DE102020129243A1

DE102020129243A1 - Relais sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Relais

Info

Publication number: DE102020129243A1
Application number: DE102020129243.0A
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: 2020-11-06
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2022-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Relais (10.1), vorzugsweise ein bistabiles Relais mit einem rohrförmigen Körper (60), in welchem sich ein Fluid (40) mit einer Vielzahl von dauermagnetischen Teilchen (41) befindet, die mittelbar wenigstens eines Schaltelements (100) ein- und/oder ausschalten können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein bistabiles Relais, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Relais.
Bekannt sind thermische Relais, die im Inneren einer Spule ein Ferrofluid zum Betätigen der Relais aufweisen. Ein solches Relais wird von B. Rajagopalan et al. in dem 2012 veröffentlichten Aufsatz „Ferrofluid Actuated Thermal Overlay Relay“, zu finden unter der Internetadresse https://www.researchgate.net/publication/269800390 Ferofluid Actuated Thermal Oberload relay, beschrieben. Ferrofluide sind Flüssigkeiten mit magnetischen Partikeln, die auf magnetische Felder reagieren. Ein solches thermisches Ferrofluid-Relais muss in einer vertikalen Ausrichtung betrieben werden, denn bei Abschaltung der Spulenerregung fallen die magnetischen Partikel durch die Schwerkraft nach unten. Durch ihr Eigengewicht wird eine sich unterhalb der Spule angeordnete Kontaktfeder bewegt. Ein Nachteil eines solchen Ferrofluid-Relais ist insbesondere darin zusehen, dass ein solches Relais nur in einer korrekten Lage, d. h. in einer vertikalen Ausrichtung betrieben werden kann.
Weiterhin sind Relais bekannt, die eine Vielzahl von mechanisch beweglichen Teilen in einem Magnetkreis aufweisen, in dem zusätzlich Dauermagnete angebracht sind. Nachteilig bei diesen Relais sind die komplizierte Ausführung der mechanisch beweglichen Teile und zusätzlich integrierte Dauermagnete.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais, insbesondere ein bistabiles Relais zu schaffen, welches keine großen Dauermagnete und weniger mechanisch bewegliche Teile aufweist und somit eine längere Lebenszeit besitzt und zudem lageunabhängig betrieben werden kann.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Relais, vorzugsweise ein bistabiles Relais mit einem rohrförmigen Körper zur Verfügung zu stellen, in welchem sich ein Fluid mit einer Vielzahl von dauermagnetischen Teilchen befindet, die mittelbar wenigstens ein Schaltelement ein- und/oder ausschalten können. Ein solches Material wird beispielsweise von Xubo, Liu et al. in dem Aufsatz „ReconFig. able ferromagnetic droplets“, Science, 19. Juli 2019, Vol. 365, Issue 6450, pp. 264-267 beschrieben.
Bei diesem dauermagnetischen Fluid handelt es sich um ein Material, welches mehrere dauermagnetische Teilchen in einem Fluid aufweist. Die dauermagnetischen Teilchen ordnen sich bei Anlegen eines magnetischen Feldes entsprechend an und behalten nach dem Entfernen des magnetischen Feldes ihre zuvor eingenommene Anordnung bei.
Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein beispielhaftes Relais mit zwei Schaltelementen in einem ersten Schaltzustand, in welchem die Erfindung verwirklicht ist,
2 das in 1 gezeigte beispielhafte Relais in einem zweiten Schaltzustand,
3a ein weiteres beispielhaftes Relais mit zwei Schaltelementen in einem ersten Schaltzustand, in welchem die Erfindung verwirklicht ist, und
3b und 3c, jeweils eine vergrößerte Darstellung der in 3a gezeigten Membranen.

In 1 ist ein beispielhaftes Relais 10.1 gezeigt, welches wenigstens ein erstes Schaltelement 100 aufweist bzw. betätigen kann. Das Schaltelement 100 kann eine Kontaktfeder 102 und einen Festkontakt 101 aufweisen. Das Relais 10.1 weist weiterhin einen rohrförmigen, eine Längsachse aufweisenden Körper 60 auf. Die Längsachse ist in 1 durch eine gestrichelte Linie L dargestellt. Der rohrförmigen Körper 60 ist zu beiden Seiten hin jeweils mittels eines ersten Verschlusselements 70 und eines zweiten Verschlusselements 80 hermetisch abgeschlossen. Die beiden Verschlusselemente 70 und 80 können, wie in 1 beispielhaft gezeigt, jeweils als Stößel ausgebildet sein, der ein tellerförmiges Basisteil mit einem daran befestigten, in Richtung der Längsachse weisenden Dorn 75 bzw. 85 aufweisen kann. Die Verschlusselemente 70 und 80 üben somit zwei Funktionen aus: Sie dichten zum einen den rohrförmigen Körper 60 hermetisch ab und dienen zum anderen als Betätigungselement für ein Schaltelement.
Die Verschlusselemente 70 und 80 befinden sich vorzugsweise in der Nähe der jeweiligen Stirnseite des rohrförmigen Körpers 60 und sind zumindest abschnittsweise jeweils entlang der Längsachse L des rohrförmigen Körpers 60, und zwar innerhalb des rohrförmigen Körpers bewegbar ausgebildet. Wie in 1 gezeigt, können die tellerförmigen Basisteile der Verschlusselemente 70 und 80, die den rohrförmigen Körper 60 hermetisch abdichten, innerhalb des Körpers 60 in Richtung der Längsachse L hin und her bewegt werden.
Das erste Verschlusselement 70 ist zum Betätigen der Kontaktfeder 102 des ersten Schaltelements 100 ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das zweite Verschlusselement 80 zum Betätigen einer Kontaktfeder 92 eines zweiten Schaltelements 90 ausgebildet sein. Das zweite Schaltelement 90 weist vorzugsweise neben der Kontaktfeder 92 einen Festkontakt 91 auf. Wie in 1 zu sehen, wirken die beiden Verschlusselemente 70 und 80 über ihren jeweiligen nadelförmigen Vorsprung 75 bzw. 85 auf den Federkontakt 102 bzw. 92 ein. Weiterhin kann eine Rückstellfeder 110 an der Kontaktfeder 102 und beispielsweise an einem ausschnittsweise dargestellten Gehäuse 170 des Relais 10.1 oder an einer anderen geeigneten Stelle des Relais 10.1, befestigt sein. Die Rückstellfeder 110 kann derart bemessen sein, dass das Relais 10.1 als monostabiles Relais betrieben werden kann.
In ähnlicher Weise kann eine Rückstellfeder 120 an der Kontaktfeder 92 und beispielsweise an dem Gehäuse 170 des Relais 10.1 oder an einer anderen geeigneten Stelle des Relais 10.1, befestigt sein. Die Rückstellkraft der beiden Rückstellfedern 110 und 120 kann gleich oder unterschiedlich sein. Ist zum Beispiel die Rückstellkraft der Rückstellfeder 110 viel größer als die Rückstellkraft der Rückstellfeder 120, kann das Relais 10.1 als monostabiles Relais betrieben werden.
Der rohrförmige Körper 60 und die beiden Verschlusselemente 70 und 80 legen einen Hohlraum 50 fest, der mit einem eine Vielzahl von dauermagnetischen Teilchen 41 enthaltenden Fluid zumindest teilweise, vorzugsweise aber vollständig ausgefüllt ist. Wie später noch erläutert wird, kann sich der Hohlraum 50 im Rhythmus der Verschlusselemente 70 und 80 entlang der Längsachse L hin und her bewegen.
Weiterhin weist das Relais 10.1 eine erste Wicklung 20 und eine zweite Wicklung 21 auf, die vorzugsweise von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten elektrisch ansteuerbar sind. Vorzugsweise wird immer nur eine der beiden Wicklungen 20 und 21 elektrisch erregt, wie dies nachfolgend noch erläutert wird. Die beiden Wicklungen 20 und 21 sind bezüglich der Längsachse L hintereinander am rohrförmigen Körper 60 angeordnet. Mit anderen Worten: die erste Wicklung 20 und die zweite Wicklung 21 sind um den rohrförmigen Körper 60 herum gewickelt, wie dies in 1 dargestellt ist.
Weiterhin weist das Relais 10.1 ein ferromagnetisches Joch 30 auf, welches einen ersten Pol 31, einen zweiten Pol 32 und einen dritten Pol 33 aufweist, die sich jeweils senkrecht zur Längsachse L zum rohrförmigen Körper 60 hin erstrecken. Vorzugsweise liegen die jeweiligen Stirnseiten der Pole 31 bis 33 direkt auf dem rohrförmigen Körper 60 auf. Das Joch 30 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und bündig mit den Stirnseiten des rohrförmigen Körpers 60 abschließen. Beispielhaft sei angenommen, dass sich das ferromagnetische Joch 30 vollständig um den rohrförmigen Körper 60 erstreckt, sodass in 1 eine Querschnittsansicht des Relais 10.1 dargestellt ist. Denkbar ist allerdings auch, dass das ferromagnetische Joch 30 nur teilweise den rohrförmigen im Körper 60 umgibt.
Die erste Wicklung 20 ist zwischen dem ersten Pol 31 und dem zweiten Pol 32 angeordnet, während die zweite Wicklung 21 zwischen dem zweiten Pol 32 und dem dritten Pol 33 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die erste Wicklung 20 dem ersten Verschlusselement 70 zugeordnet ist, während die zweite Wicklung 21 dem zweiten Verschlusselement 80 zugeordnet ist. Die Pole des ferromagnetischen Jochs 30 sind dazu ausgebildet, bei entsprechender Erregung der ersten Wicklung 20 oder der zweiten Wicklung 21 den magnetischen Fluss über die Pole 31 bzw. 33 und den gemeinsamen Pol 32, der sich zwischen den beiden Wicklungen 20 und 21 befindet, aus dem Inneren des Körpers 60 zu erfassen und zu einem geschlossenen Magnetkreis zu führen.
Nunmehr wird die Funktionsweise des in 1 dargestellten Relais 10.1, welches vorzugsweise als bistabiles Relais betrieben wird, näher erläutert.
Angenommen sei zunächst, dass das Relais 10.1 nur das Schaltelement 100 aufweist. Ferner sei angenommen, dass nur die erste Wicklung 20, aber nicht die zweite Wicklung 21 erregt wird. Beispielsweise wird die erste Wicklung 20 derart erregt, dass sich am Pol 31 ein magnetischer Nordpol und am Pol 32 ein magnetischer Südpol ausbildet, wie dies in der 1 dargestellt ist. Bei dieser Erregung richten sich die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 zur Erlangung des Zustands der geringsten magnetischen Koenergie vorzugsweise entlang der im Inneren des Körpers 60 verlaufenden magnetischen Feldlinien derart aus, dass sich die in der 1 gezeigt Anordnung bzw. Struktur ergibt. Die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids sind folglich dazu ausgebildet, bei Erregung nur der ersten Wicklung 20 das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 in einen ersten, in der 1 gezeigten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung 20 das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 in dessen ersten Schaltzustand zu halten. Denn die dauermagnetischen Teilchen 41 behalten ihre zuvor eingenommene Anordnung bei Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung 20 bei, da hierdurch der Zustand der geringsten magnetischen Koenergie erhalten bleibt. Mit anderen Worten: die dauermagnetischen Teilchen 41 bewegen bei Erregung der ersten Wicklung 20 das Verschlusselement 70 innerhalb des rohrförmigen Körpers 60 und somit den Dorn 75 soweit aus dem rohrförmigen Körper 60 nach links, dass die Kontaktfeder 102 gegen den Festkontakt 101 gedrückt wird und somit das Schaltelement 100 schließt. Die Kontaktfeder 102 wird also durch Überwindung ihrer eigenen Federsteifigkeit und/oder durch Überwindung der Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 110 durch den Dorn 75 derart bewegt, dass sich der erforderliche Kontaktdruck zum sicheren Schließen des Schaltelements 100 einstellt. Angemerkt sei noch, dass durch die Bewegung der dauermagnetischen Teilchen des Fluids 40 und somit des Verschlusselements 70 im rohrförmigen Körper 60 nach links eine Sogwirkung entsteht, die das Verschlusselement 80 und damit der Dorn 85 ebenfalls nach links bewegt. Mit anderen Worten: Der gesamte Hohlraum 50 wandert nach links. Vorzugsweise ist das Fluid 40 eine nicht kompressible Flüssigkeit, die den gesamten Hohlraum 50 ausfüllt.
Je nach Implementierung kann die Rückstellkraft der Rückstellfeder 110 derart groß im Verhältnis zur aufgebauten Struktur der dauermagnetischen Teilchen 41 gewählt werden, dass sie bei Abschaltung der Erregung der Wicklung 20 das Verschlusselement 70 in entgegengesetzter Richtung, d.h. bezüglich der Längsachse L nach rechts drückt, so dass das Schaltelement 100 wieder geöffnet wird. In einem solchen Fall fungiert das Relais 10.1 als monostabiles Relais.
Zum Umschalten des Schaltelements 100 wird nunmehr nur die zweite Wicklung 21 erregt und zwar vorzugsweise derart, dass sich am Pol 33 ein Nordpol und am gemeinsamen Pol 32 des ferromagnetischen Jochs 30 wiederum ein Südpol bildet. Als Folge hiervon wandern die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids im rohrförmigen Körper 60 entlang der Längsachse I in die entgegengesetzte Richtung, d. h. nach rechts, um wiederum den Zustand der geringsten magnetischen Koenergie zu erzielen. Bei dieser Erregung richten sich die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 zur Erlangung des Zustands der geringsten magnetischen Koenergie vorzugsweise entlang der im Inneren des Körpers 60 verlaufenden magnetischen Feldlinien derart aus, dass sich die in der 2 gezeigt Anordnung bzw. Struktur ergibt.
Hierdurch drücken die dauermagnetischen Teilchen 41 das Verschlusselementes 80 und den Dorn 85 nach rechts. Durch die Bewegung der dauermagnetischen Teilchen des Fluids 40 und somit des Verschlusselements 80 im rohrförmigen Körper 60 von links nach rechts entsteht eine entsprechende Sogwirkung, die das Verschlusselement 70 und damit der Dorn 75 ebenfalls nach rechts bewegt. Diese Bewegung des Verschlusselements 70 bewirkt, dass das Schaltelement 100 dank der Federsteifigkeit der Kontaktfeder 102 und/oder durch die Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 110 in einen zweiten Schaltzustand, im dargestellten Beispiel in einen geöffneten Zustand übergeht, wie dies in 2 gezeigt ist. Wird nunmehr die Erregung der zweiten Wicklung 21 abgeschaltet, bleibt das zweite Verschlusselement 80 in seiner Position, wodurch das erste Schaltelement 100 in seinem Schaltzustand gehalten wird. Denn die dauermagnetischen Teilchen 41 behalten ihre zuvor eingenommene Anordnung bei Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung 21 bei, da hierdurch der Zustand der geringsten magnetischen Koenergie erhalten bleibt. In diesem Fall fungiert das Relais 10.1 als bistabiles Relais.
Angenommen sei nunmehr, dass das Relais 10.1 mit beiden Schaltelementen 90 und 100 betrieben wird.
Ferner sei angenommen, dass die erste Wicklung 20 derart erregt wird, dass sich am Pol 31 ein magnetischer Nordpol und am Pol 32 ein magnetischer Südpol ausbildet, wie dies in der 1 dargestellt ist. Bei dieser Erregung richten sich die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 zur Erlangung des Zustands der geringsten magnetischen Koenergie vorzugsweise entlang der im Inneren des Körpers 60 verlaufenden magnetischen Feldlinien derart aus, dass sich die in der 1 gezeigt Anordnung bzw. Struktur ergibt. Die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids sind folglich dazu ausgebildet, bei Erregung nur der ersten Wicklung 20 das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 in einen ersten, in der 1 gezeigten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung 20 das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 in dessen ersten Schaltzustand zu halten. Denn die dauermagnetischen Teilchen 41 behalten ihre zuvor eingenommene Anordnung bei Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung 20 bei, da hierdurch der Zustand der geringsten magnetischen Koenergie erhalten bleibt. Mit anderen Worten: die dauermagnetischen Teilchen 41 bewegen bei Erregung der ersten Wicklung 20 das Verschlusselement 70 innerhalb des rohrförmigen Körpers 60 und somit den Dorn 75 soweit aus dem rohrförmigen Körper 60 nach links, dass die Kontaktfeder 102 gegen den Festkontakt 101 gedrückt wird und somit das Schaltelement 100 schließt. Die Kontaktfeder 102 wird also durch Überwindung ihrer eigenen Federsteifigkeit und/oder durch Überwindung der Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 110 durch den Dorn 75 derart bewegt, dass sich der erforderliche Kontaktdruck zum sicheren Schließen des Schaltelements 100 einstellt. Durch die Bewegung der dauermagnetischen Teilchen des Fluids 40 und somit des Verschlusselements 70 im rohrförmigen Körper 60 nach links entsteht eine entsprechende Sogwirkung, die das Verschlusselement 80 und damit der Dorn 85 ebenfalls nach links bewegt. Diese Bewegung des Verschlusselements 80 bewirkt, dass das Schaltelement 90 dank der Federsteifigkeit der Kontaktfeder 92 und/oder durch die Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 120 in einen ersten Schaltzustand, im dargestellten Beispiel in einen geöffneten Zustand übergeht, wie dies in 1 gezeigt ist. Da die dauermagnetischen Teilchen 41 auch bei Abschalten der Erregung der ersten Wicklung 20 ihre Anordnung beibehalten, wird das Schaltelement 90 in seinem ersten Schaltzustand gehalten.
Zum Umschalten des Schaltelements 100 wird nunmehr nur die zweite Wicklung 21 erregt und zwar vorzugsweise derart, dass sich am Pol 33 ein Nordpol und am gemeinsamen Pol 32 des ferromagnetischen Jochs 30 wiederum ein Südpol bildet. Als Folge hiervon wandern die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids im rohrförmigen Körper 60 entlang der Längsachse I in die entgegengesetzte Richtung, d. h. nach rechts, um wiederum den Zustand der geringsten magnetischen Koenergie zu erzielen. Bei dieser Erregung richten sich die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 zur Erlangung des Zustands der geringsten magnetischen Koenergie vorzugsweise entlang der im Inneren des Körpers 60 verlaufenden magnetischen Feldlinien derart aus, dass sich die in der 2 gezeigt Anordnung bzw. Struktur ergibt.
Hierdurch drücken die dauermagnetischen Teilchen 41 das Verschlusselementes 80 und den Dorn 85 nach rechts.
Die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids sind folglich dazu ausgebildet, bei Erregung nur der zweiten Wicklung 21 das zweite Schaltelement 90 mittels des zweiten Verschlusselements 80 in einen zweiten, in der 2 gezeigten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung 21 das zweite Schaltelement 90 mittels des zweiten Verschlusselements 80 in dessen zweiten Schaltzustand zu halten. Denn die dauermagnetischen Teilchen 41 behalten ihre zuvor eingenommene Anordnung bei Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung 21 bei, da hierdurch der Zustand der geringsten magnetischen Koenergie erhalten bleibt. Mit anderen Worten: die dauermagnetischen Teilchen 41 bewegen bei Erregung der zweiten Wicklung 21 das Verschlusselement 80 innerhalb des rohrförmigen Körpers 60 und somit den Dorn 85 soweit aus dem rohrförmigen Körper 60 nach rechts, dass die Kontaktfeder 92 gegen den Festkontakt 91 gedrückt wird und somit das Schaltelement 90 schließt. Die Kontaktfeder 92 wird also durch Überwindung ihrer eigenen Federsteifigkeit und/oder durch Überwindung der Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 120 durch den Dorn 85 derart bewegt, dass sich der erforderliche Kontaktdruck zum sicheren Schließen des Schaltelements 90 einstellt.
Durch die Bewegung der dauermagnetischen Teilchen des Fluids 40 und somit des Verschlusselements 80 im rohrförmigen Körper 60 von links nach rechts entsteht eine entsprechende Sogwirkung, die das Verschlusselement 70 und damit der Dorn 75 ebenfalls nach rechts bewegt. Diese Bewegung des Verschlusselements 70 bewirkt, dass das Schaltelement 100 dank der Federsteifigkeit der Kontaktfeder 102 und/oder durch die Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 110 in einen zweiten Schaltzustand, im dargestellten Beispiel in einen geöffneten Zustand übergeht, wie dies in 2 gezeigt ist. Wird nunmehr die Erregung der zweiten Wicklung 21 abgeschaltet, bleibt das zweite Verschlusselement 80 in seiner Position, wodurch das erste Schaltelement 100 in seinem Schaltzustand gehalten wird. Denn die dauermagnetischen Teilchen 41 behalten ihre zuvor eingenommene Anordnung bei Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung 21 bei, da hierdurch der Zustand der geringsten magnetischen Koenergie erhalten bleibt. In diesem Fall fungiert das Relais 10.1 als bistabiles Relais.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass es sich bei den Schaltelementen 90 und 100 beispielsweise um einen Wechslerkontakt, einen Öffnerkontakt, einen Schließerkontakt, Mehrfachkontakte auch um gekoppelte Kontakte handeln kann.
In 3a ist ein weiteres beispielhaftes Relais 10.2 gezeigt. Anstelle der stößelförmigen Verschlusselemente 70 und 80 sind an beiden Stirnseiten des rohrförmigen Körpers 60 jeweils eine Membran 130 bzw. 140 als Verschlusselement befestigt sein, wie dies in 3a gezeigt ist. Der übrige Aufbau kann dem in 1 gezeigten Relais 10.1 entsprechen. Deshalb wurden für gleiche Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Schalt- und Erregungszustand des in 3a gezeigten Relais 10.2 entspricht hierbei dem Schalt- und Erregungszustand des in 1 gezeigten Relais 10.1.
Hinsichtlich der Funktionsweise des Relais 10.2 wird auf die obige Erläuterung hinsichtlich des Relais 10.1 verwiesen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass in Abhängigkeit der Erregung der ersten Wicklung 20 oder der zweiten Wicklung 21 die als Membranen ausgebildeten Verschlusselemente 130 und 140 und nicht die Verschlusselemente 70 und 80 entsprechend bewegt werden.
3b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Membran 130, die beispielsweise an einer Stellen 150 mit dem rohrförmigen Körper 60 verklebt ist. Sie kann einen verstärkten Betätigungsbereich 131 zum Betätigen der Kontaktfeder 102 aufweisen. Aufgrund der Erregung der ersten Wicklung 20 und der damit einhergehenden Anordnung der dauermagnetischen Teilchen 41 in dem rohrförmigen Körper 60 ist die Membran 130 nach links ausgebeult. Sie sorgt somit dafür, dass das Schaltelement 100 geschlossen wird.
3c zeigt eine vergrößerte Ansicht der Membran 140, die beispielsweise an einer, der Stelle 150 gegenüberliegenden Stellen 160 mit dem rohrförmigen Körper 60 verklebt ist. Sie kann einen verstärkten Betätigungsbereich 141 zum Betätigen der Kontaktfeder 92 aufweisen. Aufgrund der Erregung der ersten Wicklung 20 und der damit einhergehenden Anordnung der dauermagnetischen Teilchen 41 in dem rohrförmigen Körper 60 ist die Membran 140 ebenfalls nach links ausgebeult. Diese Verformung der Membran 140 bewirkt, dass das Schaltelement 90 dank der Federsteifigkeit der Kontaktfeder 92 und/oder durch die Rückstellkraft der optionalen Rückstellfeder 120 in einen geöffneten Zustand übergeht.
Zumindest einige der oben geschilderten beispielhaften Aspekte werden nachfolgend noch einmal zusammengefasst.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird ein Relais 10.1 bzw. 10.2, geschaffen, welches folgende Merkmale aufweisen kann:

- ein erstes Schaltelement 100, welches eine Kontaktfeder 102 aufweist,
- einen rohrförmigen, eine Längsachse L aufweisenden Körper 60, der mittels eines ersten Verschlusselements 70 bzw. 130 und eines zweiten Verschlusselements 80 bzw. 140 hermetisch abgeschlossen ist, wobei das erste Verschlusselement 70, 130 und das zweite Verschlusselement 80, 140 zumindest abschnittsweise jeweils entlang der Längsachse L des rohrförmigen Körpers 60 bewegbar ausgebildet sind, wobei das erste Verschlusselement 70 zum Betätigen der Kontaktfeder 102 des ersten Schaltelements 100 ausgebildet ist, wobei der rohrförmige Körper 60 und die beiden Verschlusselemente 70, 80 bzw. 130, 140 einen Hohlraum festlegen 50,
- ein Fluid 40 mit einer Vielzahl von dauermagnetischen Teilchen 41, wobei das Fluid 40 zumindest teilweise den Hohlraum 50 ausfüllt,
- eine erste Wicklung 20 und eine zweite Wicklung 21, die jeweils zu unterschiedlichen Zeiten elektrisch ansteuerbar und bezüglich der Längsachse L hintereinander am rohrförmigen Körper 60 angeordnet sind,
- ein einteiliges oder mehrteiliges ferromagnetisches Joch 30, welches die erste Wicklung 20 und die zweite Wicklung 21 wenigstens abschnittsweise umgibt, wobei das ferromagnetische Joch 30 einen ersten Pol 31, einen zweiten Pol 32 und dritten Pol 33 aufweist, die sich jeweils senkrecht zur Längsachse L zum rohrförmigen Körper 60 hin erstrecken, wobei die erste Wicklung 20 zwischen dem ersten und zweiten Pol 31, 32 und die zweite Wicklung 21 zwischen dem zweiten und dritten Pol 32, 33 angeordnet ist.

Vorteilhafterweise sind die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 dazu ausgebildet,

a) bei Erregung nur der ersten Wicklung 20 das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 in einen ersten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung 20 das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 bzw. 130 in dessen ersten Schaltzustand zu halten, oder
b) bei Erregung nur der zweiten Wicklung 21 das erste Schaltelement 100 in einen zweiten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung 21 das erste Schaltelement 100 in dessen zweiten Schaltzustand zu halten.

Die dauermagnetischen Teilchen 41 sind folglich dazu ausgebildet, das Schaltelement 100 mittelbar ein- und/oder auszuschalten.
Vorteilhafter Weise kann das Relais 10.1 bzw. 10.2 ein zweites Schaltelement 90 mit einer Kontaktfeder 92 aufweist, wobei
das zweite Verschlusselement 80 bzw. 140 zum Betätigen der Kontaktfeder 92 des zweiten Schaltelements 90 ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise können die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 ferner dazu ausgebildet sind,

a) bei Erregung nur der ersten Wicklung 20 das zweite Schaltelement 90 in einen ersten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung 20 das zweite Schaltelement 90 in dessen ersten Schaltzustand zu halten, oder
b) bei Erregung nur der zweiten Wicklung 21 das zweite Schaltelement 90 mittels des zweiten Verschlusselements 80 in einen zweiten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung 21 das zweite Schaltelement 90 mittels des zweiten Verschlusselements 80 in dessen zweiten Schaltzustand zu halten.

Vorzugsweise kann das erste Verschlusselement 70 und zweite Verschlusselement 80 jeweils als Stößel ausgebildet sein, die jeweils zumindest teilweise innerhalb des rohrförmigen Körpers 60 angeordnet und entlang er Längsachse L bewegbar ausgebildet sind. Die Stößel können jeweils ein tellerförmiges Basisteil, das den rohrförmigen Körper 60 abdichtet, und einen beispielsweise nadelförmigen Vorsprung oder Dorn 75 bzw. 85 als Betätigungselement aufweisen.
Alternativ können das erste Verschlusselement und das zweite Verschlusselement jeweils als Membran 130 bzw. 140 ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann die Kontaktfeder 102 des ersten Schaltelements 100 mit einer ersten Rückstellfeder 110 verbunden sein.
Alternativ kann die Kontaktfeder 102 des ersten Schaltelements 100 mit einer ersten Rückstellfeder 110 und die Kontaktfeder 92 des zweiten Schaltelements 90 mit einer zweiten Rückstellfeder 120 verbunden sind, wobei die erste und zweite Rückstellfeder 110, 120 gleiche oder unterschiedliche Rückstellkräfte aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das Fluid 40 den Hohlraum 50 des rohrförmigen Körpers 60 vollständig ausfüllen, wobei das Fluid eine Flüssigkeit sein kann.
Das Relais 10.1 bzw. das Relais 10.2 kann als bistabiles oder monostabiles Relais arbeiten.
Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Relais 10.1 bzw. 10.2zur Verfügung gestellt, wobei sich das Relais zunächst in einem nicht erregten Zustand befindet. Das Verfahren kann folgende Verfahrensschritte aufweisen:

a) Erregen nur der ersten Wicklung 20, so dass sich die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 entlang der im Hohlraum 50 verlaufenden magnetischen Feldlinien zwischen dem ersten Pol 31 und dem zweiten Pol 32 derart anordnen, dass das erste Schaltelement 100 mittels des ersten Verschlusselements 70 bzw. 130 in einen ersten Schaltzustand bewegt wird, und
b) Abschalten der Erregung der ersten Wicklung 20, wobei das erste Schaltelement 100 in seinem ersten Schaltzustand gehalten wird.

Vorzugsweise kann das Verfahren folgende weitere Schritte aufweisen:

c) Erregen nur der zweiten Wicklung 21, so dass sich die dauermagnetischen Teilchen 41 des Fluids 40 entlang der im Hohlraum 50 verlaufenden magnetischen Feldlinien zwischen dem zweiten Pol 32 und dem dritten Pol 33 derart anordnen, dass das erste Schaltelement in einen zweiten Schaltzustand bewegt wird, und
d) Abschalten der Erregung der zweiten Wicklung 21, wobei das erste Schaltelement 100 in seinem zweiten Schaltzustand gehalten wird.

Die Schritte a) bis d) werden vorzugsweise zeitlich nacheinander durchgeführt.

Claims

Relais (10.1, 10.2), aufweisend: - ein erstes Schaltelement (100), welches eine Kontaktfeder (102) aufweist, - einen rohrförmigen, eine Längsachse (L) aufweisenden Körper (60), der mittels eines ersten und eines zweiten Verschlusselements (70, 80) hermetisch abgeschlossen ist, wobei das erste und zweite Verschlusselement (70, 80; 130, 140) zumindest abschnittsweise jeweils entlang der Längsachse (L) des rohrförmigen Körpers (60) bewegbar ausgebildet sind, wobei das erste Verschlusselement (70) zum Betätigen der Kontaktfeder (102) des ersten Schaltelements (100) ausgebildet ist, wobei der rohrförmige Körper (60) und die beiden Verschlusselemente (70, 80; 130, 140) einen Hohlraum festlegen (50), - ein Fluid (40) mit einer Vielzahl von dauermagnetischen Teilchen (41), wobei das Fluid (40) zumindest teilweise den Hohlraum (50) ausfüllt, - eine erste Wicklung (20) und eine zweite Wicklung (21), die jeweils zu unterschiedlichen Zeiten elektrisch ansteuerbar und bezüglich der Längsachse (L) hintereinander am rohrförmigen Körper (60) angeordnet sind, - ein ferromagnetisches Joch (30), welches die erste Wicklung (20 und die zweite Wicklung (21) wenigstens abschnittsweise umgibt, wobei das ferromagnetische Joch (30) einen ersten Pol (31), einen zweiten Pol (32) und dritten Pol (33) aufweist, die sich jeweils senkrecht zur Längsachse (L) zum rohrförmigen Körper (60) hin erstrecken, wobei die erste Wicklung (20) zwischen dem ersten und zweiten Pol (31, 32) und die zweite Wicklung (21) zwischen dem zweiten und dritten Pol (32, 33) angeordnet ist.
Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetischen Teilchen (41) des Fluids (40) dazu ausgebildet sind, a) bei Erregung nur der ersten Wicklung (20) das erste Schaltelement (100) mittels des ersten Verschlusselements (70, 130) in einen ersten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung (20) das erste Schaltelement (100) mittels des ersten Verschlusselements (70, 130) in dessen ersten Schaltzustand zu halten, oder b) bei Erregung nur der zweiten Wicklung (21) das erste Schaltelement (100) in einen zweiten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung (21) das erste Schaltelement (100) in dessen zweiten Schaltzustand zu halten.
Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (10.1, 10.2) ein zweites Schaltelement (90) mit einer Kontaktfeder (92) aufweist, und dass das zweite Verschlusselement (80, 140) zum Betätigen der Kontaktfeder (92) des zweiten Schaltelements (90) ausgebildet ist.
Relais nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetischen Teilchen (41) des Fluids (40) dazu ausgebildet sind, a) bei Erregung nur der ersten Wicklung (20) das zweite Schaltelement (90) in einen ersten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der ersten Wicklung (20) das zweite Schaltelement (90) in dessen ersten Schaltzustand zu halten, oder b) bei Erregung nur der zweiten Wicklung (21) das zweite Schaltelement (90) mittels des zweiten Verschlusselements (80, 140) in einen zweiten Schaltzustand zu bewegen und bei anschließender Abschaltung der Erregung der zweiten Wicklung (21) das zweite Schaltelement (90) mittels des zweiten Verschlusselements (80, 140) in dessen zweiten Schaltzustand zu halten.
Relais (10.1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Verschlusselement (70, 80) jeweils als Stößel ausgebildet sind, die jeweils zumindest teilweise innerhalb des rohrförmigen Körpers (60) angeordnet und entlang er Längsachse (L) bewegbar ausgebildet sind.
Relais (10.2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Verschlusselement (130, 140) jeweils als Membran ausgebildet sind.
Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (102) des ersten Schaltelements (100) mit einer ersten Rückstellfeder (110) verbunden ist.
Relais nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (102) des ersten Schaltelements (100) mit einer ersten Rückstellfeder (110) und die Kontaktfeder (92) des zweiten Schaltelements (90) mit einer zweiten Rückstellfeder (110, 120) verbunden sind, wobei die erste und zweite Rückstellfeder (110, 120) gleiche oder unterschiedliche Rückstellkräfte aufweisen.
Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (40) den Hohlraum (50) des rohrförmigen Körpers (60) vollständig ausfüllt, wobei das Fluid eine Flüssigkeit ist.
Verfahren zum Betreiben eines Relais (10.1, 10.2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich das Relais zunächst in einem nicht erregten Zustand befindet, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Erregen nur der ersten Wicklung (20), so dass sich die dauermagnetischen Teilchen (41) des Fluids (40) entlang der im Hohlraum (50) verlaufenden magnetischen Feldlinien zwischen dem ersten Pol (31) und dem zweiten Pol (32)derart anordnen, dass das erste Schaltelement (100) mittels des ersten Verschlusselements (70, 130) in einen ersten Schaltzustand bewegt wird, und b) Abschalten der Erregung der ersten Wicklung (20), wobei das erste Schaltelement (100) in seinem ersten Schaltzustand gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte: c) Erregen nur der zweiten Wicklung (21), so dass sich die dauermagnetischen Teilchen (41) des Fluids (40) entlang der im Hohlraum (50) verlaufenden magnetischen Feldlinien zwischen dem zweiten Pol (32) und dem dritten Pol (33) derart anordnen, dass das erste Schaltelement in einen zweiten Schaltzustand bewegt wird, und d) Abschalten der Erregung der zweiten Wicklung (21), wobei das erste Schaltelement (100) in seinem zweiten Schaltzustand gehalten wird.