 104 angeschlossen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Messvorrichtung 502 an einer anderen Stelle an die zweite Spule 104 angeschlossen.The order 500 has a measuring device 502 on. The measuring device 502 is with the second coil 104 electrically connected. The measuring device 502 is on a center contact of the second coil 104 connected. In a further embodiment, the measuring device 502 elsewhere to the second coil 104 connected.

Die Messvorrichtung 502 ist eingerichtet, Spannungen an der zweiten Spule 104 zu messen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Messvorrichtung 502 eingerichtet eine andere Signaleigenschaft, insbesondere einen Strom, zusätzlich oder alternativ zu messen.The measuring device 502 is set up voltages on the second coil 104 to eat. In a further embodiment, the measuring device 502 set up to measure another signal property, in particular a current, additionally or alternatively.

Durch die Anordnung der ersten Spule 103 an dem ersten Abschnitt 105 und der zweiten Spule 104 an dem zweiten Abschnitt 106, wird beim Anlegen des ersten Signals an die erste Spule 103 ein Signal elektromagnetisch auf die zweite Spule übertragen. Dies stellt ein Antwortsignal dar, das ein zweites Signal bildet.By arranging the first coil 103 on the first section 105 and the second coil 104 on the second section 106 , at the Applying the first signal to the first coil 103 transmit a signal electromagnetically to the second coil. This represents a response signal that forms a second signal.

Die Messvorrichtung 502 ist eingerichtet, dieses Antwortsignal zu erfassen und auszuwerten. In eine, weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung 500 zur Auswertung des Antwortsignals eine separate Auswertevorrichtung oder das Antwortsignal wird zur Auswertung an eine externe Vorrichtung weitergeleitet. In einem Ausführungsbeispiel sind der Signalgeber 501 und die Messvorrichtung 502 Teil eines Mikrocontrollers.The measuring device 502 is set up to record and evaluate this response signal. In another embodiment, the arrangement comprises 500 a separate evaluation device for evaluating the response signal or the response signal is forwarded to an external device for evaluation. In one embodiment, the signal generator 501 and the measuring device 502 Part of a microcontroller.

Das Antwortsignal stellt das zweite Signal dar. Das zweite Signal entspricht dem durch die elektromagnetischen Eigenschaften des Relais 100, insbesondere der Größe des Luftspalts 401, veränderten ersten Signal.The response signal represents the second signal. The second signal corresponds to that due to the electromagnetic properties of the relay 100 , especially the size of the air gap 401 , changed first signal.

Die Veränderungen des zweiten Signals im Vergleich zum ersten Signal, aber auch im Vergleich zu unterschiedlichen zweiten Signalen, hängt auch von der Art des ersten Signals ab.The changes in the second signal compared to the first signal, but also in comparison to different second signals, also depend on the type of the first signal.

6 zeigt ein Diagramm 600 mit drei Frequenzverläufen 601, 602, 603. Die 6 zeigt hierbei einen Teil eines Bodediagramms, das die Frequenzeigenschaften dreier verschiedener zweiter Signale an der zweiten Spule 104 beschreibt. Das erste Signal ist in allen drei Fällen das gleiche erste Signal gewesen, insbesondere ein Sinussignal. Hierbei ist eine Verstärkung des Signals auf der Ordinatenachse und die Frequenz auf der Abszissenachse aufgetragen. Die Verstärkung stellt dar, in welchem Maß das zweite Signal bei der Übertragung gedämpft wurde. Die Verstärkung ist hierbei in dB aufgetragen. 6 shows a diagram 600 with three frequency profiles 601 , 602 , 603 . The 6 shows a part of a bottom diagram showing the frequency characteristics of three different second signals on the second coil 104 describes. The first signal was the same first signal in all three cases, in particular a sine signal. Here, an amplification of the signal is plotted on the ordinate axis and the frequency on the abscissa axis. The gain represents the extent to which the second signal was attenuated during transmission. The gain is plotted in dB.

Der erste Frequenzverlauf 601 weist eine im Vergleich zu den anderen Frequenzverläufen geringe Dämpfung auf. Der zweite Frequenzverlauf 602 weist eine mittlere und der dritte Frequenzverlauf 603 weist die stärkste Dämpfung der drei Frequenzverläufe 601, 602, 603 auf.The first frequency response 601 has a low attenuation compared to the other frequency profiles. The second frequency response 602 has a middle and the third frequency response 603 exhibits the greatest attenuation of the three frequency curves 601 , 602 , 603 on.

Der erste Frequenzverlauf 601 kann hierbei einem kleinen Luftspalt zugeordnet werden, d.h. einer Ankerstellung, die einer Arbeitslage des Ankers entspricht. Der dritte Frequenzverlauf 603, hat die stärkste Dämpfung und kann somit einem großen Luftspalt zugeordnet werden, d.h. einem Anker in Ruhelage. Der zweite Frequenzverlauf 202 weist eine mittlere Dämpfung auf. Hierbei ist der Luftspalt mittelgroß und weist auf eine Ankerstellung zwischen der Arbeitslage und der Ruhelage hin.The first frequency response 601 can be assigned to a small air gap, ie an anchor position that corresponds to a working position of the anchor. The third frequency response 603 , has the strongest damping and can therefore be assigned to a large air gap, ie an anchor in the rest position. The second frequency response 202 has medium damping. Here the air gap is medium in size and indicates an anchor position between the working position and the rest position.

Hierbei ist neben dem absoluten Wert der Dämpfung auch das Verhältnis von Dämpfungswerten an verschiedenen Frequenzen, beispielsweise bei 10 Hz und bei 1 Hz, ein charakteristisches Merkmal für den Luftspalt. Hierzu werden die Dämpfungswerte bei den jeweiligen Frequenzhöhen zueinander in Relation gesetzt. Beispielsweise wird der Wert der Verstärkung bei einer Frequenz von 10 Hz durch den Wert der Verstärkung bei 1 Hz geteilt. In weiteren Ausführungsbeispielen wird die Größe des Luftspalts 401 lediglich aus den absoluten Werten der Dämpfung oder lediglich aus den relativen Dämpfungswerten bestimmt.In addition to the absolute value of the damping, the ratio of damping values at different frequencies, for example at 10 Hz and at 1 Hz, is a characteristic feature of the air gap. For this purpose, the damping values at the respective frequency levels are set in relation to one another. For example, the value of the gain at a frequency of 10 Hz is divided by the value of the gain at 1 Hz. In further exemplary embodiments, the size of the air gap 401 determined only from the absolute values of the damping or only from the relative damping values.

7 zeigt einen Verlauf mehrerer Spannungen gegenüber der Zeit. Hierbei ist eine Höhe der Spannung auf der Ordinatenachse und die Zeit auf der Abszissenachse aufgetragen. Ein Signal 701 ist das erste Signal und stellt einen Spannungssprung, insbesondere einen kurzen Spannungsimpuls dar. Das erste Signal startet an einem Zeitpunkt T0 und erreicht dann einen konstanten Spannungswert, bevor es wieder auf null abfällt (nicht in 7 dargestellt). 7 shows a course of several voltages over time. Here, a height of the voltage is plotted on the ordinate axis and the time on the abscissa axis. A signal 701 is the first signal and represents a voltage jump, in particular a short voltage pulse. The first signal starts at a point in time T0 and then reaches a constant voltage value before it drops back to zero (not in 7 shown).

Eine Mehrzahl von Antwortsignalen 702 sind in 7 dargestellt, die jeweils ein Maximum 703 kurz nach dem Zeitpunkt TO zu jeweils versetzten Zeitpunkten aufweisen. Je nach Größe des Luftspalts 401 verändern sich der Zeitpunkt des Maximums 703 und die Spannungsspitze des zweiten Signals. Ein hohes Maximum 703 entspricht hierbei einem kleinen Luftspalt 401 und ein niedrigeres Maximum 703 einem größeren Luftspalt 401. Je weiter das Maximum 703 von dem Zeitpunkt TO entfernt ist, d.h. je länger es bis zu dem Erreichen des Maximums 703 dauert, desto kleiner ist der Luftspalt 401. Ebenso ist die Abklingzeit der zweiten Signale von der Größe des Luftspalts 401 abhängig. Je länger die Abklingzeit ist, desto kleiner ist der Luftspalt und umgekehrt.A plurality of response signals 702 are in 7 shown, each a maximum 703 shortly after the time TO at staggered times. Depending on the size of the air gap 401 change the time of the maximum 703 and the voltage spike of the second signal. A high maximum 703 corresponds to a small air gap 401 and a lower maximum 703 a larger air gap 401 . The further the maximum 703 from the time TO, ie the longer it is until the maximum is reached 703 lasts, the smaller the air gap 401 . The decay time of the second signals also depends on the size of the air gap 401 dependent. The longer the cooldown, the smaller the air gap and vice versa.

Die Messvorrichtung 502 bestimmt aus den zu 6 bzw. 7 beschriebenen Eigenschaften des zweiten Signals die Ankerstellung. Insbesondere wird die jeweilige Größe der Eigenschaft, d.h. Dämpfung des Frequenzgangs bei einem Sinussignal als erstem Signal bzw. Zeitpunkt und/oder Höhe des Maximums 703 des zweiten Signals bei einem Spannungssprung im ersten Signal, bei einem Vergleich mit hinterlegten Referenzwerten bestimmt und aus dem Ergebnis des Vergleichs wird die Ankerstellung abgeleitet.The measuring device 502 determined from the to 6 or. 7 described properties of the second signal the anchor position. In particular, the respective size of the property, ie attenuation of the frequency response with a sinusoidal signal as the first signal or time and / or level of the maximum 703 of the second signal in the event of a voltage jump in the first signal, in a comparison with stored reference values, and the anchor position is derived from the result of the comparison.

8 zeigt ein Flussdiagramm 800 für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel. 8th shows a flow chart 800 for a method according to an embodiment.

In Schritt 801 wird von dem Signalgeber 501 ein erstes Signal an die erste Spule 103 gesendet. Das erste Signal ist ein Sinussignal. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das erste Signal ein Spannungssprung, insbesondere ein Spannungsimpuls, oder ein anderes Signal.In step 801 is from the signal generator 501 a first signal to the first coil 103 sent. The first signal is a sine signal. In a further exemplary embodiment, the first signal is a voltage jump, in particular a voltage pulse, or another signal.

In mehreren aufeinanderfolgenden Wiederholungen des Verfahrens ist das erste Signal hierbei konstant. Das erste Signal kann auch eine Kombination zeitlich versetzt angeordneter verschiedener Signale sein.In several successive repetitions of the method, the first signal is constant. The first signal can also be a combination of different signals arranged at different times.

In Schritt 802 wird von der Messvorrichtung 502 das zweite Signal erfasst. Zu jedem ersten Signal wird ein zweites Signal erfasst. Das zweite Signal weist eine Eigenschaft auf, die von der elektromagnetischen Eigenschaft des Relais 100, insbesondere der Größe des Luftspalts 401, abhängt, wie beispielsweise oben zu den 6 und 7 beschrieben.In step 802 is from the measuring device 502 captured the second signal. A second signal is acquired for each first signal. The second signal has a property that is different from the electromagnetic property of the relay 100 , especially the size of the air gap 401 , depends, such as on the above 6 and 7 described.

In Schritt 803 wird auf Basis des empfangenen zweiten Signals die Ankerstellung bestimmt. Ist das erste Signal ein Sinusverlauf, kann aus einer Dämpfung des Frequenzverlaufs auf die Ankerstellung geschlossen werden, wie zu 6 beschrieben. Ist das erste Signal ein Spannungssprung, kann aus den zeitlichen Eigenschaften des zweiten Signals auf die Ankerstellung geschlossen werden, wie zu 7 beschrieben. In step 803 the anchor position is determined on the basis of the received second signal. If the first signal is a sine curve, the armature position can be inferred from damping the frequency curve, such as 6 described. If the first signal is a voltage jump, the anchor position can be inferred from the temporal properties of the second signal, such as 7 described.

Hierzu kann der Verlauf des zweiten Signals mit vorhergehenden Verläufen vorher erfasster zweiter Signale oder mit einem Referenzwert aus einem Speicher verglichen werden.For this purpose, the course of the second signal can be compared with previous courses of previously detected second signals or with a reference value from a memory.

BezugszeichenlisteReference list

100100: Relaisrelay
101101: Gehäusecasing
102102: Jochyoke
103103: erste Spulefirst coil
104104: zweite Spulesecond coil
105105: erster Abschnittfirst section
106106: zweiter Abschnittsecond part
107107: Ankeranchor
109109: FederelementSpring element
110110: erster elektrischer Kontaktfirst electrical contact
111111: BetätigungselementActuator
112112: Öffnungopening
113113: EingriffselementEngaging element
114114: MitnehmerCarrier
401401: LuftspaltAir gap
402402: zweiter elektrischer Kontaktsecond electrical contact
403403: Achseaxis
500500: Anordnungarrangement
501501: SignalgeberSignal generator
502502: MessvorrichtungMeasuring device
600600: Diagrammdiagram
601 - 603601-603: FrequenzverlaufFrequency response
701701: Signalsignal
702702: AntwortsignaleResponse signals
703703: Maximummaximum
800800: Flussdiagrammflow chart
801 - 803801-803: VerfahrensschrittProcedural step
T0T0: Zeitpunkttime

Claims

Relay (100) comprising: a yoke (102) having a first coil (103) and a second coil (104); an armature (107) disposed on the yoke (102) and between a closed position in which the armature (107) is pulled towards the yoke (102) and an open position in which the armature (107) of the yoke (102) is spaced apart; a spring element (109) having a first electrical contact (110) which can be brought into electrical connection with a second electrical contact (402); the spring element (109) being mechanically coupled to the armature (107), the mechanical coupling being able to transmit a movement of the armature (107) in the closing direction of the armature (107) and in the opening direction of the armature (107) to the spring element (109) is.

Relay (100) after Claim 1 , wherein the spring element (109) comprises a leaf spring.

Relay (100) according to one of the Claim 1 or 2nd , wherein the mechanical coupling comprises an actuating element (111) which is arranged between the armature (107) and the spring element (109).

Relay (100) according to one of the preceding claims, wherein the mechanical coupling comprises an engagement element (113), which is configured to engage in an opening (112) of the spring element (109).

Relay (100) after Claim 4 , wherein the engagement element (113) comprises a driver (114) which is set up to take the spring element (109) in the opening direction of the armature (107).

Relay (100) after Claim 5 , wherein the mechanical coupling is set up to exert a force on a first side of the spring element (109) when the armature (107) is brought into the closed position and on a second side opposite the first side through the Driver (114) apply a force to spring element (109) when armature (107) is brought into the open position.

Relay (100) according to one of the Claims 4 to 6 wherein the opening (112) of the spring element (109) comprises a notch or a hole.

Relay (100) after Claim 6 and 7 , wherein the opening (112) comprises a notch and the driver (114) and the engagement element (113) are in one piece and engage in the notch.

Relay (100) according to one of the preceding claims, wherein the first coil (103) has a first connection and the second coil (104) has a second connection, the first connection being set up to be connected to a signal transmitter (501) and the second connection is set up to be connected to a measuring device (502).

Arrangement (500) for determining an armature position of a relay (100) according to one of the Claims 1 to 9 , wherein the first coil (103) on a first section (105) of the yoke (102) and the second coil (104) on a second section (106) of the yoke (102) are arranged, wherein the armature (107) of the relay (100) is spaced from the yoke (102) by an air gap (401), comprising: a signal transmitter (501) which is electrically connected to the first coil (103) and is set up, a first signal to the first coil (103) and a measuring device (502), which is electrically connected to the second coil (104) and is set up to detect a second signal on the second coil (104), the second signal being a response signal to an excitation of the first coil (104 ) with the first signal, the arrangement (500) being set up to determine the armature position of the relay (100) based on the second signal.

Arrangement (500) according to Claim 10 , wherein the signal transmitter (501) is set up to send out as the first signal a signal which is different from a control signal which drives the relay (100) to attract the armature (107).

Arrangement (500) according to one of the Claims 10 or 11 , wherein the first signal comprises a sinusoidal signal and the arrangement (500) is set up to determine the armature position of the relay (100) based on an amplitude shift in the frequency response of the second signal.

Arrangement (500) according to one of the Claims 10 or 11 , wherein the first signal comprises a voltage pulse and the arrangement (500) is set up to determine the armature position of the relay (100) based on a change in a step response.

Method for determining an armature position of a relay (100) according to one of the Claims 1 to 9 , comprising: sending (801) a first signal from a signal generator (501) to the first coil (103) at a first section (105) of the yoke (102) of the relay (100); Detecting (802) a second signal on the second coil (104) on a second section (106) of the yoke (102) by a measuring device (502), the second signal being a response signal to an excitation of the first coil (103) with the first signal is; Determining (803) the armature position of the relay (100) based on the second signal.

Procedure according to Claim 14 , wherein the time length of the first signal is short compared to mechanical time constants of the relay (100).