DE19753852A1

DE19753852A1 - Elektromagnetisches Relais

Info

Publication number: DE19753852A1
Application number: DE19753852A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Buescher; Bican Dipl Ing Samray
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TE Connectivity Solutions GmbH
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1999-06-17
Also published as: CA2312486A1; EP1036398B1; KR20010032739A; EP1036398A1; WO1999030338A1; DE59803670D1; JP2001526445A; US6600640B1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, wel ches kurzschluß- und überlastfest ist.

Bei konventionellen Lösungen zur Gewährleistung einer Kurz schluß- bzw. Überlastfestigkeit für ein Relais werden vorwie gend Schutzeinrichtungen verwendet, welche den Laststrom im Störungsfall unter Nutzung thermischer Effekte unterbrechen. Hierzu zählen insbesondere Schmelzsicherungen oder Bimetall kontaktfedern.

Aus SU 142 74 72 A1 ist ein Kurzschlußschutz für einen Dreh strommotor bekannt, welcher mit Hilfe von Reedrelais reali siert ist. Allerdings sind dort die Reedrelais getrennt von den Motorrelais angeordnet. Insbesondere ist bei den Motorre lais, welche die Spannungsversorgung des Motors zuschalten, keine Abfrage eines Überlast- bzw. Kurzschlußstatus möglich.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine kostengünstige, integrierte und insbesondere platzsparende Lösung für ein kurzschluß- bzw. überlastfestes Relais zu schaffen, wobei insbesondere ein differenziertes Ansprechen der Schutzein richtungen bei einer dauerhaften Überlastung des Relais und nicht bereits bei nur kurzzeitigen Stromspitzen erwünscht ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein elektromagneti sches Relais erreicht mit

- einem eine von einem Steuerstrom durchflossene Erregerspu le, einen Kern und einen Anker enthaltenden Magnetsystem, wobei der Kern und der Anker mindestens einen Arbeits luftspalt bilden,
- mindestens einem beweglichen Kontaktelement sowie minde stens einem feststehenden Kontaktelement, durch welche je weils ein Laststromkreis schließbar ist,
- Spulen- und Kontaktanschlußelementen,
- einem Reedkontakt je Laststromkreis, welcher an einen von einem Laststrom durchflossenen Laststromleiter angekoppelt ist, und
- Mitteln zur Generierung und Verarbeitung eines Überstromsi gnals sowie zum Abschalten des Steuerstromes.

Ein erfindungsgemäßes Relais läßt sich durch Unterbrechung des Steuerstromes in einen Normalbetriebszustand zurückset zen. Im Vergleich zu Hall-Sensoren, mit denen ebenfalls eine Detektion eines von einem erhöhten Laststrom ausgehenden Ma gnetfeldes möglich ist, bieten Reedkontakte den Vorteil eines temperaturunabhängigen Verhaltens, einer einfachen Einstel lung von Auslöseschwellwerten und einfach zu realisierender Auswerteschaltungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bezüglich der Anordnung des Reedkontaktes relativ zum Laststromleiter, der Abschirmung der Reedkontaktes vom Magnetfeld der Erregerspule sowie be züglich der Mittel zur Generierung und Verarbeitung des Über stromsignals und zum Abschalten des Steuerstroms sind den ab hängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Relais mit einem auf einer Lei terplatte vormontierten Reedkontakt,

Fig. 2 den auf einer Leiterplatte vormontierten Reedkontakt mit einem angekoppelten Laststromleiter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante eines erfindungsgemäßen Relais mit ei nem in einen Sockel eingelegten Reedkontakt,

Fig. 4 den in einen Sockel eingelegten Reedkontakt mit einem angekoppelten Laststromleiter gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Relais mit einem auf einem Sockel vormontierten Reedkontakt,

Fig. 6 den auf einem Sockel vormontierten Reedkontakt mit einem angekoppelten Laststromleiter gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Relais mit einem Hilfsreedkontakt und einer Hilfswicklung als Über stromschutzelementen,

Fig. 8 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform mit einem Hilfsrelais als Überstromschutzelement,

Fig. 9 ein Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform mit einem Kaltleiter und einem Vorwiderstand als Überstrom schutzelementen,

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild einer bistabilen Ausführungs form mit einem Kondensator als Pulsansteuerungselement,

Fig. 11 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform mit ei ner Auswerteelektronik zur Überstromerkennung und Laststrom abschaltung und

Fig. 12 eine Realisierung der Auswerteelektronik gemäß Fig. 11.

In den Fig. 1 bis 6 sind Varianten eines erfindungsgemäßen Relais mit unterschiedlicher Ankopplung eines Reedkontaktes K_R an einen Laststromleiter 1 dargestellt. Bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 1 ist der Reedkontakt K_R auf einer Lei terplatte 4 vormontiert. Auf einem Sockel 5 ist ein Magnetsy stem 6 angeordnet, welches einen Kern, einen Anker und eine Erregerspule W_R aufweist. Die Achse der Erregerspule W_R er streckt sich parallel zur Grundebene des Sockels 6. In einem äußeren Bereich auf dem Sockel 5 ist die Leiterplatte 4 senk recht zur Grundebene des Sockels 5 stehend befestigt. Mit dem Reedkontakt K_R sind zwei Anschlußbleche 2 und 3 verbunden (siehe auch Fig. 2). Durch eine geeignete Wahl des Abstandes zwischen den beiden Anschlußblechen 2 und 3 können Schalt schwellen für den Reedkontakt K_R definiert werden. Die beiden Leiteranschlußbleche 2 und 3 sind zusammen mit dem Reedkon takt K_R auf eine Leiterplatte 4 bestückt, wobei der Reedkon takt K_R senkrecht zur Grundebene des Sockels 5 orientiert ist. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reedkontakt K_R damit senkrecht zur Achse der Erregerspule W_R angeordnet, wodurch der Reedkontakt K_R gegenüber dem magneti schen Streufluß der Erregerspule W_R unempfindlich ist. Der Laststromleiter 1 ist in einem Abschnitt senkrecht zum Reed kontakt K_R angeordnet, wobei durch eine geeignete Leiterge staltung sicherzustellen ist, daß das vom Laststromleiter 1 erzeugte Magnetfeld den Reedkontakt K_R mittig und parallel durchsetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß der betreffende Abschnitt des Laststromleiters 1 durch einen Blechstreifen gebildet ist, dessen Blechebene parallel zum Reedkontakt K_R verläuft.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Magnetsystem 6 derart auf dem Sockel 5 angeordnet, daß die Achse der Erregerspule W_R parallel zur Grundebene des Sockels 5 verläuft. Zwischen dem Magnetsystem 6 und dem Sockel 5 ist der Reedkontakt K_R senkrecht zur Achse der Erregerspule W_R und parallel zur Grundebene des Sockels 6 montiert. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Reedkontakt K_R mit zwei Kontaktierungsblechen 2 und 3 verbunden (siehe auch Fig. 4). Die beiden Kontaktierungsbleche 2 und 3 weisen dabei einen Abstand voneinander auf, welcher die Schaltschwelle des Reedkontaktes K_R bestimmt. Die aus den Kontaktierungsblechen 2 und 3 und dem Reedkontakt K_R gebildete Einheit ist in den Sockel 5 eingelegt, wobei der Laststromleiter 1 in einem Ab schnitt mittig durch einen aus dem Reedkontakt K_R und den Kontaktierungsblechen 2 und 3 gebildeten Sensorring R_S ge steckt ist. Der Laststromleiter 1 ist in diesem Abschnitt durch einen abgekröpften Blechstreifen gebildet, so daß der Sensorring R_S an einem freien Ende des Blechstreifens senk recht zum Laststromleiter 1 liegt und ihn umschließt. Alter nativ zu dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel kann der Sen sorring R_S auch durch einen U-förmigen, magnetisch leitfähi gen Flußring und einen über zwei Luftspalte daran angekoppel ten Reedkontakt K_R gebildet sein.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Relais mit einem auf einem Sockel 5 vormontierten Reedkontakt K_R, wobei der Reedkontakt K_R senkrecht zur Grundebene des Sockels 5 orien tiert ist. Das Magnetsystem 6 ist bei diesem Ausführungsbei spiel so auf dem Sockel 5 montiert, daß sich die Achse der Erregerspule W_R parallel zur Grundebene des Sockels 5 er streckt. Der Laststromleiter 1 ist im wesentlichen durch ei nen Blechstreifen gebildet, wobei ein erstes Ende des Last stromleiters 1 als Anschlußelement senkrecht durch den Sockel gesteckt ist. Das zweite Ende des Laststromleiters 1 verläuft parallel zur Achse der Erregerspule W_R (siehe auch Fig. 6). In einem mittleren Abschnitt ist der Laststromleiter 1 zu ei ner den Reedkontakt K_R umgebenden Schleife geformt. Durch ei ne entsprechende Formung des Laststromleiter 1 in diesem mittleren Abschnitt ist sichergestellt, daß das vom Last stromleiter 1 in den Reedkontakt K_R eingekoppelte Magnetfeld den Reedkontakt K_R mittig und parallel durchsetzt. Der Reed kontakt K_R ist zusammen mit seinen Anschlußdrähten U-förmig umgebogen und mit den Enden der Anschlußdrähte an Fortsätzen von zwei Anschlußschleifen 7 und 8 befestigt. Die Verbindung des Reedkontaktes K_R an den Fortsätzen der unterhalb des Ma gnetsystems 6 angeordneten Anschlußschleifen 7 und 8 kann beispielsweise durch Löten oder Widerstandsschweißen erfol gen. Der Abstand zwischen den beiden Anschlußschleifen 7 und 8 definiert die Schaltschwelle des Reedkontaktes K_R. Bei al len in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispie len besteht ein Vorteil darin, daß die Montage des Reedkon taktes K_R und die Ankopplung des Reedkontaktes K_R an den Laststromleiter 1 keine nennenswerten konstruktiven Änderun gen am Relais erfordern.

Fig. 7 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Relais mit einem Hilfsreedkontakt und einer Hilfswicklung als Überstromschutz elementen. Das Relais R weist einen Steuerstromkreis, welchem eine von einem Steuerstrom I_S durchflossene Erregerwicklung W_R zugeordnet ist, und einen Laststromkreis auf, wobei der Laststrom I_L durch ein bewegliches Kontaktelement K_B und ein feststehendes Kontaktelement K_F des Relais R steuerbar ist. Im Steuerstromkreis ist ein Reedkontakt K_R angeordnet, durch welchen der Steuerstrom I_S durch die Erregerspule W_R steuer bar ist. Der Reedkontakt K_R ist an einen von dem Laststrom I_L durchflossenen Laststromleiter gekoppelt. Die magnetische Kopplung zwischen dem Laststromleiter und dem Reedkontakt K_R wird nachfolgend durch eine Laststromleiterwicklung W_L symbo lisiert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 weist der Reedkontakt K_R ein bewegliches Kontaktelement E1 und zwei fest stehende Kontaktelemente E2 und E3 auf. Ferner ist eine Hilfswicklung W_H1 derart an den Reedkontakt K_R gekoppelt, daß in einem Überstrombetriebszustand von der Hilfswicklung W_H1 ein Magnetfeld ausgeht, welches gleichsinnig zu einem von ei ner Laststromleiterwicklung W_L hervorgerufenen Magnetfeld ist.

Der Laststrom I_L wird direkt über das bewegliche Kontaktele ment K_B und das feststehende Kontaktelement K_F des Relais R geschaltet. Der Reedkontakt K_R kann axial innerhalb der Last stromleiterwicklung W_L angeordnet sein. Ebenfalls möglich ist ein außerhalb der Laststromleiterwicklung W_L liegender Reed kontakt K_R, welcher parallel zur Wicklungsachse angeordnet ist. Eine Alternative zur Ankopplung des Reedkontaktes K_R an eine Laststromleiterwicklung W_L ist eine Anordnung des Reed kontaktes K_R innerhalb eines schleifenförmigen Abschnittes eines Laststromleiters.

Um eine Beeinflussung des Reedkontaktes K_R vom Magnetfeld der Erregerspule W_R des Relais R zu verhindern, ist der Reedkon takt K_R vorteilhafterweise senkrecht zur Achse der Erreger spule W_R anzuordnen. Alternativ kann die genannte Beeinflus sung durch ein magnetisch leitfähiges Abschirmblech zwischen der Erregerspule W_R und dem Reedkontakt K_R verhindert werden. Durch das Abschirmblech wird ein von der Erregerspule W_R her rührendes magnetisches Streufeld kurzgeschlossen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den von der Erregerspule W_R ausge henden magnetischen Streufluß gezielt in den Reedkontakt K_R einzuleiten. Dies ist beispielsweise durch eine Regelung des Steuerstromes I_S möglich. Hierdurch wirkt ein konstanter Ma gnetfluß als Offset auf den Reedkontakt K_R ein. Durch Defini tion entsprechender Schwellwerte am Reedkontakt K_R ist somit eine Ausnutzung des magnetischen Streufeldes möglich.

In einem Normalbetriebszustand verbindet der Reedkontakt K_R die Erregerspule W_R des Relais R über ein erstes fest stehen des Kontaktelement E2 des Reedkontaktes K_R mit einer Steuer spannungsquelle U_S. In diesem Zustand ist die an das zweite feststehende Kontaktelement E3 gekoppelte Hilfswicklung W_H vom beweglichen Kontaktelement E1 des Reedkontaktes K_R und somit von der Steuerspannungsquelle U_S getrennt. In einem Überstrombetriebszustand ist dagegen das bewegliche Kontakte lement E1 des Reedkontaktes K_R mit dem zweiten feststehenden Kontaktelement E3 verbunden und vom ersten feststehenden Kon taktelement E2 getrennt. Dadurch ist die Erregerwicklung W_R des Relais R von der Steuerspannungsquelle U_S getrennt, wäh rend die Hilfswicklung W_H mit der Steuerspannungsquelle U_S verbunden ist. Auch nach Unterbrechung des Laststromkreises bleibt die Verbindung zwischen dem beweglichen Kontaktelement E1 des Reedkontaktes K_R und dem zweiten feststehenden Kontak telement E3 aufgrund des von der Hilfswicklung W_H ausgehenden Magnetflusses erhalten. Erst nach Trennung von der Steuer spannungsquelle U_S kehrt das Relais R in den Normalbetriebs zustand zurück.

Fig. 8 zeigt ein Prinzipschaltbild einer alternativen Ausge staltungsmöglichkeit für ein kurzschlußfestes Relais, bei dem die Überstromschutzfunktion mittels eines Hilfsrelais R_H1 realisiert ist. Das Hilfsrelais R_H1 weist ein bewegliches Kontaktelement E4 und zwei feststehende Kontaktelemente E5 und E6 auf, wobei das bewegliche Kontaktelement E4 im Normal betriebszustand mit dem ersten feststehenden Kontaktelement E5 verbunden ist. Das bewegliche Kontaktelement E4 ist direkt mit einer Steuerspannungseingangsklemme verbunden, so daß die Steuerspannung U_S direkt an der Erregerspule W_R des Relais R anliegt. Der Reedkontakt K_R ist zwischen dem Kontaktelement E4 des Hilfsrelais R_H1 und dem zweiten feststehenden Kontakt element E6 angeschlossen.

Die Spule W_H2 des Hilfsrelais R_H1 ist im Normalbetriebszustand stromlos. Im Überstrombetriebszustand ist der Reedkontakt K_R geschlossen, wodurch die Steuerspannung U_S direkt an der Spu le W_H2 des Hilfsrelais R_H1 anliegt. Infolgedessen ist das be wegliche Kontaktelement E4 mit dem zweiten feststehenden Kon taktelement E6 des Hilfsrelais R_H1 verbunden und vom ersten feststehenden Kontaktelement E5 getrennt. Aufgrund dessen ist im Überstrombetriebszustand die Erregerspule W_R des Relais R stromlos. Dadurch daß der Laststromkreis und der Steuerstrom kreis des Hilfsrelais R_H1 im Überstrombetriebszustand in Rei he geschaltet sind, behält das Hilfsrelais R_H1 auch nach Un terbrechung des Laststromkreises des Relais R durch Betäti gung des Kontaktelementes K_B und dem damit verbundenen Öffnen des Reedkontaktes K_R seine Schaltstellung bei. Ist zusätzlich zwischen dem Reedkontakt K_R und dem zweiten feststehenden Kontaktelement E6 des Hilfsrelais R_H1 eine Zeitverzögerungs einheit angeordnet, führen kurzzeitige Laststromspitzen nicht zu einem Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung. Anstelle des Hilfsrelais R_H1 kann ein zweiter Reedkontakt verwendet werden, welcher dann mit einer zugehörigen Hilfswicklung ge koppelt ist.

Fig. 9 zeigt eine weitere Alternative für die Realisierung eines Überstromschutzes mit einem Kaltleiter R_PTC und einem seriell dazugeschalteten Vorwiderstand R_v. Diese beiden Über stromschutzelemente sind in Serie zum Reedkontakt K_R an die Steuerspannungsquelle U_S angeschlossen, wobei der Reedkontakt K_R im Überstrombetriebszustand zunächst geschlossen und im Normalbetriebszustand geöffnet ist. Die Erregerspule W_R des Relais R ist parallel zum Reedkontakt K_R und zum Vorwider stand R_v sowie seriell zum Kaltleiter R_PTC geschaltet. Da der Vorwiderstand R_v im Vergleich zum Innenwiderstand der Erre gerspule W_R des Relais R niederohmig ist, fließt nach Schlie ßen des Reedkontaktes K_R ein erhöhter Strom durch den Kalt leiter R_PTC, wodurch sich dieser erwärmt und hochohmig wird. Aufgrund dessen nimmt der Spannungsabfall an der Erregerspule W_R des Relais ab, so daß eine Unterbrechung des Laststrom kreises erfolgt. In Abhängigkeit vom Erwärmungsverhalten des Kaltleiters R_PTC wird eine Zeitverzögerung erreicht, wodurch kurzzeitig auftretende Laststromspitzen keine Schutzauslösung bewirken. Außerdem nimmt der Kaltleiter R_PTC eine Zustands speicherfunktion wahr, sofern der Reststrom durch die Erre gerspule W_R des Relais R ausreicht, um die erforderliche Kaltleitertemperatur aufrecht zu erhalten. In diesem Falle bleibt der Kaltleiter R_PTC auch nach Wiederöffnen des Reedkon taktes K_R in hochohmigem Zustand. Erst nach Trennung von der Steuerspannungsquelle U_S und Auskühlen des Kaltleiters R_PTC ist ein erneutes Ansteuern des Relais R möglich.

In Fig. 10 ein Prinzipschaltbild Ausführungsform mit einem bistabilen Relais R_2S und einem Kondensator C_S. Das bistabile Relais R_2S ist mit einer ersten Erregerwicklung W_R1 und einer zweiten Erregerwicklung W_R2 ausgestattet. Die erste Erreger wicklung W_R1 des Relais R_2S ist in Serie zum Kondensator C_S an die Steuerspannungsquelle U_S angeschlossen. Die zweite Erre gerwicklung W_R2 ist in Serie zum Reedkontakt K_R an die Steuer spannungsquelle U_S angeschlossen und weist im Vergleich zur ersten Erregerwicklung W_R1 einen umgekehrten Wicklungssinn auf. Ein positiver Impuls des Stroms I_S1 durch die erste Er regerwicklung W_R1 bewirkt somit ein Schließen des Laststrom kreises, während ein positiver Impuls des Stroms I_S2 durch die zweite Erregerwicklung W_R2 den Laststromkreis unter bricht. Bei Überstrom verbindet der Reedkontakt K_R die zweite Erregerwicklung W_R2 zunächst mit der Steuerspannungsquelle U_S, worauf das Relais R_2S in einen stabilen ausgeschalteten Zu stand übergeht. Erst nach Abschalten und Wiederzuschalten der Steuerspannung U_S erhält die erste Erregerwicklung W_R1 über den Kondensator C_S einen positiven Stromimpuls, wodurch das Relais R_2S in einen stabilen eingeschalteten Zustand über geht.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Prinzipschaltbild einer Va riante des kurzschluß- bzw. überstromfesten Relais sind die Überstromschutzfunktionen in eine Überstromschutzeinrichtung integriert, welche durch eine elektronische Schaltung CCU realisiert ist. Die elektronische Schaltung CCU weist vier Anschlüsse auf, wobei zwischen einem ersten Steuerspannungs anschluß K1 und einem zweiten Steuerspannungsanschluß K2 die Steuerspannung U_S anliegt. Des weiteren weist die elektroni sche Schaltung CCU einen ersten Erregerspulenanschluß K3 und einen zweiten Reedkontaktanschluß K4 auf. Der erste Reedkon taktanschluß und der zweite Erregerspulenanschluß sind mit dem zweiten Steuerspannungsanschluß K2 verbunden. Die elek tronische Schaltung CCU läßt sich als anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) auf sehr einfache Weise in die Leiterplatte 4 des in Fig. 1 dargestellten Relais oder auch in den Sockel 5 der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Relais integrieren.

Eine mögliche schaltungstechnische Realisierung für die Über stromschutzeinrichtung gemäß Fig. 11 ist in Fig. 12 darge stellt. Die elektronische Schaltung CCU gliedert sich in ein Zeitglied U1, eine Einschaltstrecke U2 für die Erregerspule W_R und in eine Ausschaltstrecke U3. Die Einschaltstrecke U2 für die Relaisspule W_R besteht aus einem in Serie zur Re laisspule W_R zwischen den beiden Steuerspannungsanschlüssen K1 und K2 angeschlossenen pnp-Transistor T1 und einem Vorwi derstand R2. Der Transistor T1 ist dabei mit seinem Emitter am ersten Steuerspannungsanschluß K1 und mit seinem Kollektor am ersten Erregerspulenanschluß K3 angeschlossen. Der Vorwi derstand R2 der Einschaltstrecke U2 ist zwischen der Basis des Transistors T1 und dem zweiten Steuerspannungsanschluß K2 angeschlossen.

Die Ausschaltstrecke U3 für die Erregerspule W_R ist durch ei nen ersten Widerstand R4 und einen zweiten Widerstand R3 ge bildet. Dabei ist der erste Widerstand R4 parallel zur Erre gerspule W_R geschaltet, während der zweite Widerstand R3 der Ausschaltstrecke U3 zwischen dem ersten Erregerspulenanschluß K3 und dem zweiten Reedkontaktanschluß K4 angeschlossen ist.

Das Zeitglied U1 weist einen Komparator CMP und ein RC-Glied auf, wobei der Kondensator C1 des RC-Gliedes mit einem ersten Anschluß an der ersten Steuerspannungsanschluß K1 angeschlos sen ist. Der Widerstand R1 des RC-Gliedes ist zwischen dem zweiten Anschluß K5 des Kondensators C1 und dem zweiten Reed kontaktanschluß K4 angeschlossen. Der Komparator CMP selbst besteht aus einem pnp-Transistor T2 und einer Zenerdiode D1, wobei der Transistor T2 des Komparators CMP mit seinem Emit ter am ersten Steuerspannungsanschluß K1 angeschlossen ist, während der Kollektor des Transistors T2 mit der Basis des Transistors T1 der Einschaltstrecke U2 verbunden ist. Die Ba sis des Transistors T2 des Komparators CMP ist an der Kathode der Zenerdiode D1 angeschlossen, deren Anode zwischen dem Kondensator C1 und dem Widerstand R1 des RC-Gliedes ange schlossen ist.

Wenn die Steuerspannung U_S an den Steuerspannungsanschlüssen K1 und K2 der elektronischen Schaltung CCU anliegt, fließt über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T1 der Ein schaltstrecke U2 ein Steuerstrom und schaltet den Transistor T1 durch. Dadurch wird die Erregerspule W_R des Relais R mit einer Schaltspannung versorgt, worauf der Laststromkreis ge schlossen wird. Das Schalten des Transistors T1 erfolgt über den Widerstand R2, wobei der Schaltgeschwindigkeit des Tran sistors eine wichtige Rolle zukommt. Vor Aktivieren des Zeit gliedes U1 muß nämlich sichergestellt sein, daß durch Anlegen der Steuerspannung U_S das Relais R zuerst durchschaltet. Da bei kommt dem Zeitglied U1 die Aufgabe zu, den Transistor T2 des Komparators CMP so lange zu sperren, bis der Transistor T1 der Einschaltstrecke U2 durchgeschaltet ist. Darauf geht auch der Transistor T2 des Komparators CMP in einen stabilen gesperrten Zustand über, welches durch die Rückkopplung der Kollektorspannung des Transistors T1 über die Widerstände R3, R1 und über die Zenerdiode D1 erreicht wird.

Bei Überstrom schließt der Reedkontakt K_R und verbindet die Basis des Transistors T2 direkt mit dem zweiten Steuerspan nungsanschluß K2. Dies bewirkt eine Entladung des Kondensa tors C1 über die Widerstände R1 und R3. Nach Überschreiten der Durchbruchspannung an der Zenerdiode D1 fließt durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T2 ein Steuerstrom, welcher den Transistor T2 durchschaltet und die Basis des Transistors T1 der Einschaltstrecke U2 elektrisch mit dem er sten Steuerspannungsanschluß K1 verbindet. Daraufhin wird die Ausschaltstrecke U3 über den Transistor T2 des Zeitgliedes U1 aktiviert, wodurch der Transistor T1 der Einschaltstrecke U2 in den gesperrten Zustand übergeht. Infolgedessen wird die Erregerspule W_R des Relais R von der Steuerspannungsquelle U_S getrennt, so daß der Laststromkreis unterbrochen wird. Dies hat zur Folge, daß sich der Reedkontakt K_R wieder öffnet, da nun kein Überstrom durch den Lastkreis fließt. Die Ausschalt strecke U3 bleibt weiterhin aktiviert, da sich der Transistor T2 des Komparators CMP unverändert im leitenden Zustand be findet. Dieser Betriebszustand bleibt so lange erhalten bzw. gespeichert, bis die Steuerspannung U_S an den Steuerspan nungsanschlüssen K1 und K2 der elektronischen Schaltung CCU abgeschaltet wird.

Ein ungewolltes Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung bei Einschalt- oder Umschaltstromspitzen, welche in der Regel we niger als einige 100 Millisekunden betragen, wird durch das Zeitglied U1 verhindert. Durch eine geeignete Dimensionierung des Widerstandes R1, des Kondensators C1 des Zeitgliedes U1, der Widerstände R3 und R4 der Ausschaltstrecke U3 sowie durch die Auswahl einer Zenerdiode D1 mit einer geeigneten Durch bruchspannung kann das Zeitverhalten der elektronischen Schaltung CCU an die Dauer zu erwartender Einschalt- bzw. Um schaltstromspitzen angepaßt werden. Gleichzeitig werden durch das Zeitglied U1 auch Störimpulse an den Steuerspannungsan schlüssen K1 und K2 ausgefiltert.

Claims

1. Elektromagnetisches Relais mit

- einem eine von einem Steuerstrom (I_S) durchflossene Erre gerspule (W_R), einen Kern und einen Anker enthaltenden Ma gnetsystem (6), wobei der Kern und der Anker mindestens ei nen Arbeitsluftspalt bilden,
- mindestens einem beweglichen Kontaktelement (K_B) sowie min destens einem feststehenden Kontaktelement (K_F), durch wel che jeweils ein Laststromkreis schließbar ist,
- Spulen- und Kontaktanschlußelementen,
- einem Reedkontakt (K_R) je Laststromkreis, welcher an einen von einem Laststrom (I_L) durchflossenen Laststromleiter (1) angekoppelt ist, und
- an den Reedkontakt (K_R) gekoppelten Mitteln zur Generierung und Verarbeitung eines Überstromsignals sowie zum Abschal ten des Steuerstromes (I_S).

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reedkon takt (K_R) in einen elektrisch und magnetisch leitfähigen, of fenen Flußring integriert ist, welcher den Laststromleiter (1) umgibt.

3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reedkon takt (K_R) an einen elektrisch und magnetisch leitfähigen, of fenen Flußring, welcher den Laststromleiter (1) umgibt, über zwei Luftspalte angekoppelt ist.

4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Last stromleiter (1) in einem Abschnitt zu einer Schleife geformt ist, welche den Reedkontakt (K_R) umgibt.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Last stromleiter (1) in einem Abschnitt senkrecht zum Reedkontakt (K_R) angeordnet ist, wobei der vom Laststromleiter (1) in den Reedkontakt (K_R) eingekoppelte magnetische Fluß den Reedkon takt (K_R) mittig und parallel durchsetzt.

6. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Last stromleiter (1) in einem Abschnitt zu einer Spule (W_L) gewic kelt ist, wobei der Reedkontakt (K_R) axial in der Spule (W_L) angeordnet ist.

7. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Last stromleiter (1) in einem Abschnitt zu einer Spule (W_L) gewic kelt ist, wobei der Reedkontakt (K_R) außerhalb der Spule (W_L) parallel zu ihrer Achse angeordnet ist.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reedkon takt (K_R) senkrecht zur Achse der Erregerspule (W_R) angeord net ist.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reedkontakt (K_R) und der Erregerspule (W_R) ein magnetisch leitfähiges Blech angeordnet ist.

10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erreger spule (W_R) zur Einleitung eines definierten magnetischen Flusses in den Reedkontakt (K_R) an einen Stromregler gekop pelt ist.

11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Generierung und Verarbeitung des Überstromsignals sowie zum Abschalten des Steuerstromes (I_S) zu einer Überstrom schutzeinheit zusammengefaßt sind.

12. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Reedkon takt (K_R) ein bewegliches Kontaktelement (E1) und zwei fest stehende Kontaktelemente (E2, E3) aufweist, daß die Überstrom schutzeinheit durch eine mit dem Reedkontakt (K_R) gekoppelte Hilfswicklung (W_H1) gebildet ist, daß das bewegliche Kontakt element (E1) des Reedkontaktes (K_R) mit einem ersten Steuer spannungsanschluß verbunden ist, daß ein erster Anschluß der Erregerspule (W_R) mit einem ersten feststehenden Kontaktele ment (E2) des Reedkontaktes (K_R) verbunden ist, daß ein er ster Anschluß der Hilfswicklung (W_H1) mit dem zweiten fest stehenden Kontaktelement (E3) des Reedkontaktes (K_R) verbun den ist, daß der zweite Anschluß der Erregerspule (W_R) und der zweite Anschluß der Hilfswicklung (W_H1) mit dem zweiten Steuerspannungsanschluß verbunden sind, daß das bewegliche Kontaktelement (E1) des Reedkontaktes (K_R) in einem Normalbe triebszustand mit dem ersten feststehenden Kontaktelement (E2) des Reedkontaktes (K_R) verbunden ist, und daß das beweg liche Kontaktelement (E1) des Reedkontaktes (K_R) in einem Überstrombetriebszustand mit dem zweiten feststehenden Kon taktelement (E3) des Reedkontaktes (K_R) verbunden ist.

13. Relais nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs wicklung (W_H1) derart an den Reedkontakt (K_R) angekoppelt ist, daß im Überstrombetriebszustand von der stromdurchflossenen Hilfswicklung (W_H1) ein Magnetfeld ausgeht, welches am Reed kontakt (K_R) gleichsinnig zu dem vom Laststrom (I_L) hervorge rufenen Magnetfeld ist.

14. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Über stromschutzeinheit durch eine elektromagnetische Schaltein heit gebildet ist, welche ein bewegliches Kontaktelement (E4), zwei feststehende Kontaktelemente (E5, E6) und eine Spu le (W_H2) aufweist, daß das bewegliche Kontaktelement (E4) der Schalteinheit mit einem ersten Steuerspannungsanschluß ver bunden ist, daß ein erster Anschluß der Erregerspule (W_R) mit einem ersten feststehenden Kontaktelement (E5) der Schaltein heit verbunden ist, daß ein erster Anschluß der Spule (W_H2) der Schalteinheit mit dem zweiten feststehenden Kontaktele ment (E6) der Schalteinheit verbunden ist, daß der zweite An schluß der Erregerspule (W_R) und der zweite Anschluß der Spu le (W_H2) der Schalteinheit mit dem zweiten Steuerspannungsan schluß verbunden sind, daß der Reedkontakt (K_R) zwischen dem ersten Steuerspannungsanschluß und dem ersten Anschluß der Spule (W_H2) der Schalteinheit angeschlossen ist, daß das be wegliche Kontaktelement (E4) der Schalteinheit in einem Nor malbetriebszustand mit dem ersten feststehenden Kontaktele ment (E5) der Schalteinheit verbunden ist, und daß das beweg liche Kontaktelement (E4) der Schalteinheit in einem Über strombetriebszustand mit dem zweiten feststehenden Kontakte lement (E6) der Schalteinheit verbunden ist.

15. Relais nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeit verzögerungseinheit zwischen den Reedkontakt (K_R) und die Spule (W_H2) der Schalteinheit geschaltet ist.

16. Relais nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro magnetische Schalteinheit durch ein Hilfsrelais (R_H1) reali siert ist.

17. Relais nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro magnetische Schalteinheit durch einen Hilfsreedkontakt reali siert ist.

18. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Über stromschutzeinheit durch einen Kaltleiter (R_PTC) und einen se riell geschalteten Vorwiderstand (R_v) realisiert ist, welche in Serie zum Reedkontakt (K_R) an die Steuerspannungsquelle (U_S) angeschlossen sind, daß der Reedkontakt (K_R) in einem Normalbetriebszustand geöffnet und in einem Überstrombe triebszustand geschlossen ist, und daß die Relaisspule (W_R) parallel zum Reedkontakt (K_R) und zum Vorwiderstand (R_v) so wie seriell zum Kaltleiter (R_PTC) geschaltet ist.

19. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Über stromschutzeinrichtung in das Magnetsystem (6) integriert ist, welches zur Realisierung von zwei stabilen Schaltzustän den eine zusätzliche zweite Erregerspule (W_R2) aufweist, wo bei die Erregerspulen (W_R1, W_R2) gegensinnig gewickelt sind und ein Steuerstrom (I_S1) durch die erste Spule (W_R1) das Relais in einen Einschaltzustand versetzt, während ein Steuerstrom (I_S2) durch die zweite Spule (W_R2) das Relais in einen Aus schaltzustand überführt, daß die erste Spule (W_R1) in Serie zu einem Kondensator (C_S) an die Steuerspannungsquelle (U_S) angeschlossen ist, und daß die zweite Spule (W_R2) in Serie zum Reedkontakt (K_R) an die Steuerspannungsquelle (U_S) ange schlossen ist.

20. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Über stromschutzeinrichtung durch eine elektronische Schaltung (CCU) realisiert ist, welche einen ersten Steuerspannungsan schluß (K1) und einen zweiten Steuerspannungsanschluß (K2) aufweist, und daß die Schaltung (CCU) ein Zeitglied (U1), ei ne Einschaltstrecke (U2) für die Erregerspule (W_R) und eine Ausschaltstrecke (U3) aufweist.

21. Relais nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein schaltstrecke (U2) für die Erregerspule (W_R) aus einem in Se rie zur Erregerspule (W_R) zwischen den beiden Steuerspan nungsanschlüssen (K1, K2) angeschlossenen pnp-Transistor (T1) und einem Vorwiderstand (R2) besteht, daß der Transistor (T1) der Einschaltstrecke (U2) mit seinem Emitter an der ersten Steuerspannungsanschluß (K1) und mit seinem Kollektor an ei nem ersten Erregerspulenanschluß (K3) angeschlossen ist, daß die Erregerspule (W_R) mit ihrem zweiten Anschluß am zweiten Steuerspannungsanschluß (K2) angeschlossen ist, und daß der Vorwiderstand (R2) der Einschaltstrecke (U2) zwischen der Ba sis des Transistors (T1) der Einschaltstrecke (U2) und dem zweiten Steuerspannungsanschluß (K2) angeschlossen ist.

22. Relais nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus schaltstrecke (U3) für die Erregerspule (W_R) durch einen er sten Widerstand (R4) und einen zweiten Widerstand (R3) gebil det ist, daß der erste Widerstand (R4) der Ausschaltstrecke (U3) parallel zur Erregerspule (W_R) geschaltet ist, daß der Reedkontakt (K_R) mit einem ersten Anschluß am zweiten Steuer spannungsanschluß (K2) angeschlossen ist, und daß der zweite Widerstand (R3) der Ausschaltstrecke (U3) zwischen dem ersten Anschluß (K3) der Erregerspule (W_R) und dem zweiten Anschluß (K4) des Reedkontaktes (K_R) angeschlossen ist.

23. Relais nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeit glied (U1) einen Komparator (CMP) und ein RC-Glied aufweist, daß der Kondensator. (C1) des RC-Gliedes mit einem ersten An schluß am ersten Steuerspannungsanschluß (K1) angeschlossen ist, und daß der' Widerstand (R1) des RC-Gliedes zwischen dem zweiten Anschluß (K5) des Kondensators (C1) und dem zweiten Anschluß (K4) des Reedkontaktes (K_R) angeschlossen ist.

24. Relais nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompara tor (CMP) aus einem pnp-Transistor (T2) und einer Zenerdiode (D1) besteht, daß der Transistor (T2) des Komparators (CMP) mit seinem Emitter am ersten Steuerspannungsanschluß (K1) an geschlossen ist, daß der Transistor (T2) des Komparators mit seinem Kollektor an der Basis des Transistors (T1) der Ein schaltstrecke (U2) angeschlossen ist, daß der Transistor (T2) des Komparators mit seiner Basis an der Kathode der Zenerdi ode (D1) angeschlossen ist, und daß die Zenerdiode (D1) mit ihrer Anode zwischen dem Kondensator (C1) und dem Widerstand (R1) des RC-Gliedes angeschlossen ist.