DE202019101612U1

DE202019101612U1 - Kompaktrelais

Info

Publication number: DE202019101612U1
Application number: DE202019101612.4U
Authority: DE
Original assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2019-04-15
Anticipated expiration: 2029-03-22

Abstract

Kompaktrelais (10)
- mit ein Gehäuse (11)
- mit einen bistabilen Aktor (30), dessen Steueranschlüsse (12, 13) aus dem Gehäuse (11) herausgeführt sind,
- wobei am Aktor (30) ein Wippanker (36) gelagert ist, der zwei Schwenkpositionen einnehmen kann,
- mit mindestens zwei elektrischen Kontaktteilen im Inneren des Gehäuses (11), welche jeweils als elektrische Anschlüsse (15, 16) aus dem Gehäuse (11) herausgeführt sind,
- wobei ein Kontaktteil als Festkontakt (61) ausgebildet ist und
- wobei das andere Kontaktteil aus einer Kontaktfeder (40) besteht und den beweglichen Kontakt (43) bildet,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wippanker (36) des bistabilen Aktors (30) über ein Übertragungselement (37) mit der Kontaktfeder (40) zwangsgekoppelt ist,
- wobei die Kontaktfeder eine plattenförmige Kontaktbrücke (41) umfasst, welche an einem Ende abgewinkelt ist und einen Arm (44) bildet, wobei die Kontaktfeder (40) mit einem Eingriffsende (45) dieses abgewinkelten Arms (44) in das Übertragungselement (37) eingreift,
- wobei die Kontaktfeder (40) derart gestaltet ist, dass eine Federzunge (42) als Träger des beweglichen Kontakts (43) freigestellt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais mit bistabilen Aktor und einem Kontaktsystem im Gehäuse.
Ein Relais mit einem bistabilen elektromagnetischen Aktor ist aus den Dokumenten DE 10 2010 017 872 B4 und DE 10 2013 101 878 A1 bekannt. Durch den bistabilen elektromechanischen Aktor wird sichergestellt, dass das System nur zwei definierte Zustände einnehmen kann und nicht in einer Zwischenstellung zur Ruhe kommt. Diese Systeme haben sich bewährt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen miniaturisiertes Relais, insbesondere zum Schalten von Strömen bis 40 Ampere zu entwickeln. Dabei ist der jeweilige Schaltzustand vom Aktor sicher zu halten, auch wenn der Aktor nicht bestromt ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kompaktrelais mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungen beschreiben die Unteransprüche.
Bei dem neuen Kompaktrelais sind im Gehäuse ein bistabiler elektromagnetischen Aktor und ein Kontaktsystem angeordnet. Steueranschlüsse für den bistabilen Aktor werden aus dem Gehäuse herausgeführt und bilden Terminals für den Steuerstromkreis. Der Aktor besitzt einen E-förmigen Magnetkreis bestehend aus zwei Jochhälften, die mittig einen Permanentmagneten tragen. In bekannter Weise ist am bistabilen elektromagnetischen Aktor ein Wippanker gelagert, der zwei Schwenkpositionen einnehmen kann. Je nach Schwenkstellung des Wippankers berührt ein Arm den bistabilen Aktor und bildet durch die Berührung einen geschlossenen Magnetkreis. Der Permanentmagnet erzeugt einen dauermagnetischen Magnetfluss und liefert so eine selbsthaltende Stellung des jeweiligen Arms des Wippankers. Diese Stellung kann durch Erzeugung eines weiteren Magnetfeldes aufgehoben werden. Dazu ist beidseitig am Aktor je eine Erregerwicklung angeordnet. Über die Bestromung der Erregerwicklungen mittels des Steuerstromkreises kann ein elektromagnetischer Fluss generiert werden. Die Erregerwicklungen sind so gewickelt, dass bei dieser Bestromung ein elektromagnetische Fluss erzeugt wird, der in seiner Richtung entgegengesetzt zum dauermagnetischen Fluss ausgerichtet ist, so dass dieser geschlossene Magnetkreis in der einen Jochhälfte gelöscht wird und der Arm des Wippankers nicht mehr angezogen wird. Der in der anderen Jochhälfte immer vorhandene magnetische Nebenfluss übt eine Anziehung auf den anderen Arm des Wippankers aus, wodurch dieser Arm verschwenkt wird.
Der Wippanker ist mit einer Kontaktfeder direkt oder indirekt verbunden und wirkt so auf den beweglichen Kontakt des Kontaktsystems ein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wippanker des bistabilen Aktors über ein Übertragungselement mit der Kontaktfeder verbunden. In einer Schwenkstellung des Wippankers, der Ausschaltstellung, wird der Kontakt durch Abheben des beweglichen Kontakts vom Festkontakt geöffnet und in der anderen Schwenkstellung, der Einschaltstellung, wird der Kontakt durch Andrücken des beweglichen Kontakts an den Festkontakt geschlossen.
Die neue Kontaktfeder umfasst in vorteilhafter Weise eine plattenförmige Kontaktbrücke mit freigestellter Federzunge, wobei die Federzunge an ihrem freien Ende den beweglichen Kontakt trägt, z.B. in Form einer Kontaktniete. Eine Ausführungsform der Kontaktfeder zeigt eine plattenförmige Kontaktbrücke , welche an beiden Enden abgewinkelt ist. An einem Ende ist der abgewinkelte Arm so ausgebildet, dass er mit einem entsprechend geformten Eingriffsende in das Übertragungselement eingreift. Auf diese Weise kann der vom Aktor generierte Hub, welcher über den Wippanker und über das Übertragungselement auf die Kontaktfeder übertragen wird, in der Ausschaltstellung einen ausreichend großen Öffnungsspalt zwischen den beiden Kontakten des Kontaktsystems erzeugen und in der Einschaltstellung eine ausreichende Kontaktkraft hervorrufen. Bei einer solchen Kontaktfeder mit freigestellter Federzunge wird der bewegliche Kontakt, beispielsweise die Kontaktniete, über die Lebensdauer der Kontaktfeder nicht wesentlich abgenutzt. In vorteilhafter Weise sind bei dem neuen Kompaktrelais hohe Haltekräfte gewährleistet, so dass Manipulationen von außen, z.B. Schläge oder andere Störversuche nicht zu einer Umschaltung des Relais führen.
In vorteilhafter Weise wird zum einen durch den bistabilen elektromechanischen Aktor des neuen Kompaktrelais sichergestellt, dass dieses Relais nur zwei definierte Zustände einnehmen kann, andererseits wird durch die besondere Form der Kontaktfeder der jeweilige Schaltzustand vom Aktor sicher gehalten. Herauszustellen ist auch, dass dieses Relais, welches eine hohe Leistungsdichte und hohe Haltekräfte zeigt, stark miniaturisiert werden kann, da die Zwangskopplung der Bauteile des Relais keinen großen Raum im Gehäuse einnimmt.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig.l eine perspektivische Ansicht des Kompaktrelais,
2 eine perspektivische Ansicht des Kompaktrelais im geöffneten Zustand,
3 eine Seitenansicht des Kompaktrelais im geschlossenen Zustand,
4 eine perspektivische Ansicht der Kontaktfeder gemäß 2 und 3,
5 eine Draufsicht auf eine weitere Kontaktfeder,
6 eine Draufsicht auf eine weitere Kontaktfeder,
7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Kontaktfeder.

1 zeigt ein Kompaktrelais 10 mit einem Gehäuse 11, welches in diesem Fall zweiteilig aufgebaut ist. Nämlich aus einem kastenförmigen Gehäuseteil zur Aufnahme der Teile des Relais und aus einem Deckel zum Verschließen des kastenförmigen Gehäuseteils. Für die Verbindung beider Teile ist in diesem Fall eine Klemmverbindung vorgesehen. Dieses Gehäuse 11 ist vorzugsweise aus Kunststoff, wodurch eine entsprechende Isolierung gewährleistet ist. Aus dem Gehäuse 11 heraus ragen die Steueranschlüsse 12, 13 für einen bistabilen Aktor 30 und die elektrischen Anschlüsse 15, 16 für beiden elektrischen Kontaktteile.
Die Bauteile des Kompaktrelais 10 sind besser der 2 und 3 zu entnehmen. Diese Figuren zeigen das Kompaktrelais 10 mit geöffnetem Gehäuse 11. Es wird sichtbar, dass das Kompaktrelais 10 im Gehäuse 11 den bistabilen elektromagnetischen Aktor 30 und zwei elektrische Kontaktteile umfasst. Ein Kontaktteil ist als Festkontakt 61 ausgebildet und mit dem elektrischen Anschluss 16 verbunden. Das andere Kontaktteil besteht aus einer Kontaktfeder 40 und bildet den beweglichen Kontakt 43. Diese Kontaktfeder 40 ist mit dem Anschluss 15 verbunden.
2 zeigt das Kompaktrelais 10 in der Ausschaltstellung, wo keine Kontaktierung erfolgt. Ein am bistabilen elektromagnetischen Aktor 30 gelagerter Wippanker 36 ist über ein Übertragungselement 37 mit der Kontaktfeder 40 verbunden, welche mit einem Eingriffsende 45, das sich an einem abgewinkelten Arm 44 der Kontaktfeder 40 befindet, in dieses Übertragungselement 37 eingreift. Auf diese Weise sind der Wippanker 36 des bistabilen elektromagnetischen Aktors 30, das Übertragungselement 30 und die Kontaktfeder 40 zwangsgekoppelt. Eine Bewegung des Wippankers 36 führt in jedem Fall zu einer Bewegung der Kontaktfeder 40.
Der bistabile elektromagnetische Aktor 30 besitzt mittig zwischen zwei Jochhälften 34, 35 einen Permanentmagneten 32. Auf diese Weise entsteht ein E-förmiger Magnetkern. An beiden Seiten des Aktors 30 befindet sich eine Erregerwicklung 31. In den passiven Zuständen, d.h. wenn die Erregerwicklung 31 nicht aktiviert sind und damit kein zusätzliches Magnetfeld erzeugen, hält der Permanentmagnet 32 einen Arm 53, 54 des Wippankers 36. Über einen Steueranschluss 12 oder 13 werden die Erregerwicklungen 31 des bistabilen Aktors bestromt. Wird nun eine Spule 31 aktiviert, in diesem Fall die Erregerwicklung 31 am Joch 34, dann wird der Magnetkreis A im Joch 34 gelöscht, da das Magnetfeld der Spule 31 dem Magnetfluss A entgegengesetzt ist. Der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss A wird vom linken Parallelkreis in den rechten Parallelkreis B verdrängt. Es wird dadurch eine magnetische Anziehungskraft auf den in 2 gezeigten rechten Arm des Wippankers 36 ausgeübt, was den Wippanker 36 nach rechts schwenken lässt, der Spalt am Joch 35 wird geschlossen. Wird die Steuerspannung von der Spule 31 am Joch 34 getrennt, bleibt der rechte Arm 54 des Wippankers 36 am Aktor 30. Der Permanentmagnet 32 bewirkt durch sein dauermagnetisches Magnetfeld B eine magnetische Kraft, die diesen Arm hält. Diese Stellung ist in 3 gezeigt.
Das Verschwenken des Wippankers 36, dessen Verbindung mit dem Übertragungselement 37 und die Kopplung zur Kontaktfeder 40 bewirkt ein Umschalten des Kontaktsystems. Durch die Anordnung der Kontaktfeder 40 unterhalb des Aktors 30 und durch die Form der Kontaktfeder 40 ist ein sehr kompaktes Relais gezeigt, das wenig Bauraum benötigt. Trotz der kompakten Bauweise wird der jeweilige Schaltzustand sicher gehalten. So wird in der geschlossenen Kontaktstellung, gezeigt in 3, der bewegliche Kontakt 43 auf den Festkontakt 61 gedrückt, wobei die Kontaktbrücke 41 der Kontaktfeder 40 einen Überhub Ü vornimmt, während die freigestellte Federzunge 42 mit entsprechender Haltekraft auf den Festkontakt 61 aufliegt. Dieser vom Aktor 30 generierte Hub wird durch die Zwangskopplung zwischen Wippanker 36, Übertragungselement 37 und Kontaktfeder 40 auf den beweglichen Kontakt 43 übertragen und erzeugt eine ausreichende Kontaktkraft. Andererseits wird im geöffneten Zustand, siehe 2, durch das Anheben der Kontaktfeder 40 ein ausreichend großer Öffnungsspalt erzielt. Somit wird der jeweilige Schaltzustand sicher gewährleistet und dies bei kompakter Ausführung des Relais 10.
Die hierbei verwendete Kontaktfeder 40 ist einzeln in 4 gezeigt. Sie umfasst eine plattenförmige Kontaktbrücke 41, die an beiden Enden abgewinkelt ist, zum einen besitzt sie einen nach unten abgewinkelten Arm 48 zur Verbindung mit dem Anschluss 15. Dieser Arm 48 kann in einer anderen Ausführungsform den Anschluss 15 bereits umfassen. Das andere Ende zeigt den nach oben abgewinkelten Arm 44, nämlich eine Abwinklung in Richtung des Übertragungselements 37. An diesem Arm 44 ist durch eine entsprechende Stanzung ein Flansch erzeugt, der ein Eingriffsende 45 bildet. Mit diesem Eingriffsende 45 greift die Kontaktfeder 40 in das Übertragungselement 35 ein, welches hierzu eine entsprechende Aufnahme besitzt. Da das Übertragungselement 37 mit dem Wippanker 36 des Aktors 30 verbunden ist, wird durch dieses Eingreifen eine Zwangskopplung zwischen diesen Bauteilen erzielt. Bei der Ausführungsform der Feder 40 gemäß 4 ist in der plattenförmigen Kontaktbrücke 41 durch einen U-förmigen Trennschnitt eine Federzunge 42 freigestellt, die an ihrem freien Ende den beweglichen Kontakt 43 besitzt, hier in Form einer Kontaktniete 49.
Die 5, 6 und 7 zeigen weitere mögliche Ausgestaltungen der Kontaktfeder 40. Bei der Kontaktfeder 40 gemäß 4 ist die Federzunge 42 mittig in der Kontaktbrücke 41 angeordnet ist Die Kontaktfeder 40 gemäß 5 zeigt eine seitliche Anordnung der Federzunge 42 im Vergleich zur plattenförmigen Kontaktbrücke 41. In diesem Fall ist ein L-förmiger Trennschnitt in der plattenförmigen Kontaktbrücke 41 vorgenommen worden. Der längere Teil der Trennlinie verläuft hierbei im Wesentlichen parallel zur Seitenkante der Kontaktbrücke 41 und endet nach der Abwinklung an einer Seitenkante. Auch bei dieser seitlichen Anordnung der Federzunge 42 kann ein Überhub in der Einschaltstellung erzeugt werden. Auch in diesem Fall liegt die Kontaktfeder 40 durch die Freistellung der Federzunge 42 mit ihrem Kontakt 43 sicher am Festkontakt 61 an, auch wenn ggf. durch Fertigungs- oder Montagetoleranzen die Endstellung der Kontaktfeder variiert. Darüber hinaus wird ein unerwünschtes Kontaktprellen unterdrückt.
Die Kontaktfeder 40 kann des Weiteren mehrere freigestellte Federzungen mit entsprechenden Kontakten 43 besitzen, wie 6 beispielsweise zeigt. Diese Kontakte 43 wirken dann mit mehreren Gegenkontakten 61 zusammen, d.h. das Kontaktsystem umfasst mehrere Kontaktpaare 43, 61. Bei der Kontaktfeder 40 gemäß 6 befindet sich eine Kontaktbrücke 41 mit den abgewinkelten Armen 44, 48 mittig und die beiden freigestellten Federzungen 42 sind jeweils seitlich zu dieser Kontaktbrücke angeordnet.
7 zeigt eine weitere vorteilhafte Kontaktfeder 40 bei der eine Federzunge 42 freigestellt ist. Diese Federzunge 42 befindet sich vergleichbar zu 4 mittig in der plattenförmigen Kontaktbrücke 41. Zur Erzeugung dieser Federzunge 42 ist jedoch die U-förmige Trennlinie am freien Ende der Federzunge 42 geändert worden, um ein Begrenzungselement 46 zu erzeugen. Dieses Begrenzungselement 46 ist in gleicher Richtung wie der Arm 44, welcher das Eingriffsende 45 besitzt, abgewinkelt. In diesem Fall nach oben. Im Bereich der Biegekante 47 ist die entsprechende Trennlinie so ausgeführt, dass die Federzunge 42 hier eine geringere Breite besitzt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Begrenzungselement 46 zwar eine Bewegung der Federzunge 42 in eine Richtung - hier nach oben - ermöglicht, eine Bewegung der Federzunge 42 in die andere Richtung, d.h. in diesem Fall nach unten, wird jedoch begrenzt oder je nach Ausgestaltung des Begrenzungselements 46 ganz vermieden. Für das Relais 10 hat dies den Vorteil, dass beim Schließen des Relais 10, wie in 3 gezeigt, der gewünschte Überhub Ü generiert werden kann. Beim Öffnen wird ohne Begrenzungselement 46 nicht der gesamte vom Aktor 30 erzeugte Hub auf den Kontaktniet 43 übertragen. Es geht demzufolge Öffnungsweite verloren. Durch das Begrenzungselement 46 kann in vorteilhafter Weise der gesamte vom Aktor generierte Hub in Öffnungsweite umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste

10: Kompaktrelais
11: Gehäuse
12: Steueranschluss für 30
13: Steueranschluss für 30
15: Anschluss für 40
16: Anschluss für 61
30: bistabiler Aktor
31: Erregerwicklung, Spule
32: Permanentmagnet
33: Schwenklager
34, 35: Joch
36: Wippanker
37: Übertragungselement
40: Kontaktfeder
41: Kontaktbrücke
42: Federzunge
43: Kontakt
44: Arm
45: Eingriffsende
46: Begrenzungselement
47: Biegekante
48: Arm
49: Kontaktniete
61: Festkontakt
A, B: Magnetkreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010017872 B4 [0002]
DE 102013101878 A1 [0002]

Claims

Kompaktrelais (10) - mit ein Gehäuse (11) - mit einen bistabilen Aktor (30), dessen Steueranschlüsse (12, 13) aus dem Gehäuse (11) herausgeführt sind, - wobei am Aktor (30) ein Wippanker (36) gelagert ist, der zwei Schwenkpositionen einnehmen kann, - mit mindestens zwei elektrischen Kontaktteilen im Inneren des Gehäuses (11), welche jeweils als elektrische Anschlüsse (15, 16) aus dem Gehäuse (11) herausgeführt sind, - wobei ein Kontaktteil als Festkontakt (61) ausgebildet ist und - wobei das andere Kontaktteil aus einer Kontaktfeder (40) besteht und den beweglichen Kontakt (43) bildet, dadurch gekennzeichnet, - dass der Wippanker (36) des bistabilen Aktors (30) über ein Übertragungselement (37) mit der Kontaktfeder (40) zwangsgekoppelt ist, - wobei die Kontaktfeder eine plattenförmige Kontaktbrücke (41) umfasst, welche an einem Ende abgewinkelt ist und einen Arm (44) bildet, wobei die Kontaktfeder (40) mit einem Eingriffsende (45) dieses abgewinkelten Arms (44) in das Übertragungselement (37) eingreift, - wobei die Kontaktfeder (40) derart gestaltet ist, dass eine Federzunge (42) als Träger des beweglichen Kontakts (43) freigestellt ist.
Kompaktrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der plattenförmigen Kontaktbrücke (41) durch einen Trennschnitt die Federzunge (42) freigestellt ist, die an ihrem freien Ende den beweglichen Kontakt (43) besitzt.
Kompaktrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzunge (42) durch einen u-förmigen Trennschnitt in der plattenförmigen Kontaktbrücke (41) der Kontaktfeder (40) gebildet ist.
Kompaktrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzunge (42) durch einen L-förmigen Trennschnitt in der plattenförmigen Kontaktbrücke (41) der Kontaktfeder (40) gebildet ist, wobei der Schnitt an einer Seitenkante der Kontaktbrücke (41) endet.
Kompaktrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzunge (42) durch einen Längsschnitt in der plattenförmigen Kontaktbrücke (41) der Kontaktfeder (40) gebildet ist.
Kompaktrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (40) mehr als eine Federzunge (42) mit jeweils einem beweglichen Kontakt (43) umfasst.
Kompaktrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzunge (42) an ihrem freien Ende ein Begrenzungselement (46) besitzt, welches durch eine vom Festkontakt (61) wegweisende Abbiegung erzeugt ist, wobei die Breite des Begrenzungselements (46) größer ist als die Breite der Federzunge (42) im Bereich der Biegekante (47).
Kompaktrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende der Federzunge (42) mindestens eine Kontaktniete (49) angeordnet ist.
Kompaktrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch das andere Ende der Kontaktfeder (40) zu einem Arm (48) abgewinkelt ist und mit diesem Arm (48) mit einem Anschluss (15) verbunden ist.