DE2365664C3 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, dessen verschwenkbarer Magnetanker mit mindestens einem Kontaktarm verbunden ist, an dem — feststehenden Kontakten gegenüber — die beweglichen Kontakte angeordnet sind, wobei der Luftraum Oberhalb, unterhalb und seitlich eines Kontaktarmes dergestalt begrenzt ist daß bei Bewegung des Kontaktarmes in Richtung auf eine Trennung von beweglichen und feststehenden Kontakten zwischen diesen Kontakten eine Luftströmung entsteht.

Bei so gut wie allen Arten von elektromagnetischen Relais wird ein Anker in Form eines Klappankers, Drehankers od. dgl. aufgrund einer elektrischen Erregung magnetisch umgeschaltet, und dabei werden bewegliche Kontakte betätigt, die jeweils entweder mit feststehenden Kontakten in Berührung treten oder sich von diesen lösen. Beide Kontaktarten sind dabei in der Regel an Kontaktfedern angebracht Die beweglichen Kontakte werden über vom Anker beeinflußte Betätigungsbrücken od, dgl. bewegt

Bei solchen Relais, mit denen hohe Leisuingen geschaltet werden, tritt beim Offnen der Kontakte eine Funkenstrecke auf, durch die die Kontaktoberflächen zerstört werden. Eine solche Zerstörung der Kontakte setzt die Lebensdauer der Relais in sehr starkem Maße herab, da einerseits Kontakte mit zerstörter Oberfläche nicht mehr in sicherer Weise einen ausreichend kleinen Obergangswiderstand gewährleisten, zum anderen durch den Kontaktabbrand aber auch alle übrigen Werte des Relais in erheblichem Umfang beeinflußt werden. So verringern sich beispielsweise die Kontaktdrücke Außerdem wird bei abgebrannten Kontakten durch die Kontaktfedern aber auch eine geringere Energie gespeichert, so daß die durch die Federkräfte bewirkte oder beeinflußte Ankerbewegung verlangsamt wird, was wiederum — je nach Bauart — zu langsameren Kontaktöffnungsgeschwindigkeiten und somit zu erhöhtem Kontaktabbrand führen kann.

Eine Funkenstrecke zwischen sich öffnenden Kontakten eines Relais macht, insbesondere wenn sie lange andauert und eine große Stromstärke führt ein solches Relais also sehr schnell unbrauchbar. Bis zu einem gewissen Grade kann man einen so bewirkten Kontaktabbrand dadurch verlangsamen, daß man hochwertiges Kontaktmaterial verwendet Dieses Vorgehen hat jedoch naturbedingt seine Grenzen, so daß tatsächlich die Lebensdauer eines Relais und dessen Zuverlässigkeit in allererster Linie davon abhängt wieweit es gelingt das Entstehen von langandauernden, starken Funkenstrecken zwischen sich öffnenden Kontakten zu vermeiden.

Das gesamte Relais oder zumindest die Kontakte in einer Schutzgasatmosphäre zu kapsein, bietet in dieser und anderer Hinsicht Vorteile, ist jedoch aufwendig und deshalb u. a. aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer möglich.

Es ist bereits ein Relais der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 25 35 556), bei dem durch die Erzeugung der Luftströmung zu den sich voneinander wegbewegenden beweglichen und feststehenden Kontakten eine Kühlung und Plasmaverdünnung zwischen diesen Kontakten erzeugt wird, so daß das Entstehen eines Funkens oder Lichtbogens sowie sein Fortbestand bedeutend erschwert wird. Hierdurch wird somit der Kontaktabbrand mit seinen beschriebenen negativen Folgen verhindert bzw. ganz bedeutend herabgesetzt

Dieses bekannte Relais umfaßt einen stabförmigen, in eine Magnetspule hineinziehbaren Anker. Seitlich an diesem Anker ist der Kontaktarm befestigt, der an seinem Ende den beweglichen Kontakt trägt Dieser Kontaktarm bewegt sich bei Bewegung des Ankers in einer Kontaktkammer, die mit ihren Wandungen den Luftraum überhalb, unterhalb und seitlich dieses Kontaktarmes begrenzt, an ihrer überhalb des Kontaktarmes befindlichen Wandung den mit dem beweglichen Kontakt zusammenarbeitenden feststehenden Kontakt trägt und am den beweglichen Kontakt tragenden Ende des Kontaktarmes eine nach draussen weisende öffnung freiläßt Zur Erzeugung des Luftstromes zwischen dem sich von dem feststehenden Kontakt trennenden beweglichen Kontakt ist überhalb der Kontaktkammer eine gesonderte Luftkammer vorgese-

hen, in der sich bei Bewegung des Ankers eine ebenfalls seitlich an diesem angebrachte Kolbenplatte bewegt und die über eine in Ankernähe befindliche öffnung mit der Kontaktkammer in Verbindung steht. Diese Kolbenplatte bewegt sich somit beim Trennen des beweglichen Kontaktes von dem feststehenden Kontakt in gleicher Richtung wie der Kontaktarm, so daß Luft aus der Luftkammer durch die in ihr vorhandene öffnung in die Kontaktkammer strömen kann und dabei auch einen Luftstrom .zwischen den sich trennenden Kontakten erzeugt Dieser Luftstrom zwischen den sich trennenden Kontakten isl jedoch nicht besonders stark, da beim öffnen der Kontakte die sich auf der dem beweglichen Kontakt entgegengesetzten Seite des Kontaktarmes befindliche Luft der Kontaktkammer '5 durch deren öffnung nach draußen gedruckt wird und die gleichzeitig aus der Luftkammer in die Kontaktkammer hereingedrückte Luft im wesentlichen zur Auffüllung des sich vergrößernden Raumes zwischen der den Festkontakt tragenden oberen Wandung der Kontaktkammer und dem Kontaktarm dient Demzufolge ist die Luftströmung zwischen den sich öffnenden Kontakten naturgemäß nicht sehr groß. Außerdem muß bei diesem bekannten Relais zur Erzeugung eines solchen Luftstromes eine gesonderte Luftkammer und zusätzlich noch eine gesonderte Kolbenplatte vorgesehen werden. Dies stellt nicht nur einen erhöhten Aufwand dar, sondern vergrößert zugleich die Relaisabmaße. Abgesehen davon ist die Ausbildung dieses bekannten Relais aber auch nicht auf gekapselte Relais übertragbar, bei denen keine Luftaustrittsöffnungen oder Gasaustrittsöffnungen nach außen vorhanden sein dürfen.

Ausgehend vom bekannten Relais besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Relais der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem jedoch ein kräftiger Luftstrom zwischen den sich trennenden beweglichen und feststehenden Kontakten ohne oder rur mit minimalem gesonderten Aufwand und ohne daß dadurch die Relaisabmaße vergrößert werden müssen, erzeugt wird. Dabei soll dieses Relais zugleich auch als gekapseltes Relais ausführbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Luftraum auf allen Seiten des Kontaktarmes im wesentlichen abgeschlossen ist und Jaß auf einer Seite des Luftraumes zwischen der dortigen Abschlußwand des Luftraumes und der dieser gegenüberstehenden Kante des Kontaktarmes ein Zwischenraum freigelassen ist, durch den bei Ank.erbewegung ein Luftausgleich zwischen Ober- und Unterseite des Kontaktarmes erfolgt

Bei dieser Ausgestaltung findet bei Bewegung des Kontaktarmes ein Luftausgleich zwischen Unterseite und Oberseite des Kontaktarmes statt, wodurch eine kräftige Luftströmung zwischen den sich öffnenden Kontakten hindurch entsteht. Dabei wird kein zusätzlieher Platz zur Erzeugung dieser Luftströmung benötigt, sondern es ist lediglich notwendig, den sowieso zur Verfügung zu stellenden Bewegungsraum des Kontaktarmes durch eine Luftkammer zu kapseln. Dieses erfordert in der Regel so gut wie keinen zusätzlichen Aufwand, da der die Kontakte umgebende Luftraum normalerweise durch das Relaisgehäuse oder andere Relaisteile sowieso bis zu einem gewissen Maße begrenzt ist und eine solche Begrenzung dann nur erfindungsgemäß ausgestaltet zu werden braucht. 6j

Eine andere bekannte Relaisausführung (US-PS 36 88 230), bei der durch die Ankerbewegung ebenfalls ein Luftstrom erzeugt λ,!/¹H, ist zwar im Gegensatz zu dem erstgenannten bekannten Relais allseitig verschließbar. Bei ihm sind vier feststehende Kontakte vorhanden, von denen jeweils zwei durch mit dem Anker bewegbare Kontaktbrücken überbrückbar sind. Jeweils zwei feststehende Kontakte und die zugehörige Kontaktbrücke befinden sich dabei in einem Luftraum, der überhalb und an drei Seiten begrenzt ist Unterhalb der Kontaktbrücke ist jedoch keine abgeschlossene Begrenzung dieses Luftraumes vorgesehen. Durch eine Schwenkbewegung eines die beiden Kontaktbrücken tragenden Kontaktbrückenträgers wird dabei auch lediglich auf einer Seite aufgrund schwacher Saugwirkung ein schwacher Gasstrom erzeugt, der jeweils zwischen zwei zusammengehörigen feststehenden Kontakten verläuft und einen Lichtbogen zwischen diesen feststehenden Kontakten verhindern soll. Dieser Gasstrom verläuft also im Gegensatz zum Anmeldungsgegenstand nicht zwischen sich öffnenden beweglichen und feststehenden Kontakten. Aerfäerdem ist der Gasstrom zwangsläufig sehr schwach, da der Raum seitlich des Kontaktbrückenträgers und auch an dessen Endflächen nicht genügend begrenzt ist und deshalb nur eine schwache Saugwirkung entsteht Weiterhin wird dieser Gasstrom noch geschwächt durch die geringe Größe einer Öffnung, die er passieren muß und durch überhalb dieser öffnung liegende Teile, die insgesamt einen großen Strömungswiderstand darstellen. Es tritt hier also nicht ein Luftausgleich zwischen der Oberseite und Unterseite eines Kontaktarmes auf, und es ist auch nicht versucht worden, einen Luftstrom zwischen sich trennenden beweglichen und feststehenden Kontakten zu erzeugen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der bewegliche Kontakt und der Zwischenraum auf der vom Anker entferntesten Seite des Kontaktarmes angeordnet sind. Hierdurch entsteht für den Luftausgleich zwischen Ober- und Unterseite des Kontaktarmes ein größtmöglichster Weg und somit eine größtmöglichste Luftgeschwindigkeit Dies bewirkt entsprechend auch ein optimales »Ausblasen« eines Lichtbogens oder Funkens.

Bei der Verwendung von länglichen Kontakten — beispielsweise sogenannten Linienkontakten — werden diese in zweckmäßiger und vorteilhafter Weise so ausgerichtet, daß sie sich parallel zu der dem Zwischenraum benachbarten Seitenwand erstrecken. Solche länglichen Kontakte verschließen somit den Luftraum auf dieser Seite ganz, solange die Kontakte geschlossen sind, und geben einen besonders starken Luftstrom im Augenblick des öffnens der Kontakte frei, der sich fast ausschließlich zwischen den Berührungslinien ausgleichen kann und somit nahezu vollständig zur Kühlung der Kontaktflächen und zur Plasmaverdünnung von Öffnungstunken herangezogen wird

Ein besonders einfach, ohne zusätzlichen Aufwand geführter Luftstrom läßt sich dadurch erreichen, daß der Luftraum oberhalb und unterhalb des Kontaktarmes nach oben und unten hin durch zwei entsprechend breite, sich in diesem Bereich in Richtung des Kontaktarmes erstreckende Flußführungsteile abgeschlossen ist Hier sind also keine zusätzlichen Aufwendungen zur Begrenzung des Luftraumes nach oben und unten not wendig, du eine solche Begrenzung durch die sowieso notwendigen Flußführungsteile vorgenommen wird. Für eine noch bessere Führung des Luftstromes ist dabei in einfacher und zweckmäßiger Weise vorgesehen, daß der Luftraum zwischen den beiden Flußführungsteilen durch Verbindungsflächen

zwischen den Flußführungsteilen seitlich begrenzt ist. Diese Verbindungsflächen können beispielsweise durch einfache, zwischen den Jochen angebrachte Klebefolien oder durch eine Kapselung des Relais erreicht werden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Kontaktarm seitlich am Ende eines verschwenkbaren Ankers vorgesehen ist und zumindest das Ankerende in den allseitig abgeschlossenen Luftraum einbezogen ist. Durch diese Ausgestaltung wird das Volumen der verdrängten Luft vergrößert, da der Anker bei seinem Verschwenken zumindest mit seinem Ankerende ebenfalls Luft verdrängt, so daß sich ein noch stärkerer Luftstrom zwischen den sich trennenden beweglichen und feststehenden Kontakten hindurch ergibt. Dabei ist in zweckmäßiger Weise vorgesehen, daß an beiden Seiten des Ankerendes je ein Kontaktarm vorgesehen ist. iiicTuurch wird u;cht nur die Anzahl der schaltbaren Kontakte vergrößert, sondern es wird zugleich ein einheitlicher Kontaktraum für zwei Kontaktarme gebildet, innerhalb dessen ein Luftausgleich über beide Kontaktarmenden hinweg zwischen den dort angebrachten beweglichen Kontakten und den ihnen gegenüberliegenden feststehenden Kontakten stattfinden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung ein bistabiles, polarisiertes Haftrelais, bei dem der besseren Übersicht wegen einige Teile weggeschnitten dargestellt sind.

Bei diesem Relais sind zwei konturengleiche, als rechteckförmige Rahmen ausgebildete Joche 1 und 2 vorgesehen, zwischen denen an gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Permanentmagnet 3 und ein magnetisch leitendes Zwischenstück 4 angeordnet sind. Im Bereich zwischen den Rahmenöffnungen der Joche 1 und 2 ist ein eine Erregerspule 5 tragender Spulenkörper 6 angeordnet, in dem ein Drehanker 7 mittels seiner Drehachse 8 und in dem Spulenkörper eingerasteter Kunst Stoffscheiben 9 verschwenkbar gelagert ist, so daß seine Enden jeweils mit diagonal gegenüberliegenden Jochteilen in Berührung kommen können.

An jedem Ende des Drehankers 7 sind seitlich jeweils zwei Kontaktarme 10 und 11 angebracht, die beispielsweise aus Kunststoff bestehen können und mittels eines in einen jeweils am Ankerende vorgesehenen Schlitz 12 eingesetzten Stabes 13 befestigt sind. Jeder dieser Kontaktarme 10 bzw. 11 besitzt auf seiner Ober- und seiner Unterseite jeweils eine Kontaktfläche 14 bzw. 15, die mit dem Drehanker 7 bewegt werden und bewegliche Kontakte darstellen. Jede der Kontaktflächen 14 und 15 liegt dabei einer Kontaktfläche eines Walzenkontaktes 16 einer Kontaktfeder 17 bzw. 18 gegenüber. Die Walzenkontakte 16 stellen dabei die feststehenden Kontakte dar. Diese Kontaktfedem 17 und 18 sind jeweils zwischen an den Ecken untergebrachten Abstandskörpern 19,20 und 21 gelagert. Dabei werden die Joche 1 und 2 und die an allen Ecken befindlichen Abstandskörper 19, 20 und 21 mit den zugehörigen Kontaktfedem 17 und 18 durch einen an jeder Ecke des Relais vorgesehenen Niet 22 zusammengepreßt und gehalten.

Für die Stromzuführung zu den beweglichen Kontakten ist jede der Kontaktflächen 14 und 115 mit einer langen, in Längsrichtung des Drehankers liegenden weichen Feder 25 verbunden, die über den jeweils zugehörige" Abstsndskör^cr 20 nsch dreußin ?n Hpn Rand des Relais geführt ist.

Bei dem gezeigten Aufbau des Relais sind die Joche, da sie sämtliche Teile des Relais überdecken, überall relativ breit ausgebildet. Infolgedessen können auch der Drehanker und die Kontaktarme relativ breit ausgebildet werden, so daß bei Verschwenken des Magnetankers eine relativ große Luftmenge verdrängt wird, die sich, da das Relais seitlich verschlossen, d. h. der Luftraum seitlich der Kontakte abgegrenzt ist, von der einen Seite des Ankers zwischen den Kontaktflächen 14 und 15 und den zugehörigen Gegenkontakten hindurch zur abhebenden Seite des Ankers hin ausgleicht und dabei das Plasma eines Funkens, oder Lichtbogens verdünnt sowie die Kontakte kühlt. Die Joche 1 und 2 sind an der Seite des Ankerendes und auch auf der Innenseite der Joche, beispielsweise mittels einer Folie, miteinander verbunden oder es sind entsprechende isolierende Trennwände angebracht. Bei der Bewegung des Drehankers 7 beispielsweise nach unten kann somit die unterhalb des Drehankerendes und unterhalb der Kontaktarme und der Federn 17 befindliche Luftmenge nur auf dem Weg über die Kontaktflächen 15 und 14 zur oberen Seite des Drehankers gelangen. Hierdurch wird eine Beschädigung der Kontakte durch einen Funken oder Lichtbogen in erheblichem Ausmaß verhindert und somit die Lebensdauer der Kontakte selbst sowie des Relais entscheidend verbessert. Bei dieser Anordnung wirken gleichzeitig die Federn 17 und 18, den Umpumpvorgang des Ankers kräftig unterstützend, mit, wobei beide (Anker und Federn) eine mechanische Dämpfung erfahren, was für die Lebensdauer des Relais und die Prellsicherheit von besonderem Nutzen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Relais, dessen verschwenkbarer Magnetanker mit mindestens einem s Kontaktarm verbunden ist, an dem — feststehenden Kontakten gegenüber — die beweglichen Kontakte angeordnet sind, wobei der Luftraum Oberhalb, unterhalb und seitlich eines Kontaktarmes dergestalt begrenzt ist, daß bei Bewegung des Kontaktarmes in Richtung auf eine Trennung von beweglichen und feststehenden Kontakten zwischen diesen Kontakten eine Luftströmung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftraum auf allen Seiten des Kontaktarmes (10, 11) im wesentlichen abgeschlossen ist und daß auf einer Seite des Luftraumes zwischen der dortigen Abschlußwand des Luftraurc.cs und der dieser gegenüberstehenden Kante des Kontaktarmes (10,11) ein Zwischenraum freigelassen ist, durch den bei Ankerbewegung ein Luftausgleich zwischen Ober- und Unterseite des Kontaktarmes erfolgt

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (14, 15) und der Zwischenraum auf der vom Anker (7) entferntesten Seite des Kontaktarmes (10,11) angeordnet sind

3. Relais nach Anspruch! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich längliche Kontakte (16) parallel zu de·· dem Zwischenraum benachbarten Seitenwand erstrecken.

4. Relais nach einen/ der Einsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftraum oberhalb und unterhalb des Kontaktarmes \ .0,11) nach oben und unten hin durch zwei entsprechend breite, sich in diesem Bereich in Richtung des Kontaktarmes erstreckende Flußführungsteile (1, 2) abgeschlossen ist

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftraum zwischen den beiden Flußführungsteilen (1, 2) durch Verbindungsflächen ifi zwischen den Flußführungsteilen seitlich begrenzt ist

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarm (10, 11) seitlich am Ende eines verschwenkbaren Ankers (7) vorgesehen ist und zumindest das Ankerende in den allseitig abgeschlossenen Luftraum einbezogen ist

7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Ankerendes je ein Kontaktarm (10,11) vorgesehen ist