DE19816878C2 - Zwillingsrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zwillingsrelais nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, sogenannte Zwillingsrelais, insbesondere in der Fernmeldetechnik, vorzusehen, welche aus zwei, räumlich voneinander getrennten, Relais bestehen, die bspw. ein gemeinsames Joch aufweisen.

Zweck dieser Maßnahme war, daß in bestimmten Problemstellungen der Vermittlungstechnik es notwendig war, stets zwei Relais einzusetzen, die aber getrennt voneinander angesteuert wurden. Aus räumlichen Gründen hat man dann derartige Relais mit einem gemeinsamen Joch ausgebildet; sie waren aber funktional vollkommen eigenständig.

In einer anderen Ausgestaltung eines Zwillingsrelais (Stützrelais) werden zwei selbständige Relais auf einem gemeinsamen Montagesockel montiert und das gemeinsame, die beiden Relais verbindende Element ist eine mechanische Verriegelung der beiden Anker.

Aufgrund der mechanischen Verriegelung zwischen den beiden Ankern dieser parallel nebeneinander angeordneten Relais ist beispielsweise dafür gesorgt, daß sich jeweils nur eines von den beiden Relais in Arbeitsstellung befindet, während das andere Relais beispielsweise in der Ruhestellung verriegelt ist.

Kennzeichnend für dieses Relais war auch die getrennte Ansteuerung und die vollkommen getrennte Anordnung der Kontaktfedersätze mit Anschlüssen. Derartige Stützrelais haben also einen relativ hohen Raumbedarf, weil die Kontaktfedersätze und deren Anschlüsse vollkommen separat herausgeführt sind und entsprechend angesteuert werden müssen.

Die DE 38 43 359 C2 zeigt ebenfalls ein Zwillingsrelais mit zwei voneinander räumlich getrennten Teilantrieben mit Klappankern, welche jeweils auf zugeordnete voneinander räumlich getrennte aktive Kontaktfedern wirken, die miteinander einen elektrischen Arbeitskontakt nicht direkt, sondern nur mittelbar über passive Kontaktfedern bilden können. Die passiven Kontaktfedern können hierbei als jeweils ein Bauteil mit Schließer- oder Öffnerkontakt ausgeführt sein. Die beiden Teilrelais des Klappanker-Zwillingsrelais sind zueinander punktsymmetrisch gespiegelt angeordnet.

Bei der DE 38 34 283 A1 ist ein sehr ähnliches Klappanker- Zwillingsrelais offenbart, wobei jedoch die beiden Teilrelais zueinander achssymmetrisch gespiegelt angeordnet sind.

Die GB-576,623A zeigt zwei elektromagnetische Relais, die auf einem gemeinsamen Baugruppen-Gestell montiert sind und voneinander getrennte Kontaktantriebe besitzen, welche jeweils auf ihre zugeordnete aktive Kontaktfeder derart wirken können, dass diese direkt untereinander, ohne zusätzliche passiven Kontaktfedern, bei Betätigung mindestens eines der Kontaktantriebe, den elektrischen Arbeitskontakt bilden.

Nachteil dieser Sicherheitsrelais des Standes der Technik ist, daß durch das Vorsehen von zwei räumlich getrennt voneinander angelegten aktiven Kontaktfedersätzen, der Raumbedarf und Materialeinsatz relativ hoch ist, und hierdurch die Kosten für Herstellung, Montage und Betrieb erhöht sind.

Die Achsensymmetrie des Zwillingsrelais der DE 38 34 283 A1 benötigt hierbei noch zusätzlichen Platz und Material und damit Kosten im Vergleich zur Punktsymmetrie des Zwillingsrelais der DE 38 43 359 C2.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Zwillingsrelais der Eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Ausgestaltung als Zwillingsrelais mit wesentlich geringerem Raumbedarf und wesentlich geringerem Materialeinsatz erfolgt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß der elektrische Arbeitskontakt bei Betätigung (Schließer) bzw. Nichtbetätigung (Öffner) beider Teilantriebe durch eine aktive und eine passive Kontaktfeder je Teilrelais gebildet wird, wobei die einander zugeordneten beiden Kontaktfederpaare der Teilrelais in Serie geschaltet sind, und jedes Paar der aktiven und ggf. zusätzlich der passiven Kontaktfedern zusammengefasst einstückig ausgebildet sind.

Mit der vorliegenden Erfindung wird also der wesentliche Vorteil erreicht, daß in ein und dem gleichen Relaisgehäuse nun zwei Teilrelais angeordnet sind, denen jeweils ein eigener und eigenständiger Antrieb zugeordnet ist.

Relais mit zwangsgeführten Kontakten werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, die durch die Nutzung der zwangsgeführten Kontakte in der Regel schaltungstechnische Gemeinsamkeiten haben. Zur sicheren Umsetzung der Selbstüberwachung und zur Herstellung von Redundanz und Zweikanaligkeit werden die zur Freischaltung/Abschaltung der überwachten Stromkreise erforderlichen Relais stets zweifach benötigt. Im Prinzip ist dies unabhängig davon, auf welche Weise die Ansteuerung dieser beiden Relais durchgeführt wird. Dies kann selbstverständlich ebenfalls mittels Relais geschehen, aber auch von einer Elektronik oder von einer Kombination aus Elektronik und Relais.

Da stets zwei Ausgangsrelais vorhanden sein müssen, stellt sich die Frage, inwieweit es technisch/wirtschaftlich sinnvoll ist, hieraus eine Kombination zu machen, einen Relaiszwilling. Bei einer solchen Konstruktion könnten die sonst extern durchzuführenden Verschaltungen auf einfache Art bereits innerhalb des Relais vorgenommen werden. Die Einbindung in eine Schaltung und die Verdrahtung einer solchen Kombination, z. B. auf einer Leiterplatte, würde damit vereinfacht. Kriech- und Luftstrecken könnten vergrößert, bzw. Leiterbahnen breiter ausgeführt werden. Dabei würde kein erhöhter Platzbedarf entstehen. Hier ist speziell an ein liegendes Relais gedacht; an eine flache Bauform, die sich insbesondere zum Einbau in schmale Gehäuse eignet; z. B. Gehäusebreite 22,5 mm.

Funktional kann eine solche Einheit alle Elemente für sogenannte Erweiterungsmodule darstellen.

Es können die Kontakte der zwei Relais zusammengefaßt werden. Der einzelne Kontakt besteht dabei aus einer aktiven und einer passiven Feder.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im folgenden Merkmalen zu sehen:

• - Volumenminderung gegenüber zweier einzelner Relais;
• - Reduzierung des Verschaltungsaufwandes;
• - Platzgewinn auf der Leiterplatte, der zur Vergrößerung der Leiterquerschnitte verwendet werden kann bzw. zur Unterbringung anderer Bauelemente;
• - Thermische Entlastung der Leiterplatte, die Möglichkeit, Leiterbahnen breiter auszuführen;
• - Geringere Montagekosten für die Baugruppe(Endstufe = Auswertegerät);
• - Ausbildung als vollständige Funktionseinheit (den elektromechanischen Funktionsteil betreffend), passend zu geeigneten Ansteuerungen, wie z. B. Lichtschranken, Lichtvorhänge, Zweihandeinrückungen und anderes;
• - Bei einer Zusammenfassung der Kontakte ergibt sich eine deutliche Materialersparnis;
• - Durch die klare Zuordnung der Verwendbarkeit der Kontakte, kann eine spezielle konstruktive Ausgestaltung vorteilhaft sein;
• - Konsequente Ausprägung der erforderlichen Isolation;

Bezieht man in eine solche Überlegung auch die allgemeine Entwicklung der Steuerungstechnik mit ein, so dürfte eine derartige Relaiskombination in Zukunft gute Einsatzmöglichkeiten haben. Der Trend bei der Steuerungstechnik ist in die Richtung der Dezentralisierung der Funktionen eingeleitet. Dies gilt insbesondere für Anlagen und große Maschinen. Die Verbindung dieser dezentralen Funktionalitäten erfolgt mittels Bus.

Damit ist es gleichzeitig erforderlich, bestimmte Sicherheitsfunktionen dezentral zu implementieren. Hinzu kommt, daß bei einer solchen Dezentralisierung die Robustheit bezüglich der sicheren elektrischen Trennung und EMV in ihrer Bedeutung gewinnen.

Ausgehend von einer Bauhöhe mit max. 15 mm und einer Außengeometrie von ca. 65 mm × 75 mm, sollte eine 2 × 6- kontaktige (6-kontaktige) Kombination untergebracht werden.

Die Bauhöhe wird gebildet durch 2 Ebenen.

Auf der der Anschlußseite zugewandten Hälfte sind z. B. die Antriebssysteme als gepolte Schiebeanker ausgeführt. Derartige Schiebeanker sind bekannt.

In der 2. Ebene ist der Kontaktsatz untergebracht.

Grundsätzlich sind die Eigenschaften wie Zwangsführung, die Fehlertoleranz, die Abkammerung, Innenbetätigung, "Balken"- Feder-Kombination usw. vorhanden.

Die Verteilung der Anschlüsse auf der Unterseite des Relais ist für den Anwender optimal, wenn die Anschlüsse im Bereich der Außenkanten verteilt sind. In diesem Falle steht die übrige vom Relais abgedeckte Fläche für andere Bauelemente zur Verfügung. Sind die Anschlüsse mittig unter dem Relais angeordnet, wird die Fläche für die Leiterbahnen zu diesen Anschlüssen benötigt.

Die aktiven Federn der Zwillinge sind einstückig ausgeführt. Es ist auch denkbar, daß zusätzlich die passiven Kontaktteile einstückig ausgeführt sind. Damit werden ggf. nur noch die passiven Kontaktfedern per Anschluß nach außen geführt; die Reihenschaltung der beiden Kontakte erfolgt intern. Dies betrifft zuerst einmal die Schließer und Öffner, welche später für die externe Verwendung zur Verfügung stehen.

Das tragende Kunststoffelement dieses Relais könnte im Querschnitt so aufgebaut werden, daß die Bestückung der Antriebe auf der einen und die der Kontakte auf der anderen flächigen Seite erfolgt. Die Abdeckung auf der Anschlußseite und auf der Kontaktseite würde von jeweils einem Element, welches einen Deckel oder auch eine umschließende Haube sein könnte, vorgenommen werden. Die Abdeckung/Haube kann auch Teilwände besitzen, welche der Abkammerung bzw. einer lamellierten festen Isolierung dienen.

Die Fläche die der Anschlußseite gegenüber liegt, kann so ausgeprägt sein, daß sie gleichzeitig die Außenfläche eines 22,5 mm breiten Gehäuses darstellt. Zur besseren Einpassung in einem abdeckenden Rahmen kann der umlaufende Rand mit einer entsprechenden umlaufenden Vertiefung versehen sein.

Über die Position des Betätigers des Kontaktsatzes kann über die Schmalseite ein optisches Merkmal gesetzt werden zur Erkennung der IST-Position des Kontaktsatzes (bei einer hinreichend durchscheinenden Abdeckung)

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematisiert gezeichnete Seitenansicht eines zwangsgeführten Kontaktes (nur Darstellung des Schließers);

Fig. 2 Schematisiert die Ausbildung eines Zwillingsrelais mit den passiven Federn als Außenanschluß und den einstückigen aktiven Federn;

Fig. 3 Schematisiert die Stirnansicht auf ein Relais nach Fig. 2.

Anhand der Fig. 1 werden die grundsätzlichen Verhältnisse an einem Relaiskontakt dargestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Schließer ist erkennbar, daß in einem Federbock 1 die passive Kontaktfeder 2 und die aktive Kontaktfeder 6 eingespannt sind. Die jeweiligen Federn 2, 6 sind mittels Anschlüssen 3, 7 nach außen geführt und sind dort kontaktierbar.

Die passive Kontaktfeder 2 weist ein vorderes Kontaktstück 5 auf und liegt an einem gehäusefesten Anschlag 4 an.

Die aktive Kontaktfeder 6 wird von einem Betätiger 8 betätigt. Unter dem Begriff "Innen-Betätigung" wird verstanden, daß der Betätiger 8 mit seinen Mitnehmern 11, welche zwischen sich die aktive Kontaktfeder 6 aufnehmen und führen, im Zwischenraum zwischen dem Kontaktstück 12 und der Einspannstelle im Federbock 1 betätigt wird.

Die Betätigung erfolgt dermaßen, daß der Betätiger 8 in Pfeilrichtung 9 die aktive Kontaktfeder 6 in Richtung eines Schließens auf die passive Kontaktfeder 2 bewegt, während in Gegenrichtung - Pfeilrichtung 10 - der Kontakt geöffnet wird.

Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß die aktive Kontaktfeder 6 zwischen zwei Mitnehmern 11 (in Zeichnung Fig. 1 ist der eine Mitnehmer mit 11a bezeichnet) mitgenommen wird; es reicht auch aus, die Mitnehmer 11, 11a räumlich voneinander zu trennen oder auch unabhängig voneinander bewegbar auszugestalten.

In Fig. 2 ist ein derartiges Zwillingsrelais 16 dargestellt, welches aus zwei Teilrelais 13, 14 besteht. Die beiden Teilrelais 13, 14 sind elektrisch durch eine mittlere, isolierende Trennwand 15 voneinander getrennt.

Kennzeichnend für die Erfindung ist nun, daß bestimmte Teile des Kontaktsatzes dieser beiden Teilrelais 13, 14 gemeinsam vorhanden sind und daß jedem Teilrelais 13, 14 z. B. im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine gemeinsame aktive Kontaktfeder 6 zugeordnet ist.

Die Fig. 2 zeigt hierbei, daß jedes Teilrelais 13, 14 insgesamt vier Kontakte aufweist, wobei der jeweilige Kontakt entweder als Öffner, als Schließer oder als Wechsler ausgebildet sein kann.

Ebenso ist es gleichgültig, wieviele Kontakte in einem Teilrelais 13, 14 angeordnet sind, weil die Anzahl beliebig ist. Es kann also jeweils nur ein Kontakt vorhanden sein, es kann aber auch eine Vielzahl von übereinander angeordneten Kontakten vorhanden sein, wie es in Fig. 2 anhand von vier getrennten Kontakten erkennbar ist.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß jeder Kontakt in einer eigenen Kammer 20, 21, 22, 23 angeordnet ist, wobei erkennbar ist, daß die in dem rechten Teilrelais 14 angeordneten Teile mit einem Hochstrich versehen sind, gegenüber den gleichen Teilen auf der linken Seite, die zum Teilrelais 13 gehören.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß derartige Kontakte in elektrisch voneinander isolierten Kammern 20-23 angeordnet sind. Die Kammern 20-23 sind nämlich durch entsprechende horizontal verlaufende Trennwände 17 voneinander abgekammert. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Derartige horizontal verlaufende Trennwände 17 können auch entfallen.

Entsprechend der vorher gegebenen Erläuterung zur Fig. 1 wird noch angeführt, daß der Betätiger 8 im wesentlichen aus zwei Teilen besteht, dies ist aber ebenfalls nicht lösungsnotwendig. Es reicht hierbei aus, jeweils nur einen Betätiger 19 vorzusehen, der jeweils an der einen Seite der aktiven Kontaktfeder 6, 6' angreift.

Der gegenüberliegende Mitnehmer wird im Folgenden als Zwangsführer 18 bezeichnet und hat nur den Zweck, zu verhindern, daß Öffner und Schließer gleichzeitig geschlossen sein können.

Wichtig ist nun, daß der gesamte Antrieb für das Teilrelais 13, welcher im Folgenden als Teilantrieb 24 bezeichnet wird, mechanisch getrennt und vollkommen autonom von dem Teilantrieb 25 für das rechte Teilrelais 14 ist.

D. h. also, das gesamte Antriebssystem bezüglich des Teilantriebes 24 und des Teilantriebes 25 ist jeweils getrennt voneinander in den Pfeilrichtungen 26, 27 angetrieben und betätigbar.

Die Fig. 3 zeigt schematisiert, daß dieses Antriebssystem bestehend aus den Teilantrieben 24, 25 in einer Ebene unterhalb der Teilrelais 13, 14 ist. D. h. also über der Ebene für die Teilantriebe 24, 25 ist die Kontaktebene angeordnet.

Dies führt zu einem erheblich geringerem Raumbedarf, weil eben das gesamte Antriebssystem unterhalb des Kontaktsystems nach Fig. 2 angeordnet ist.

Selbstverständlich ist es in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Ebenen vertauscht sind. In dieser zeichnerisch nicht dargestellten Anordnung ist dann die Ebene für die Antriebe 24, 25 oberhalb der Ebene für die Kontaktsätze der Teilrelais 13, 14 angeordnet.

Ein derartiges Antriebssystem könnte darin bestehen, daß zwei voneinander getrennte Klappankersysteme vorhanden sind und es könnte auch ein Schiebeankersystem vorhanden sein. Bei beiden Antrieben ist kennzeichnend, daß beide eine jeweils getrennte Relaisspule aufweisen, welche Relaisspule über ein jeweils separates Joch auf einen zugeordneten Anker wirkt und diesen bewegt.

Jeder Anker wirkt dann also in den eingezeichneten Pfeilrichtungen 26, 27 auf das zugeordnete Teilantriebssystem 24, 25 des jeweiligen Teilrelais 13, 14.

Anhand des Ausführungsbeispieles der Fig. 2 kann nun ein praktischer Anwendungsfall erläutert werden.

Die jeweils untere Kammer 20, 20' des jeweiligen Teilrelais 13, 14 ist jeweils als Öffner ausgebildet. Kennzeichnend für diese beide Öffner ist, daß die aktive Kontaktfeder 6 durchverbunden ist und demzufolge beide Öffner miteinander elektrisch verbindet, so daß diese beiden Kontakte elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Sobald einer der beiden Öffner öffnet, z. B. der Öffner im Teilrelais 13, ist der Stromkreis zwischen den Anschlüssen 3, 3' unterbrochen. Hieraus ergibt sich also die Serienschaltung dieser beiden Kontakte.

In analoger Weise gilt dies auch für den in den Kammern 23, 23' gezeigten Schließer, weil die Reihenschaltung aus den beiden Schließern nur dann geschlossen ist, wenn die aktive Kontaktfeder von beiden autonomen Antriebssystemen entsprechend in Pfeilrichtung 26, 27 nach oben bewegt wurde, um die Schließerkontakte zu betätigen.

Man erkennt aus den gezeigten Ausführungsbeispielen, daß das Relais stets aus einer Serienschaltung von Kontakten besteht, wobei diese Serienschaltung sich aber jeweils eine aktive Kontaktfeder teilt. Aufgrund der elektrischen Durchverbindung der aktiven Kontaktfeder ist es nun nicht mehr erforderlich, diese aktive Kontaktfeder über separate Anschlüsse nach außen zu führen und außerhalb des Federbockes über zugeordnete Anschlüsse miteinander zu verbinden. Die Anschlüsse sind also intern im Relais ohne Erfordernis der Kontaktierung ohne Verbindungsleitungen und ohne entsprechende Leiterbahnen direkt schon bewerkstelligt.

Kennzeichnend für alle Aufbauten ist, daß jeweils bezüglich der Längsmittenachse ein linkes Teilrelais 13 und ein rechtes Teilrelais 14 gebildet wird und daß jedem Teilrelais 13, 14 ein getrenntes Antriebssystem zugeordnet ist, welches in den Zeichnungen als Teilantrieb 24 und 25 dargestellt ist.

Separat betrachtet werden müssen die für die interne Verwendung benötigten Kontakte. Hierbei handelt es sich jeweils um einen Öffner und einen Schließer.

Der Öffner wird dabei in den Überwachungsstromkreis für den Start der Anordnung eingeschleift. Der Schließer wird für die Selbsthaltung verwendet. Diese Kontakte haben eine wesentlich geringere Belastung zu tragen als die für die externe Nutzung verfügbaren. Hier besteht ein Potential der Minderung des benötigten Volumens. Entsprechendes gilt auch für die Isolation zum Antrieb.

Die Frage, ob der eine Anschluß des intern verwendbaren Schließers bereits mit einem Spulenende verbunden werden soll, ist von Fall zu Fall unterschiedlich.

Vorteil des hier dargestellten Zwillingsrelais ist also, daß bei geringstem Raumbedarf eine einfachere Herstellung gewährleistet ist, weil außen liegende Verschaltungen entfallen. Hieraus hat der Anwender einen großen Nutzen, weil Verdrahtungsfehler von vornherein vermieden werden und Platz auf einer gegebenenfalls vorhandenen Leiterplatte für andere Applikationen und Verschaltungsbahnen gegeben ist.

Für den Anwender ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß tatsächlich in einem einzigen Gehäuse zwei Teilrelais angeordnet sind, die getrennt voneinander ansteuerbar sind, aber als ein Stück in der Lagerhaltung und in der Verarbeitung anzusehen sind, was die Handhabung wesentlich vereinfacht.

Zeichnungslegende

1

Federbock

2

passive Kontaktfeder

3

Anschluß

3

'

4

Anschlag

5

Kontaktstück

6

aktive Kontaktfeder

6

'

7

Anschluß

8

Betätiger

9

Pfeilrichtung

10

Pfeilrichtung

11

Mitnehmer

11

a

12

Kontaktstück

13

Teilrelais

14

Teilrelais

15

Trennwand

16

Zwillingsrelais

17

Trennwand

18

Zwangsführer

19

Betätiger

20

Kammer

20

'

21

Kammer

21

'

22

Kammer

22

'

23

Kammer

23

'

24

Teilantrieb

25

Teilantrieb

26

Pfeilrichtung

27

Pfeilrichtung

Claims (5)

1. Zwillingsrelais bestehend aus zwei Teilrelais (13, 14), die zwei voneinander getrennte Teilantriebe (24, 25) besitzen, welche Teilantriebe (24, 25) jeweils auf mindestens eine zugeordnete aktive Kontaktfeder (6 oder 6') wirken, welche mit zugeordneten passiven Kontaktfedern (2, 2'), bei Betätigung beider Teilantriebe (24, 25) im Falle eines Schließers oder bei Nichtbetätigung im Falle eines Öffners, den elektrischen Arbeitskontakt bilden, wobei jeweils zwei Kontaktfederpaare (2, 6; 2', 6') zueinander in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der aktiven Kontaktfedern (6, 6') zusammengefasst einstückig ausgebildet sind.

2. Zwillingsrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Kontaktfedern (6, 6') etwa parallel zu den passiven Kontaktfedern (2, 2') verlaufen.

3. Zwillingsrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch jedes Paar der passiven Kontaktfedern (2, 2') zusammengefasst einstückig ausgebildet sind.

4. Zwillingsrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Kontaktfederpaar (2, 6; 2', 6') in umschließenden Kammern (20-23, 20'-23') mit Trennwänden (15, 17) zur isolierenden Abkammerung eingebracht ist.

5. Zwillingsrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestückung der Teilantriebe (24, 25) auf der einen Seite des Zwillingsrelais und die der elektrischen Kontakte (3, 3', 7, 7') auf der anderen Seite des Zwillingsrelais erfolgt.