DE19847831A1 - Sicherheitsrelais - Google Patents
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Abstract
Das Relais besitzt einen Grundkörper (1), auf dem ein Elektromagnetsystem (31, 35, 37) angeordnet ist und mindestens ein Schließer-Kontaktfederpaar (23A1, 23A2, 25A1, 25A2) sowie mindestens ein Öffner-Kontaktfederpaar (23R, 25R) betätigt. Zur Betätigung dient ein Schieber (40), der Betätigungsnasen (51, 52) in unterschiedlicher Höhe gegenüber der Einspannung der aktiven Kontaktfedern (25) aufweist, um die aktiven Öffner-Kontaktfedern in einer anderen Höhe zu betätigen als die aktiven Schließer-Kontaktfedern. DOLLAR A Auf diese Weise kann die Kennlinie des Magnetsystems besser an die Federkennlinie der Kontaktfeder angepaßt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Relais mit einem Grundkörper, der
eine Grundebene festlegt, einem auf dem. Grundkörper angeord
neten Magnetsystem mit Spule, Kern und Anker, mit mindestens
einem Schließer-Kontaktfederpaar und mindestens einem Öffner-
Kontaktfederpaar, wobei jedes Kontaktfederpaar eine aktive
und eine passive Kontaktfeder umfaßt und wobei jede Kontakt
feder senkrecht zur Grundebene stehend in dem Grundkörper be
festigt ist und an ihrem von dem Grundkörper entfernten Ende
ein Kontaktstück trägt, und mit einem Betätigungs-Schieber,
der parallel zur Grundebene bewegbar ist und an jeder beweg
lichen Kontaktfeder jeweils in der Nähe des Kontaktstückes
angreift.
Ein derartiges Relais mit zwangsgeführten Kontakten ist aus
der DE 195 40 739 A1 bekannt. Dort sind die einzelnen Kon
taktfedern gegeneinander isoliert angeordnet, wobei auch be
sondere konstruktive Vorkehrungen gegen Kurzschlüsse für den
Fall getroffen sind, daß sich Kontaktstücke von den Kontakt
federn ablösen. Bei diesem bekannten Relais werden die akti
ven Kontaktfedern unterhalb der Kontaktstücke in seitlich of
fenen Schlitzen eines Schiebers geführt und betätigt. Seit
lich offene Betätigungsabschnitte verändern jedoch die Stabi
lität des Schiebers, so daß derartige Schieber bereits bei
der Herstellung zum Verzug neigen und auch in Betrieb nicht
die optimale Formgenauigkeit behalten. Ein weiteres Problem
bei derartigen Relaiskonstruktionen besteht darin, daß die
Kraft zum Öffnen der Öffnerfedern zu Beginn der Anzugsbewe
gung des Ankers überwunden werden muß, während die Kraft zum
Schließen der Schließerkontakte gegen Ende der Ankeranzugsbe
wegung anfällt. Da die Kraft eines Elektromagnetsystems aber
zu Beginn der Ankeranzugsbewegung gering ist und erst gegen
Ende der Anzugsbewegung, wenn der Arbeitsluftspalt nahezu ge
schlossen ist, stark ansteigt, ist die Aufbringung der Öff
nerkraft ein Problem, das in der Regel durch eine starke Di
mensionierung des Magnetsystems gelöst wird, wobei diese
Überdimensionierung für das Schließen der Schließerkontakte
nicht erforderlich wäre.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Relais der ein
gangs genannten Art konstruktiv so zu gestalten, daß die Fe
derkennlinie besser an die Kennlinie des Magnetsystems ange
paßt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der
Schieber an den aktiven Öffner-Kontaktfedern mit einem ande
ren Abstand bezüglich der Befestigung im Grundkörper angreift
als an den aktiven Schließer-Kontaktfedern.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung eines Schiebers mit un
terschiedlichen Angriffspunkten an den Öffnerkontaktfedern
bzw. den Schließerkontaktfedern bezüglich deren Einspannung
im Grundkörper wird erreicht, daß die Öffnerkontakte mit mög
lichst geringer Kraft und langem Weg geöffnet werden, während
die Schließerkontakte mit kurzem Hebelarm auf kurzem Wege ge
schlossen werden. Auf diese Weise wird also die für das Öff
nen der Öffnerkontakte aufzubringende Kraft an die zu Beginn
der Anzugsbewegung geringere Kraft des Magnetsystems ange
paßt, während die hohe Magnetkraft am Schluß des Anzugsbewe
gung des Ankers ausreicht, die Schließerkontakte auf kurzem
Wege, also mit geringem Hebelarm, zu betätigen. Das Ergebnis
ist eine insgesamt genauere Anpassung der Federkennlinie an
die Magnetsystemkennlinie, so daß das Magnetsystem selbst re
lativ gering dimensioniert werden.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Relais
kann weiterhin vorgesehen werden, daß alle aktiven Kontaktfe
dern baugleich sind, so daß weder die aktiven Öffnerkontakt
federn noch die aktiven Schließerkontaktfedern in Richtung
auf die zugehörigen passiven Kontaktfedern vorgespannt sind.
Die Öffnerkontaktfedern werden dann durch eine Ankerfeder be
tätigt, während die Schließerkontaktfeder durch das Magnetsy
stem betätigt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü
chen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais in Eplosions
darstellung,
Fig. 2 das Relais von Fig. 1 in zusammengebautem Zustand,
mit teilweise ausgeschnittenem Schieber und ohne Kappe, in
perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 das Relais von Fig. 2 in einer gedrehten perspekti
vischen Darstellung,
Fig. 4 das Relais von Fig. 1 bis 3 in Seitenansicht, teil
weise längsgeschnitten,
Fig. 5 und 6 den Schieber des Relais von Fig. 1 bis 4 in
zwei perspektivischen Ansichten und
Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung des grundsätzlichen Ver
laufs der Kraft-Weg-Kennlinien des Magnetsystems und der Fe
dern des Relais.
Das in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Relais besitzt einen
Grundkörper 1 aus Isolierstoff, der im wesentlichen flach ge
staltet ist und eine Bodenseite 10 definiert und mit einer
Kappe 2 ein geschlossenes Gehäuse bildet. Der Grundkörper 1
besitzt eine flache, wannenförmige Ausnehmung 11 zur Aufnahme
eines Magnetsystems, während der übrige Teil mit emporgezoge
nen Seitenwänden 12, einer Längs-Zwischenwand 13 und Querwän
den 14 zwei Reihen von Kontaktträgerkammern 15 bildet. Diese
Kontaktträgerkammern 15 sind nach unten schlitzförmig zu
Steckkanälen 16 verengt (siehe Fig. 4), um jeweils von oben,
senkrecht zur Grundebene 10, einsteckbare Festkontaktträger
21 oder Kontaktfederträger 22 aufzunehmen. Die Festkontakt
träger 21 bilden an ihren freien Enden jeweils passive (bzw.
feststehende) Kontaktfedern 23 mit daran befestigten Festkon
taktstücken 24, während an den Kontaktfederträgern 22 jeweils
aktive (bzw. bewegliche) Kontaktfedern 25 mit an deren freien
Enden befestigten beweglichen Kontaktstücken 26 befestigt
sind.
Das zur Betätigung des Relais dienende Magnetsystem besitzt
ein U-förmiges Kernjoch 31 mit einem Kernschenkel 32 und ei
nem Jochschenkel 33. Ein Spulenkörper 34 trägt eine Erreger
spule 35 und nimmt in einer axialen Durchgangsöffnung den
Kernschenkel 32 auf. Da dieser wegen der begrenzten Spulen
breite eine geringere Breite aufweist als der Jochschenkel
33, ist ein zusätzlicher Flußführungsteil 36 zusammen mit dem
Kernschenkel 32 in das Spuleninnere eingeschoben. Auf diese
Weise wird der Eisenquerschnitt innerhalb der Spule ebenso
vergrößert wie die Polfläche 32a bzw. 36a, mit der ein Anker
37 zusammenwirkt. Dieser Anker ist mit Hilfe einer Ankerfeder
38 am freien Ende des Jochschenkels 33 gelagert und bildet
mit den Polflächen 32a, 36a in üblicher Weise einen Arbeits
luftspalt. Zwei Rückstellschenkel 39 der Ankerfeder 38 erzeu
gen die Ruhestellung der Kontakte bei nichterregtem Zustand
des Magnetsystems.
Die Bewegung des Ankers 37 wird über einen Ankerfortsatz 37a
auf einen Schieber 40 und über diesen auf die aktiven Kon
taktfedern 25 übertragen. Da die Kontaktfedern auf der dem
Anker entgegengesetzten Seite des Magnetsystems angeordnet
sind, besitzt der Schieber einen sich oberhalb der Spule er
streckenden Verbindungsabschnitt 41, an den sich ein nach un
ten in Richtung auf die Bodenebene stufenartig abgesetzter
Betätigungsabschnitt 42 anschließt. Dieser Betätigungsab
schnitt bildet mit einer mittigen Längswand 43 sowie Seiten
wänden 44 und Querwänden 45 und 46 jeweils Rahmen für jede
einzelne Kontaktfeder, die diese Kontaktfedern, mit Ausnahme
der jeweils ersten passiven Kontaktfedern 24R und der jeweils
letzten passiven Kontaktfedern 23R und 23A2, die in den End
bereichen des Betätigungsabschnittes 42 des Schiebers 40 lie
gen und deshalb nach einer Seite jeweils keine Abschirmung zu
einer benachbarten Kontaktfeder benötigen. Zur Erläuterung sei
hier angemerkt, daß die aktiven und passiven Kontaktfedern 25
und 23 in Fig. 4 zur Bezeichnung der Kontaktart mit Zusatz
bezeichnungen versehen sind, also 23A1, 23A2 für passive Ar
beitskontaktfedern (Schließerkontaktfedern), 23R für passive
Ruhekontaktfedern (Öffnerkontaktfedern), 25A1 und 25A2 für
aktive Arbeitskontaktfedern (Schließerkontaktfedern) und 25R
für aktive Ruhekontaktfedern (Öffnerkontaktfedern). Innerhalb
der durch Trennwände 43, 44, 45 und 46 gebildeten Rahmen des
Schiebers 40 sind jeweils Fenster 47 für die aktiven Kontakt
federn sowie Fenster 48 für die passiven Kontaktfedern ausge
spart. Die jeweiligen passiven Kontaktfedern 23 und aktiven
Kontaktfedern 25 ragen durch diese Fenster 46 bzw. 47 hin
durch, so daß sich die Kontaktstücke 24 bzw. 26 tragenden En
den jeweils oberhalb des Betätigungsabschnittes 42 des Schie
bers und im wesentlichen innerhalb der durch Trennwände
43, 44, 45 und 46 gebildeten Rahmen befinden.
Diejenigen Querwände bzw. Sperrwände 46, welche jeweils zu
sammenwirkende aktive und passive Kontaktfedern trennen, be
sitzen jeweils einen annähernd halbkreisförmigen Ausschnitt
49 in Anpassung an die runde Kontur der Kontaktstücke. In
diesem Ausschnitt 49 ist jeweils ein bewegliches Kontaktstück
26 der aktiven Kontaktfedern 25 geführt. Dadurch kann die ak
tive Kontaktfeder selbst nahe an der Sperrwand 46 bzw. einer
von der Sperrwand vortretenden Sperr-Rippe 50 anliegen. Au
ßerdem bildet der Schieber jeweils von den Seitenwänden 44
nach innen vorstehende Betätigungsnasen 52, die in unter
schiedlicher Höhe jeweils die aktiven Arbeitskontaktfedern
bzw. die aktiven Ruhekontaktfedern betätigen. Die aktiven
Kontaktfedern sind dabei jeweils innerhalb des Fensters 47
angeordnet und zwischen der jeweiligen Sperr-Rippe 50 und der
zugehörigen Betätigungsnase 51 oder 52 mit engem Spiel ge
führt. Dadurch werden beim Verschweißen eines Kontaktes auch
alle übrigen aktiven Kontaktfedern gegen eine weitere Schalt
betätigung gesperrt.
Bei der Montage des Relais wird zunächst das zusammengebaute
Magnetsystem in die Ausnehmung 11 des Grundkörpers 1 einge
setzt, wobei die Ankerfeder 38 zwischen dem Jochschenkel 33
und dem Grundkörper befestigt wird. Auf das Magnetsystem wird
der Schieber 40 mit seinem Verbindungsabschnitt 41 aufge
setzt, wobei die Rückstellschenkel 39 der Ankerfeder 38 in
die Durchbrüche 41a des Schiebers eingehängt werden. Der An
ker selbst wird dabei am Jochschenkel 33 gelagert und mit
seinem Fortsatz 37a in den Durchbruch 41b des Schiebers 40
eingehängt.
Nach der Montage des Schiebers 40, der mit der Längstrennwand
43 auf der Längswand 13 und mit den Längswänden 44 auf den
Seitenwänden 12 des Grundkörpers 1 sitzt, werden die Kontakt
federn montiert. Dabei werden alle Kontaktfedern durch die
entsprechenden Fenster 47 und 48 des Schiebers hindurch in
die Kammern 15 des Grundkörpers eingesetzt und in den Steck
schlitzen 16 befestigt. Alle Festkontaktträger 21 mit den
passiven Kontaktfedern 23 sind gleich aufgebaut und gerade,
so daß sie senkrecht zur Grundebene in den Grundkörper einge
steckt werden können. Auch alle aktiven Kontaktfedern 25 mit
ihren Kontaktfederträgern 22 sind gleich aufgebaut und gera
de, so daß sie unabhängig von ihrer Funktion als Arbeitskon
taktfedern 25A1, 25A2 oder Ruhekontaktfedern 25R senkrecht
zur Grundebene durch die zugehörigen Fenster 47 des Schiebers
eingesetzt werden können. Der Schieber 40 wird zu diesem
Zweck entgegen der Vorspannung der Ankerfeder 38 in einer
Mittelposition gehalten.
Alle Kontaktfedern müssen bei dieser Konstruktion von oben
durch den bereits montierten Schieber 40 in den Grundkörper
eingesteckt werden, weil die Endabschnitte der Kontaktfedern,
zumindest die der aktiven Kontaktfedern 25 mit den Kontakt
stücken 26 einen größeren Querschnitt aufweisen als die Fen
ster 47, so daß der Schieber nicht nachträglich von oben über
die Kontaktfedern gesteckt werden kann. Durch diese Größen
verhältnisse erhält einerseits der Schieber seine Stabilität
aufgrund der geschlossenen Rahmen um die Kontaktfedern herum,
andererseits kann ein abgebrochenes Kontaktstück nicht durch
ein Fenster 47 nach unten in eine Federkammer fallen und dort
gegebenenfalls einen Kurzschluß verursachen.
Im unerregten Zustand des Magnetsystems wird der Schieber
durch die Rückstellkraft der Ankerfeder 38 in die Ruhepositi
on gezogen, das heißt in Fig. 4 nach rechts. Dabei werden
die im entspannten Zustand geraden Ruhekontaktfedern 25R nach
rechts in die in Fig. 4 gezeigte Position gezogen, so daß
sie mit der passiven Ruhekontaktfeder 23R Kontakt gibt.
Bei Erregung des Magnetsystems wird der Schieber in Fig. 4
nach links bewegt, die aktive Ruhekontaktfeder 25R wird von
der passiven Ruhekontaktfeder 23R abgehoben und durch die
Sperr-Rippe 50R in ihre geöffnete Arbeitsposition bewegt. Zu
gleich greift der Schieber mit den Betätigungsnasen 51 seit
lich an den aktiven Arbeitskontaktfedern 25A1 und 25A2 an und
bewegt diese in Richtung auf die passiven Arbeitskontaktfe
dern 23A1 und 23A2, bis die entsprechenden Arbeitskontakte
geschlossen sind. Beim Abschalten der Erregung stellt die
Ankerfeder 38 den Ruhezustand wieder her, wobei der Schieber
40 über die Betätigungsnasen 52 seitlich der Kontaktstücke
26R angreift und die Ruhekontakte schließt. Verschweißt einer
der Kontakte, so wird über die enge Führung der aktiven Kon
taktfedern 25 sichergestellt, daß eine weitere Bewegung des
Schiebers 40 und damit eine weitere Betätigung der übrigen
Kontakte gesperrt wird. Verschweißt beispielsweise ein Ruhe
kontakt, so wird über die Sperr-Rippe 50R, die unmittelbar
neben dem Kontaktstück angreift, der Schieber gegen weitere
Bewegung gesperrt. Die Arbeitskontakte können also nicht
schließen. Verschweißt dagegen ein Arbeitskontakt, so wird .
ebenfalls über die neben dem verschweißten Kontakt an der zu
gehörigen Kontaktfeder angreifende Sperr-Rippe 50A eine Rück
stellung des Schiebers und eine Betätigung der Ruhekontakte
verhindert.
Da außerdem alle aktiven Kontaktfedern gerade ausgebildet
sind, wirken sie selbstöffnend. Bricht beispielsweise eine
Betätigungsnase 51 oder 52 am Schieber, so öffnet die betref
fende aktive Kontaktfeder (Öffner) oder sie wird nicht ge
schlossen (beim Schließer). Bricht dagegen die Ankerfeder 38,
so öffnen sich alle Ruhekontakte (Öffnerkontakte), und alle
Schließer werden nicht mehr geschlossen.
Wie sich aus der Beschreibung und insbesondere aus den
Fig. 4, 5 und 6 ergibt, liegen die Betätigungsnasen 52 für die
aktiven Ruhekontaktfedern 25R wesentlich höher bezüglich der
Grundebene als die Betätigungsnasen 51 für die aktiven Ar
beitskontaktfedern 25A1 und 25A2. Dadurch ist die Kraft-Weg-
Übersetzung bei den Arbeitskontakten und den Ruhekontakten
unterschiedlich. Da das Magnetsystem jeweils in geschlossenem
Zustand, das heißt bei angezogenem oder fast angezogenem An
ker, am stärksten ist, während bei abgefallenem Anker durch
den großen Luftspalt die Kraft nur langsam ansteigt, muß nor
malerweise durch die Dimensionierung des Magnetsystems si
chergestellt werden, daß das Magnetsystem auch zu Beginn der
Ankeranzugsbewegung genügend Kraft aufbringt, um die Ruhekon
takte in Richtung Öffnung zu betätigen und dabei die Rück
stellkraft der Ankerfeder zu überwinden. Durch die versetzte
Anordnung der Betätigungspunkte bzw. der Betätigungsnasen 51
und 52 bezüglich der Grundebene wird nun erreicht, daß die
aktiven Öffnerkontaktfedern mit geringerer Kraft und über ei
nen längeren Weg betätigt werden, während die aktiven Schlie
ßerkontaktfedern durch die kürzere Hebelübersetzung auf kur
zem Wege zum Schließen gebracht werden. In diesem Moment hat
das Magnetsystem bereits mehr Kraft, da der Anker sich schon
weitgehend an die Polfläche angenähert hat. Durch diese Maß
nahme läßt sich insbesondere bei der Konstruktion eines Si
cherheitsrelais, bei dem keine Umschaltkontakte, sondern ge
trennt betätigbare Öffner und Schließer verwendet werden, der
Wirkungsgrad des Magnetsystems erhöhen, so daß dieses kleiner
als sonst üblich dimensioniert werden kann.
Im Diagramm von Fig. 7 ist die Anpassung der Kraft-Weg-
Kennlinien gezeigt. Dabei bezeichnet f die Kennlinie der auf
summierten Federkräfte und m die Kennlinie des Magnetsystems.
Über dem Weg s, der die Ankerbewegung bzw. die Bewegung des
Schiebers 40 zwischen der Ruheposition (in Fig. 4 rechts bei
geöffnetem Anker) und der Arbeitsposition (in Fig. 4 links
bei geschlossenem Anker) darstellt, sind die jeweils gegen
einander wirksamen Kräfte F aufgetragen. Im Ruhezustand be
findet sich der Schieber beispielsweise an der Stelle s1 oder
rechts davon, je nach Kontaktabbrand. Beim Anziehen des An
kers bewegt sich der Schieber nach links, wobei die Kraft m
des Magnetsystems zunächst nur langsam ansteigt. In diesem
Bereich bis s2 ist aber auch die zu überwindende Öffnerkraft
(an der aktiven Ruhekontaktfeder bzw. der an diese angepaßten
Ankerfeder) aufgrund der großen Hebelübersetzung noch relativ
gering. Von s2 bis s3 ergibt sich durch die aktiven Arbeits
kontaktfedern eine stärker ansteigende Federkraft, die durch
eine in diesem Bereich auch stärker ansteigende Magnetkraft m
überwunden wird. Von s3 bis zum Anschlag steigen sowohl die
Federkraft f als auch die Magnetkraft stark an. Dies ist der
Bereich des Überhubs bis zum Punkt s4.
Claims (5)
1. Relais mit einem Grundkörper (1), der eine Grundebene (10)
festlegt, einem auf dem Grundkörper (1) angeordneten Magnet
system mit Spule (35), Kern (31) und Anker (37); mit minde
stens einem Schließer-Kontaktfederpaar (23A', 25A', 23A2,
25A2) und mindestens einem Öffner-Kontaktfederpaar (23R,
25R), wobei jedes Kontaktfederpaar eine passive (23) und eine
aktive (25) Kontaktfeder umfaßt und wobei jede Kontaktfeder
(23, 25) senkrecht zur Grundebene stehend in dem Grundkörper
(1) befestigt ist und an ihrem von dem Grundkörper entfernten
Ende ein Kontaktstück (24, 26) trägt, und mit einem Betäti
gungs-Schieber (40), der parallel zur Grundebene (10) beweg
bar ist und an jeder aktiven Kontaktfeder (25) jeweils in der
Nähe des Kontaktstückes (26) angreift,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schieber (40) an den aktiven Öffner-Kontaktfedern
(25R) in einem anderen Abstand bezüglich der Befestigung im
Grundkörper (1) angreift als an den aktiven Schließer-
Kontaktfedern (25A1, 25A2).
2. Relais nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schieber (40) an den aktiven Öffner-Kontaktfedern
(25R) jeweils in einem größeren Abstand zu ihrer Befesti
gungsstelle im Grundkörper (1) angreift als an den aktiven
Schließer-Kontaktfedern (25A1, 25A2).
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle aktiven Kontaktfedern (25) baugleich sind.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle aktiven Kontaktfedern (25) im entspannten Zustand
eine Öffnungsposition gegenüber ihren zugehörigen passiven
Kontaktfedern (23) einnehmen und daß die aktiven Öffner-
Kontaktfedern (25R) durch die Kraft einer Rückstellfeder (38)
und die aktiven Schließer-Kontaktfedern (25A1, 25A2) durch
die Kraft des Magnetsystems (35, 31, 37) in ihre jeweilige
Schließposition geschaltet werden.
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetsystem (31, 35, 37) einen U-förmigen Kern (31)
mit einem innerhalb der Spule liegenden Kernschenkel (32) und
einem außerhalb der Spule liegenden Jochschenkel (33) auf
weist, wobei der Eisenquerschnitt des Kernschenkels (32)
durch ein zusätzliches Flußglied (36) verstärkt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TYCO ELECTRONICS AUSTRIA GMBH, WIEN, AT |
|
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |