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Maßnahmen zur Verminderung der Prellung an einem elektromagnetischen
Relais Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Verminderung der Prellung an einem elektromagnetischen
Relais, bei dem an der Befestigungsstelle und am Kontaktfedersatz prellungsvermindernde
Teile angebracht sind.
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Die Kontaktfedersätze elektromagnetischer Relais werden sowohl durch
Erschütterungen von außen, die z. B. der Relaiskern oder der Relaisanker über das
mit ihnen verbundene Grundblech erfahren, als auch durch eigene Erschütterungen
des Ankers und der daran befestigten Teile, welche durch die plötzlich auftretenden
Kräfte am Anfang und Ende der Schaltbewegung des Ankers auftreten, zu unkontrollierten
Bewegungen gebracht, die als Kontaktprellungen bezeichnet werden.
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Solche Kontaktprellungen beeinflussen die Kontaktgabe nachteilig und
führen manchmal auch zu Zerstörungen von Kontaktflächen. Weiterhin führen solche
Kontaktprellungen zu fehlerhaften Mehrfachkontaktgebungen, wo nur eine einzige Kontaktgabe
gewünscht wird. Diese Erscheinung führt z. B. bei schnell arbeitenden elektronischen
Schaltungen der Nachrichtentechnik zu fehlerhaften Schaltvorgängen.
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Zur Vermeidung dieser Kontaktprellungen ist es bekannt, den Kern am
Grundblech federnd anzubringen. In einer bekannten Ausführung ist der Magnetkern
mit der Grundplatte durch ein sogenanntes Schwingmetallelement verbunden. Hierfür
kommt z. B. ein Element aus elastischem Material, dessen Endflächen aufgeklebte
oder anvulkanisierte Metallplatten zur Befestigung zwischen der Grundplatte einerseits
und dem Magnetkern andererseits tragen, in Betracht (österreichische Patentschrift
175 295). Bei dieser Ausführungsform ist es jedoch erforderlich, auf die Alterungserscheinungen
des elastischen Materials Rücksicht zu nehmen. Weiterhin ist es schwierig, gleichbleibende
Federeigenschaften des Materials sicherzustellen.
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In einer anderen vorgeschlagenen Ausführung sind zwei Relais nebeneinander
federnd mit der Grundplatte verbunden. F i g. 1 der Zeichnungen zeigt eine solche
Anordnung. Zwei in der Blickrichtung senkrecht auf die Zeichenebene hintereinander
angeordnete Relais sind auf der Grundplatte (Schiene) 4 mittels zweier spiegelbildlich
angeordneter Federn 1 und 2 in der Weise federnd angebracht, daß sich ihre konkaven
Öffnungen gegenüberstehen. Zwischen diesen Federn 1 und 2 befindet sich die Hülse
5, welche der Führung und der Abstandhaltung der Federn dient und die mit der Feder
2 verbunden ist. Die Schraube 3 ist im Kern 6 eingeschraubt. Bewegt sich nun die
Grundplatte 4 infolge von Erschütterungen durch die Betätigung von Nachbarrelais
oder sonstiger Ereignisse, dann werden diese Erschütterungen durch die Federn 1
und 2 aufgefangen und nicht auf den Kern 6 übertragen. Umgekehrt werden Erschütterungen
des Kernes 6 nicht auf die Grundplatte 4 übertragen.
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Es sind weiterhin Ausführungen bekannt, bei welchen eine Dämpfung
gegen Prellungen durch die Kontaktbetätigungsglieder dadurch erzielt wird, daß an
der Stelle, an der die Kontaktbetätigungsglieder mit den Federn in Berührung kommen
können, Kunststoffe mit unsymmetrischer Federcharakteristik verwendet werden (deutsche
Auslegeschrift 1136010).
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In einer anderen Ausführungsform wird der Kern des Relais mit der
Grundplatte mittels einer U-förmigen Feder federnd verbunden. Die zur Dämpfung nötige
Reibung wird durch Lappen bewirkt, die am unteren Spulenflansch reiben (Druckschenkelbefestigung
in deutsche Patentschrift 827 531). Bei dieser Ausführungsform ist die Dämpfung
undefiniert, da die Druckschenkel nicht mit gleicher Fertigungstoleranz hergestellt
werden können und eine spätere Justierung schwierig ist.
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Mit allen diesen bekannten Maßnahmen ist es jedoch nicht gelungen,
die Kontaktprellungen auf das gewünschte Maß herabzusetzen. Aufgabe der Erfindung
ist daher die überwindung dieses Nachteiles.
Zur Lösung dieser Aufgabe
ist erfindungsgemäß bei einem Relais als prellungsvermindernde Maßnahme vorgesehen,
daß zwischen Kern und Grundplatte eine im wesentlichen trapezförmige Bügelfeder
angeordnet ist, deren Scheitel auf der Grundplatte aufliegt und deren Federenden
sich gegen den Kern abstützen, und daß als Widerlager für eine den Scheitel der
Bügelfeder und die Grundplatte durchgreifende Kernbefestigungsschraube auf der Gegenseite
der Grundplatte ebenfalls ein federndes oder elastisches verformbares Druckelement
vorgesehen ist, dessen Öffnung nach derselben Richtung weist wie die Öffnung der
trapezförmigen Bügelfeder. Diese Federanordnung zeichnet sich gegenüber bekannten
Anordnungen mit bogenförmigen Federn, die grundsätzlich auch bei feststehenden Federenden
in sich verformbar sind, durch eine größere Amplitude der schwingenden Reibbewegung
der Federenden auf ihrer Stützfläche aus. Dadurch ergibt sich eine bessere Dämpfung
der die Kontaktprellungen verursachenden Schwingungen des Kernes.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Widerlager für die
Kernbefestigungsschraube auf der Gegenseite der Grundplatte ebenfalls eine trapezförmige
Bügelfeder vorgesehen, deren Federenden sich gegen die Grundplatte abstützen.
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Bei einem solchen Relais ist nach einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, daß die Federkraft der trapezförmigen Federn durch eine auf
dem Kernbefestigungsbolzen befindliche Mutter einstellbar ist.
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Eine besonders wirksame Schwingungsdämpfung ergibt sich durch Kombination
der genannten mit einer oder mehrerer der folgenden Maßnahmen. Demgemäß kann zunächst
das Dämpfungsglied zwischen Anker und Kontaktbetätigungsglied aus einem schwingungsdämpfenden
Stoff, z. B. Kunststoff, vorzugsweise mit unsymmetrischer Federcharakteristik, bestehen,
wobei das Kontaktbetätigungsglied dort, wo es mit dem Anker verschraubt ist, rundherum
mit dem schwingungsdämpfenden Stoff umhüllt ist oder mit zwei Beilagscheiben aus
diesem schwingungsdämpfenden Stoff auf jeder Seite des Kontaktbetätigungsstückes
versehen ist.
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Als Dämpfungsmaßnahme ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, daß das Dämpfungsglied auf der Nase des Betätigungsgliedes dort, wo
sie zur Begrenzung des Ankerhubes auf dem Kern aufliegt, aus einem schwingungsdämpfenden
Stoff, z. B. Kunststoff, vorzugsweise mit unsymmetrischer Federcharakteristik, besteht,
wobei die Nase entweder rundherum mit dem schwingungsdämpfenden Stoff umhüllt ist
oder auf der dem Kern zugewandten Seite einseitig (z. B. durch Kleben) mit schwingungsdämpfendem
Stoff bedeckt ist.
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Die beiden letztgenannten Dämpfungsmaßnahmen können auch fertigungstechnisch
dadurch vereinigt werden, daß das Kontaktbetätigungsglied vollständig mit dem schwingungsdämpfenden
Stoff überzogen ist.
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Schließlich ist als weitere Dämpfungsmaßnahme vorgesehen, daß die
Relaisfedern durch Dämpfungsglieder gedämpft sind, welche die Relaisfedern mindestens
teilweise umhüllen und in Abhängigkeit von der Federschwingungsform an bestimmten
Stellen der Relaisfedern angebracht sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen
näher erläutert. Hierin zeigt F i g. 1 eine vorgeschlagene Ausführungsform der federnden
Befestigung des Kernes auf seiner Grundplatte, F i g. 2 ein Beispiel der erfindungsgemäßen
federnden Befestigung des Kerns auf seiner Grundplatte mit zwei trapezförmigen Federn,
F i g. 3 ein weiteres Beispiel der federnden Befestigung des Kernes auf seiner Grundplatte
mit einer trapezförmigen Feder und einem elastischen Dämpfungsglied und F i g. 4
eine Seitenansicht eines Relais mit zusätzlichen Dämpfungseinrichtungen.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 1 sieht die federnde Befestigung
von zwei Relais vor, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die Befestigung jedes
Relais durch je eine Schraube erfolgt.
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Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden vorzugsweise für je
ein Relais verwendet, wobei das Relais mit zwei Schrauben befestigt ist. Es ist
jedoch auch hierbei möglich, zwei oder mehr Relais nebeneinander mit entsprechend
längeren trapezförmigen Federn zu befestigen.
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Die Federungs- und Reibungsverhältnisse sind bei der Ausführungsform
nach F i g. 1, obwohl sie in weitem Maße verwendet wird, sehr ungünstig. Wie Versuche
gezeigt haben, ist die erfindungsgemäße Ausführungsform, z. B. gemäß F i g. 2, bezüglich
der Dämpfung von Erschütterungen der Grundplatte 10
und Verhinderung der Weiterleitung
dieser Erschütterungen auf den Kern 11 günstiger.
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Zur Erläuterung der vorliegenden Verhältnisse kann die Vorstellung
dienen, daß nicht die Grundplatte schwingt, sondern der Relaiskern. Diese Erscheinung
tritt natürlich auch im praktischen Betrieb auf, wo die Erschütterungen eines Relaiskernes
nicht über die Grundplatte auf den Kern eines anderen Relais übertragen werden.
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Bewegt sich z. B. in F i g. 2 der Kern 11 nach rechts, so verbiegt
sich unmittelbar das rechte Ende der Feder 7 und mittelbar über die Feder 8 und
die Schraube 9 das linke Ende der Feder B. Dabei gleiten die Federenden unter Druck
auf dem Blech 12 und dämpfen die Schwingbewegung. Entsprechendes gilt für die Feder
B. Bewegt sich hingegen in F i g. 1 der Kern 6 nach rechts, so können sich die bogenförmigen
Federn 1 und 2 in gewissem Maße ohne Bewegung der Federenden in sich verformen.
Durch die trapezförmige Ausführung der Federn nach F i g. 2 und 3 wird außerdem
der Auflagepunkt der Federn 7 und 8 genauer festgelegt. Die Federkraft der Federn
7 und ä kann durch Beilagseheiben verändert werden.
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Durch den Schraubenbolzen 9 werden die Federn 7 und 8 mittels der
Mutter 29 in ihrer Lage festgelegt. Durch die Mutter 29 ist demnach auch die Federkraft
der Federn 7 und 8 einstellbar. Mit 27 ist ein Sprengring bezeichnet, vor dessen
Anbringung eine Beilagscheibe 28 aufgebracht wird, durch die der Ort der Mutter
29 und somit auch die Federkraft genau definiert werden können.
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Es ist auch möglich, an Stelle oder zusätzlich -zu den Beilagscheiben
Beilagplättchen zwischen der Grundplatte und der jeweiligen Feder bzw.' der Feder
7 und der Platte 12 anzubringen.
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Der Anschlag 13, der zum Festlegen des Abstandes dient, ist aus einem
Stück mit dem Schraubenbolzen 9 gefertigt. Die Federn 7 und 8 erstrecken sich senkrecht
zur Zeichenebene über die Breite zweier Relais. Die Federn haben also, in Kernlängsrichtung
gesehen,
eine rechteckige Form und besitzen zwei Löcher zur Aufnahme
der zwei Befestigungsschrauben je Relais. Durch den Wegfall der gemäß F i g. 1 notwendigen
Hülse können vorteilhafterweise auch die Löcher der Schrauben kleiner gehalten werden.
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In der F i g. 3 ist eine Ausgestaltung der Anordnung nach F i g. 2
dargestellt. Als unteres Federelement ist eine rechteckige Kunststoffplatte 14 angeordnet.
Vorzugsweise besteht sie aus einem Kunststoff unsymmetrischer Federcharakteristik,
welche die Stoßenergie schnell aufnimmt, jedoch nur langsam wieder abgibt.
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In vielen Fällen sind die beschriebenen Maßnahmen gemäß F i g. 2 bzw.
3 zur Befreiung der Relaiskontakte von Prellungen ausreichend. Oft treten jedoch
höhere Anforderungen an die Prellfreiheit auf, insbesondere dann, wenn die elektromagnetischen
Relais mit schneller arbeitenden elektronischen Einrichtungen zusammenarbeiten müssen.
In F i g. 4 sind schematisch die zusätzlichen Maßnahmen zur Herabsetzung der Prellneigung
dargestellt.
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Das Relais, das aus einem Kern 11 mit Wicklung 24 besteht,
besitzt einen Anker 15 mit gekröpftem Ende 16. Wird das Relais erregt,
d. h. die Wicklung 24 stromdurchflossen, dann werden der Kern 11 und
sein Ende 26 ebenfalls magnetisch, und das Ende 16 des Ankers 15 wird angezogen.
Auf dem Ende 16 des Ankers ist üblicherweise das Kontaktbetätigungsglied
18 fest angeordnet. Beim Ansprechen des Relais erfahren nun die beweglichen
Kontaktfedern bei ihrer Bewegung durch den Anker eine relativ hohe Beschleunigung,
was dazu führt, daß beim Auftreffen des Ankers auf den Kern die Kontaktfedern sich
von dem mit dem Anker verbundenen Kontaktbetätigungsglied lösen und kurzzeitig,
ihre Bewegungsrichtung beibehaltend, Prellbewegungen ausführen.
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Während des Auftreffens des Kontaktbetätigungsgliedes auf die Kontakte
bzw. Kontaktlappen während des Ankeranzuges erfährt das Kontaktbetätigungsglied
eine Verformung, wobei ein Teil der die Verformung bewirkenden Energie durch die
innere Reibung der Glieder vernichtet wird. Ein Nachteil der bisherigen Anordnungen
besteht darin, daß die verbleibende Energie nach dem plötzlichen Stillsetzen des
Ankers nach Vollendung seiner Anzugsbewegung die Verformung des Betätigungsgliedes
schlagartig rückgängig macht, wodurch die Prellneigung der Kontakte insofern vergrößert
wird, als die Rückgängigmachung der Verformung die Weiterführung der Kontaktfedern
in Richtung der Anzugsbewegung nach Stillstand des Betätigungsgliedes unterstützt.
Dieser Nachteil wird im vorliegenden Fall dadurch vermieden, daß an der Verbindungsstelle
des gekröpften Endes 16 des Ankers mit dem Betätigungsglied 18 der
Endabschnitt 20 des Betätigungsgliedes 18 mit einem schwingungsdämpfenden
Element 17, z. B. Kunststoff, ringsum oder auf beiden Seiten beschichtet ist. Die
Befestigung des Betätigungsgliedes am Anker erfolgt mittels Klemmschraube 19. Dadurch
wird die störende Wechselwirkung der Stöße zwischen Feder und Betätigungsglied herabgesetzt.
Als schwingungsdämpfender Stoff wird vorzugsweise ein Kunststoff mit unsymmetrischer
Federcharakteristik, z. B. Polyvinylchlorid, verwendet.
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Kontaktprellungen werden nicht nur durch den Anzug des Ankers, sondern
auch durch den Abfall des Ankers bewirkt. Insbesondere ist dies dann der Fall, wenn
Ruhekontakte geschaltet werden. Die Nase 25 ruht im abgefallenen Zustand des Ankers
auf dem Kern 26. Diese Nase 25, welche fest mit dem Kontaktbetätigungsglied verbunden
ist, kann mit einem schwingungsdämpfenden Stoff, z. B. Kunststoff, entweder vollständig
umhüllt oder zumindestens mit diesem schwingungsdämpfenden Stoff an derjenigen Seite
der Nase versehen werden, welche dem Kern zugekehrt ist. Als schwingungsdämpfender
Stoff wird auch hier vorzugsweise der obengenannte Kunststoff verwendet.
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Die Anbringung des schwingungsdämpfenden Stoffes zur Dämpfung des
Betätigungsgliedes kann auch mit der Anbringung des schwingungsdämpfenden Stoffes
an der Nase in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
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Schließlich zeigt die F i g. 4 noch, daß auf den Relaisfedern 23 Dämpfungshüllen
21 und 22 angebracht sind. Weitere solche Hüllen muß man sich auf jeder Relaisfeder
vorstellen. Diese Hüllen dienen der mechanischen Dämpfung der Relaisfedern durch
Belastung derselben. Vorzugsweise bestehen die Hüllen aus einem Kunststoffschlauch
oder einem überzug aus Kunststoff. Es können aber auch metallische Stoffe verwendet
werden. Die Anordnung der Hüllen auf den Relaisfedern ist entweder fest oder locker.
Im letzteren Fall muß die Hülle zumindestens an einer Stelle mit der Relaisfeder
verbunden sein.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Feder mit einem Stoff
nur auf einer Seite zu belegen, z. B. einen Lackauftrag aufzubringen.
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Der Ort der Hüllen oder Beläge richtet sich nach der geometrischen
Ausgestaltung der Relaisfeder und wird aus diesem Grund zweckmäßig empirisch festgelegt,
insbesondere ist eine Belastung der Federn an den auftretenden Schwingungsbäuchen
erforderlich.
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Die in F i g. 4 aufgezeigten Maßnahmen können in verschiedenen Kombinationen
oder entsprechend den Dämpfungserfordernissen zusätzlich zu den Maßnahmen nach F
i g. 2 bzw. 3 angewendet werden.