DE19831658C2 - Elektromechanisches Schaltrelais (3/98) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Schaltrelais zum Schalten grö­ ßerer Ströme, insbesondere hoher Einschaltströme, wobei ein Kontaktträger mit Kontakten und eine Schaltfeder aus elastischem Material mit dazugehörigen Kontakten, sowie ein Betätigungsglied für die Einleitung und Unterbrechung des Schaltvorganges vorgesehen sind, und wobei der Kontaktträger an den einen Pol und die Schaltfeder an den anderen Pol des zu schließenden Strom­ kreises angeschlossen sind.

Eine solche Anordnung ist aus DE 41 15 092 C2 bekannt, bei der im Abstand voneinander zwei Kontaktträger mit einander gegenüberliegenden Kontakten vorgesehen sind. Zwischen ihnen befindet sich eine Schaltfeder, die beidseitig mit den dazugehörigen Kontakten ausgerüstet ist, wobei je nach Schwenklage der Schaltfeder einer ihrer Kontakte mit dem ihm gegenüberliegenden Kontakt des jeweiligen Kontaktträgers in Schaltberührung kommt. Zur Kompensation der unterschiedlichen Kontaktabstände ist die Schaltfeder T-förmig ausgebildet und an den Enden des oberen "Querbalkens" des T mit zu ihm unsymmetri­ schen Aussparungen versehen. Eines der Enden dieses "Querbalkens" ist als Arm ausgebildet, der von dem senkrecht stehenden "Hauptbalken" des "T" zur Seite weg und dann nach oben geführt ist, wobei sich zwischen dem größeren Bereich des Arms und dem oberen Bereich des "Hauptbalkens" ein Schlitz be­ findet. Das Betätigungsglied greift an diesem Ende des "Querbalkens" an, wo­ durch sich ein Drehen dieses "Querbalkens" um die Längsachse der Schaltfeder und damit das erwünschte Abwälzen ihres Kontaktes auf dem gegenüberliegen­ den Kontakt des Kontaktträgers erfolgt. Nachteilig ist hierbei, dass bei Vor­ handensein großer Einschalt- und/oder Ausschaltströme beim Einschalten und auch beim Ausschalten jeweils ein Überschlag mit dem Ziehen eines relativ ho­ hen Lichtbogens, sowie das gleiche bei einem entsprechend hohen Ausschalt­ strom (insbesondere bei Vorhandensein von Induktivitäten) erfolgt. Dies kann zu einer vorzeitigen Zerstörung der betreffenden Kontakte führen. Ferner ist die Unterbringung und Lagerung des zweiteiligen Betätigungsgliedes innerhalb des Relais umständlich.

Aus DE 26 27 168 B2 ist ein elektromagnetisches Relais mit einer Kontaktfe­ der, die durch einen Längsschlitz in zwei Schenkel unterteilt ist, bekannt. Dabei ist ein Schenkel als Kontaktschenkel ausgebildet, d. h. er stellt die zu schaltende Verbindung zum Gegenkontakt her, und der zweite Schenkel ist als Rückstell­ schenkel ausgebildet, d. h. dieser Schenkel enthält den Angriffspunkt für das Betätigungsorgan. Auch bei diesem Relais wird der Kontakt daher nur durch ein Kontaktpaar gebildet, es treten bei großen Einschalt- und/oder Ausschaltströ­ men die gleichen Nachteile wie oben zu DE 41 15 092 C2 beschrieben auf.

Aus DE-AS 11 75 807 und aus DE 94 04 775.8 U1 sind elektromagnetische Schaltrelais zum Schalten größerer Ströme, insbesondere hoher Einschaltströ­ me, bekannt, wobei jeweils zwei Kontaktpaare vorgesehen sind, von denen das zuerst schließende und zuerst öffnende Kontaktpaar aus einem gegen Abbrand resistenten Material, z. B. Wolfram, und das andere Kontaktpaar aus einem Ma­ terial hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Silber, gebildet ist. Jedes der Kon­ taktpaare besteht aus einem beweglichen Kontakt und aus einem festen Gegen­ kontakt. DE-AS 11 75 807 ordnet die beweglichen Kontakte der zwei Kontakt­ paare dabei je auf einem Schenkel einer geschlitzten, federnden Zunge an. Im Relais nach DE 94 04 775.8 U1 befinden sich die beiden beweglichen Kontakte auf gegeneinander vorgespannten Federn. Nachteil derartiger Schaltrelais ist, dass bei längerem Betrieb leicht Kontaktverschweißungen auftreten können, die zu Funktionsstörungen führen.

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung besteht demgegenüber dar­ in, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die bei geringem konstruktiven Aufwand nicht nur das vorgenannte Kontaktwälzen ermöglicht, sondern zugleich auch Kontaktverschweißungen oder -klebungen aufgrund von Einschalt- oder Ausschaltströmen verhindert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß dessen Kennzeichnung zunächst vorgesehen, dass als Kontaktträger eine Platte aus federndem Material vorgesehen ist, die auf einer Seite einen ersten Kontakt aus einem gegen Abbrand resistenten Material, z. B. aus Wolfram, und im Abstand davon auf der gleichen Seite einen zweiten Kontakt aus einem Ma­ terial mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. aus Silber, trägt, dass die Schalt­ feder parallel zum Kontaktträger verläuft und auf ihrer dem Kontaktträger zugewandten Seite einen ersten und einen zweiten Kontakt aufweist, die den ih­ nen direkt gegenüberliegenden ersten und zweiten Kontakten des Kontaktträ­ gers entsprechen, und dass der Abstand zwischen den beiden ersten Kontakten größer ist als der Abstand zwischen den beiden zweiten Kontakten. Wird mit­ tels des Betätigungsgliedes die Schaltfeder in Richtung zum Kontaktträger be­ wegt, so kommen zunächst die beiden ersten, aus Wolfram bestehenden Kon­ takte des Kontaktträgers und der Schaltfeder miteinander in Berührung. Da diese Kontakte abbrandfest sind, können hierbei, sowie beim Abschalten ent­ stehende Ströme ihnen nicht schaden. Allerdings haben Wolframkontakte den Nachteil einer relativ schlechten elektrischen Leitfähigkeit. Dieser Nachteil wird dadurch ausgeglichen, dass mit dem weiteren Andrücken der Schaltfeder diese aufgrund ihrer Elastizität dann auch die zweiten Kontakte des Kontaktträgers und der Schaltfeder aneinander drückt und dabei die Differenz zwischen den beiden oben genannten Kontaktabständen überbrückt. Mit dem Einschalten entsteht hierbei aber kein Funken, da der Strom bereits über die Wolframkon­ takte (erste Kontakte) läuft. Sobald aber die zweiten Kontakte sich berührt ha­ ben, übernehmen sie aufgrund ihrer großen elektrischen Leitfähigkeit den ent­ sprechend größeren Anteil des von beiden Kontaktpaaren zu führenden Stro­ mes. Beim Abschalten entsteht zwischen den zweiten Kontakten kein Abreiß­ funke, da die ersten Kontakte sich noch berühren und damit stromleitend sind. Erst nach Öffnen der zweiten Kontakte werden auch die ersten Kontakte ge­ öffnet. Der hierbei noch entstehende Abreißfunke beeinträchtigt die Wolfram­ kontakte nicht. Da die Schaltfeder elastisch ist, kann sie sich bei dem erläuter­ ten Vorgang der Kontaktgabe zunächst der ersten und dann der zweiten Kon­ takte entsprechend verbiegen und verwinden. Dies hat zusätzlich zu der vorste­ hend bereits erläuterten Funktion noch den weiteren Vorteil, dass sich die zwei­ ten Kontakte bei ihrer Kontaktgabe sowohl beim Schließen, als auch beim Öff­ nen aneinander abwälzen und hiermit etwaige, noch entstehende leichte Kon­ taktverschweißungen bzw. -klebungen lösen.

Die Merkmale des Anspruches 2 ergeben im Sinne der Erfindung an der Schalt­ feder und am Kontaktträger zusammenwirkende Gegenkräfte gegen die Betäti­ gungskraft, sowie ein sicheres Bewegen der Schaltfeder in die oder aus der Kontaktlage.

Die Teilung der Schaltfeder durch einen Schlitz in zwei Federschenkel, wobei der erste Schenkel den ersten Kontakt sowie der zweite Schenkel den zweiten Kontakt und ferner die Angriffsstelle für das Betätigungsglied aufweist, unter­ stützt die bereits vorhandene Elastizität der Schaltfeder und erleichtert nach der Kontaktgabe der ersten Kontakte die Kontaktgabe der zweiten Kontakte und deren Kontaktabwälzen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprü­ chen, sowie der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsmöglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Frontalansicht einer Schalt- und Federanordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1 bei nicht erregtem Relais;

Fig. 3 eine Draufsicht gemäß Pfeil II bei erregtem, d. h. geschalteten Re­ lais;

Fig. 4 in einer Frontalansicht die Schaltfeder;

Fig. 5 eine Seitenansicht zu Fig. 4 gemäß dem Pfeil V in Fig. 4;

Fig. 6 eine Frontalansicht des Kontaktträgers;

Fig. 7 eine Seitenansicht auf den Kontaktträger gemäß dem Pfeil VII in Fig. 6.

In den Zeichnungen sind mit 1 der Kontaktträger und mit 2 die Schaltfeder bezeichnet. Diese beiden Bauteile liegen in Fig. 1 hintereinander, wobei sich der Kontaktträger 1 vor der Schaltfeder 2 befindet (siehe hierzu auch die Draufsichten gem. Fig. 2 und 3).

Eine Einzeldarstellung der Schaltfeder ist den Fig. 4, 5 und eine Einzeldarstel­ lung des Kontaktträgers den Fig. 6 und 7 zu entnehmen.

Ein vom Magneten des zugehörigen Relais in Pfeilrichtung 3 für die Zuschal­ tung bewegtes Betätigungsglied 4 greift mit einem zapfenähnlichen Vorsprung 5 in einen Durchbruch 6 der Schaltfeder 2 ein.

Die Schaltfeder 2 besitzt zwei Federschenkel 2' und 2", die in ihrem oberen Bereich durch einen Schlitz 7 voneinander getrennt sind. Der Schenkel 2" trägt einen Wolframkontakt 8 und der Schenkel 2' einen Silberkontakt 9. Dabei be­ findet sich die Ausnehmung 6 zwischen dem Silberkontakt 9 und dem Schlitz 7.

Der Kontaktträger 1 hat ebenfalls zwei Arme 1' und 1", wobei der Arm 1' den Silberkontakt 9 und der Arm 1" den Wolframkontakt 8 trägt. Die Umrisse der Kontakte sind hier nur gestrichelt dargestellt, da sie sich (siehe Draufsicht der Fig. 3) hinter dem Material des Kontaktträgers 1 befinden. Die beiden Arme 1' und 1" bilden zwischen sich einen Schlitz 10.

Die Schaltfeder und der Kontaktträger sind beide aus einem federnden Material (Blech), wobei aber die elastische Nachgiebigkeit des Kontaktträgers 1 bei einer bestimmten Kraftbelastung geringer ist als die der Schaltfeder 2.

In der in Fig. 2 dargestellten Ruhelage, in welcher das Betätigungsglied 4 keine Kraft in Pfeilrichtung 3 auf die Schaltfeder 2 ausübt, liegen sich jeweils die bei­ den Wolframkontakte (auch erste Kontakte genannt) und die beiden Silberkon­ takte 9 (auch zweite Kontakte genannt) einander gegenüber. Die Anordnung ist so getroffen, dass der Abstand a zwischen den einander zugewandten Flächen der Wolframkontakte 8 etwas kleiner ist als der Abstand b zwischen den einan­ der zugewandten Flächen der Silberkontakte 9. Mit einem Verschwenken der Schaltfeder 1 in Pfeilrichtung 3 kommen zunächst die beiden Wolframkontakte 8 zur Anlage aneinander. Sie übernehmen hiermit den Einschaltstrom, der z. B. beim Einschalten einer Glühlampe 80 A betragen kann, sowie den beim Zu­ schalten entstehenden Lichtbogen und ferner auch den Abreißfunken, wenn die Betätigungskraft des Relais entfällt und somit die Wolframkontakte 8 wieder die Position der Fig. 2 einnehmen. Dies hat auf die Oberfläche der Wolframskon­ takte keinen Einfluss, da dieses Material dagegen widerstandsfähig ist. Wenn aber nach dem Schließen der Wolframkontakte 8 die Betätigungskraft in Rich­ tung 3 nicht weggenommen, sondern fortgesetzt wird, so kommen dann die Silberkontakte zur Anlage. Da dann aber bereits ein Strom über die Wolframs­ kontakte fließt, hat das Berühren der Silberkontakte keinen hohen Einschaltstrom und damit auch keine Beeinträchtigung der Oberfläche der Silberkontak­ te 9 zur Folge. Das gleiche gilt beim Abschalten, da sich zunächst die Silber­ kontakte 9 öffnen und während dieses Öffnungsvorganges der Strom weiter über die Wolframskontakte 8 fließt. In der Einschalt- oder Kontaktlage gemäß Fig. 3 ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund des relativ geringen Eigenwider­ standes der Silberkontakte 9 der Hauptanteil des Stromes hierüber läuft, wäh­ rend Wolfram gegenüber Silber einen wesentlich höheren elektrischen Wider­ stand hat, so dass dann der über die Kontakte 8 laufende Stromanteil wesent­ lich kleiner ist als der über die zweiten bzw. Silberkontakte 9. Im Ergebnis ist der Strompfad über die ersten Kontakte 8 weitgehend stromlos.

Die unsymmetrisch geformten Federschenkel 2', 2" ergeben bei den Schaltvor­ gängen folgende Funktionen und Vorteile:
Mit der Bewegung des Betätigungsgliedes 4 in Pfeilrichtung 3 hat dies ein Dre­ hen des rechten Federschenkels 2' um eine Achse 11 zur Folge, die in Fig. 3 rechts senkrecht zur Zeichenebene steht. Diese Drehung erfolgt entgegen dem Uhrzeigersinn und hat ein Abwälzen der beiden Silberkontakte an ihren sich gegenüberliegenden Flächen 9' zur Folge. Ein solches Verdrehen wird durch den Schlitz 7 ermöglicht. Hierzu liegt der Schlitz 7 auch bewusst außerhalb der Angriffsstelle des Betätigungsgliedes 4, 5 am Federschenkel 2'. Hiermit werden eventuelle leichte Kontaktverschweißungen aufgebrochen. Dabei findet auch ein leichtes Abwälzen oder ein Verlagern der beiden ersten Kontakte bzw. Wolframkontakte 8 zueinander statt. Sie bleiben aber auch beim Erreichen der Schaltlage immer in der in Fig. 3 links dargestellten Position.

Durch die beiden Schlitze 7, 10 wird im Übrigen erreicht, dass federnde Bewe­ gungen der einander gegenüberliegenden Arme 1' und 1" und Federschenkel 2' und 2" im Wesentlichen voneinander unabhängig sind. Dies zeigt auch die von­ einander abweichende Position des Federkernschenkels 2' in Fig. 3 gegenüber der Position des Federkernschenkels 1'. Beide sind nämlich zueinander versetzt.

Beim Übergang von der Ausschaltlage gemäß Fig. 2 in die Einschaltlage der Fig. 3 hat der Kontaktträger 1 aufgrund seiner größeren Steifigkeit eine ent­ sprechende Widerstandskraft, während die Schaltfeder 2 demgegenüber elasti­ scher ist, was die zuvor erläuterten Verlagerungen ihrer Federschenkel 2' und 2" ermöglicht.

Im Übrigen geben die Schlitze 7, 10 der Gesamtanordnung eine gewisse Nach­ giebigkeit, so dass die Gegenkräfte der beiden Federn gegenüber der Magnet­ kraft des Relais immer kleiner sein können. Andernfalls wäre der Schaltvorgang nicht zu Ende durchführbar.

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Schaltfeder 2 und des Kontaktträ­ gers 1 ist es in der Praxis möglich, den Federschenkeln 2', 2" bzw. Armen 1', 1" die jeweils gewünschte Widerstandskraft und Beweglichkeit zu geben. Mit ande­ ren Worten: Hiermit hat der Konstrukteur eine Vielzahl von Gestaltungsmög­ lichkeiten in der Hand.

Die Wolframskontakte 8 müssen zwar stets in der Schaltlage der Fig. 3 an­ einanderliegen. Sie müssen aber andererseits so weitgehend elastisch beweglich sein, dass sie die Bewegungen des Federschenkels 2' und dessen Torsion um die Achse 11 nicht stören. Auch hierzu geben die o. g. Schlitze dem Federsystem die gewünschte Hilfe.

Claims (7)

1. Elektromechanisches Schaltrelais zum Schalten größerer Ströme, insbe­ sondere hoher Einschaltströme,
wobei ein Kontaktträger (1) mit Kontakten (8, 9) und eine Schaltfe­ der (2) aus elastischem Material mit dazugehörigen Kontakten (8, 9) sowie ein Betätigungsglied (4, 5) für die Einleitung und Unterbre­ chung des Schaltvorgangs vorgesehen sind,
wobei der Kontaktträger (1) an den einen Pol und die Schaltfeder (2) an den anderen Pol des zu schließenden Stromkreises angeschlossen sind,
wobei der Kontaktträger (1) auf der einen Seite einen ersten Kontakt (8) aus einem gegen Abbrand resistentem Material, z. B. aus Wolfram und im Abstand davon auf der gleichen Seite einen zweiten Kontakt (9) aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. aus Silber, trägt,
wobei die Schaltfeder (2) parallel zum Kontaktträger (1) verläuft und durch einen Schlitz (7) in zwei Federschenkel (2', 2") geteilt ist, wo­ bei der erste Federschenkel (2') den ersten Kontakt (8) sowie der zweite Federschenkel (2') den zweiten Kontakt (9) auf ihrer den Kon­ taktträger (1) zugewandten Seite aufweisen,
wobei erster und zweiter Kontakt (8, 9) den ihnen direkt gegenüber­ liegenden ersten und zweiten Kontakt (8, 9) des Kontaktträgers (1) entsprechen,
und wobei der Abstand (a) zwischen den beiden ersten Kontakten kleiner ist als der Abstand (b) zwischen den beiden zweiten Kontak­ ten,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Kontaktträger (1) eine Platte aus federndem Material vorgesehen ist und dass am zweiten Federschenkel (2') der Schaltfeder (2) ein Bestä­ tigungsglied (4, 5) derart angreift, dass eine Torsion des zweiten Feder­ schenkels (2') und damit ein Abwälzen der zweiten Kontakte (9) an ihren sich gegenüberliegenden Flächen (9') bewirkt wird.

2. Schaltrelais nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität der Schaltfeder (2) größer ist als die Elastizität des Kontaktträgers (1).

3. Schaltrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansatzstelle für das Angreifen des Betätigungsgliedes (4, 5) am zweiten Federschenkel (2') als Durchbruch (6) ausgestaltet ist.

4. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Federschenkel (2") schmäler ist als der zweite Federschen­ kel (2').

5. Schaltrelais nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (4, 5) an dem zweiten Federschenkel (2') an einer Stelle angreift, die zwischen dem zweiten Kontakt (9) und dem Schlitz (7) gelegen ist.

6. Schaltrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (1) durch einen Schlitz (10) in zwei Arme (1', 1") geteilt ist, wobei der eine Arm (1") den ersten Kontakt (8) und der ande­ re Arm (1') den zweiten Kontakt (9) trägt.

7. Schaltrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkräfte des Kontaktträgers (1) und der Schaltfeder (2) zu­ sammen kleiner sind als die Schubkraft des Relaismagneten auf das Betä­ tigungsglied (4, 5).