DE2647293A1 - Relais - Google Patents

Relais

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DE2647293A1
DE2647293A1 DE19762647293 DE2647293A DE2647293A1 DE 2647293 A1 DE2647293 A1 DE 2647293A1 DE 19762647293 DE19762647293 DE 19762647293 DE 2647293 A DE2647293 A DE 2647293A DE 2647293 A1 DE2647293 A1 DE 2647293A1
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Manfred Ing Baumruck
Herald Ing Gessinger
Dietrich Ing Kral
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Alcatel Lucent NV
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00Details of electromagnetic relays
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    • H01H50/68Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact with snap action

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Switches With Compound Operations (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Description

Dipl.Phys.Leo THUL
Stuttgart
H.Gessinger-M.Baumruck-D.Kral 2-1-1
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Relais
Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais mit Kontaktfedern, die durch ein Schaltstück betätigt werden, das in einer oder zwei Endstellungen mechanisch festgehalten wird.
bereits
Es gibtvRelais mit Verriegelungsmechanismen, wie sie z.B. bei sogenannten Stützrelais verwendet werden. Hierfür werden die Relaiskontakte durch mechanische Einrichtungen in ihren Endlagen festgehalten. Diese Verriegelung smechanismen nehmen oft einen großen Raum ein und sind infolge von Abrieberscheinungen wenig zuverlässig.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Relais zu schaffen, das insbesondere in der modernen Technologie der gedruckten Schaltungen verwendet werden kann und entsprechend klein gehalten ist und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Schaltstück von einem oder zwei magnetischen Antriebssystemen über deren Anker verschiebbar ist, daß das Schaltstück entweder an beiden Enden oder an einem Ende je zwei
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Kippfedern besitzt, die jeweils an einem Ende am beweglichen Schaltstück und am anderen Ende an einem mit dem Relaiskörper verbundenen festen Punkt abgestützt sind, bei Kippfedern nur an einem Ende, am anderen Ende eine Rückstellfeder besitzen und daß im Falle von zwei magnetischen Antriebssystemen die Differenz zwischen dem Abstand der Abstützlager im Schaltstück und dem Abstand der festen Abstützlager eine Größe zwischen Null und im wesentlichen der LSnge des Schaltweges des Schaltstückes und im Fall von einem rragnetischen Antriebssystem in der Ruhelage, die beweglichen Abstützlager mit den festen Abstützlagern im wesentlichen fluchten und das Schaltstück zur Zwangsführung der Kontaktfedern Schulterflächen besitzt, auf welche sich die Kontaktfedern aufstützen.
Zur Stabilisierung der Führung des Schaltstückes sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung als Kippfedern Blattfedern vorgesehen. Diese Blattfedern sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung omegaförmig gebogen und an den aufstützenden Enden glatt abgeschnitten oder umbördelt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Abstützlager der Kippfedern im beweglichen Teil und im festen Abstützpunkt wanrienförmig.
Zur Vermeidung von Fehlschaltungen durch Bruch einer Kippfeder ist nach einer Weiterbildung der Erfindung im Schaltstück eine Führung mit abgesetzten Querschnitten vorgesehen, in welche ein mit dem Relaisjoch fest verbundenes Stück geführt ist, das bei defekter Kippfeder durch Verkanten des Schaltstückes auf die Schulter des
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abgesetzten Querstückes gelangt und durch diesen gegenseitigen Eingriff das Schaltstück in seiner Bewegung sperrbar ist.
Zur Befestigung der Feiaisjoche am Relaisfedernsockel sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Schrauben vorgesehen, die im Relaisjoch eingeschraubt sind und deren verlängerter Kopf durch ein Loch des Relaisfedersockels steckbar ist und deren verlängerter Kopf in der Nähe des Schraubenschlitzes einen reduzierten Querschnitt und damit eine ringförmige Nut besitzt j in welche senkrecht zur Schraubenachse Keile oder Keilfedern zur endgültigen Befestigung einbringbar sind.
Schließlich sieht eine weitere Ausbildung der Erfindung zum sicheren öffnen von Kontakten, die sich verschweißt haben, vor, daß die festen Kontaktfedern bis nahe an den Kontaktpunkt mit Kunststoff umspritzt sind und die beweglichen Kontaktfedern in der Zone des Kontaktpunktes und über diese Zone hinaus durch Umbördeln der seitlichen Schnittkanten der Relaisfedern versteift sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungenräher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Teil des erfindungsgemäßen Relais mit zwei Endstellungen (bistabil), in welchem die festen Lagerpunkte nahe beisammen liegen, Fig. 2 zeigt einen Teil eines anderen erfindungsgemäßen Relais mit zwei Endstellungen, in welchem die festen Lagerpunkte weit auseinander liegen.
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Fig. 3 zeigt einen Teil eines weiteren erfindungsgemäßen Relais mit einer Endstellung (monostabil). Fig. und 5 zeigen Ausbildungsformen der omegaförmigen Kippfeder. Fig. 6 stellt die wannenförmig ausgebildeten Lager dar. Fig. 7 und 8 zeigen die Sperrung des Schaltstückes vor und nach Kippfederbruch.
In Fig. 9 ist die Anordnung zur Montage zu sehen. Die Fig. IO und 11 zeigen die Einführung von Klemmstücken zum Festklemmen der Montagestücke. In Fig. 12 ist die Verstärkung der Kontakte und Federn zur Lösung nach Verschweißung dargestellt. Fig. 13 bis 15 zeigen schematisch die Stellungen der Kippfedern bei verschiedener Anordnung der Lager. Fig. 16 zeigt schließlich die optimale Dimensionierung der wirksamen Federn in Diagrammdarstellung.
In B1Xg. 1 wird das bewegliche Schaltstück 1 durch die Anker 2 und 3 je nach Ansprechen des linken bzw. rechten Ankers nach rechts bzw. links bis über die Mitte des möglichen Hubes verschoben, wonach es selbsttätig an den Begrenzungsflächen 26 bzw. 27 zur Anlage kommt. Die Parallelführung des Schaltstückes 1 wird durch Federn, vorzugsweise Blattfeder-Paare J4 und 5 bzw. 6 und erreicht. Im festen Teil des Relais befindet sich auf jeder Seite ein Vorsprung 8 bzw. 9· Sowohl im Schaltstück 1 als auch in den Vorsprüngen 8 und 9 befinden sich Einschnitte, in welchen die Kippfedern gelagert sind. Die Kippfeder 4 ist in den Lagern 10 und 12, die Kippfeder 5 in den Lagern 13 und 11, die Kippfeder 6 in den Lagern 14 und 16 und die Kippfeder 7 in den Lagern
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und 15 geführt. Die Aufgabe dieser Kippfedern ist es, in gegenseitiger Zusammenarbeit jeweils die linke oder rechte Endlage des Schaltstückes 1 zu sichern. Einzelheiten über den Ort der Lager werden bei der Beschreibung der Fig. 13 bis 15 gegeben. Zum Bewegen des Schaltstückes 1 durch die Anker 2 und 3 sind Einschnitte 22 und 2h vorgesehen, welche in die Vorsprünge 23 und 25 eingreifen. Die Einschnitte 22 und 2'4 und bzw. oder die Vorsprünge 23 und 25 können entfallen, so daß der Anker nur an einem einfachen Vorsprung anstelle eines stufenförmigen Vorsprungs angreift. Auf der gegenüberliegenden Seite des Schaltntückes können ebenfalls zwei Anker angeordnet sein. Das Schaltstück 1 besitzt Schulterflachen 18 und 19, die zur Betätigung der Kontaktfedern 20 und 21 dienen.
Anstelle der Relaisfedern, von welchen nur zwei, nämlich 20 und 21 dargestellt sind, können mehrere Relaisfeder-Paare oder einzelne Relaisfedern angeordnet sein. Die Gegenkontakte zu diesen beweglichen Relaisfedern 20 bzw. 21 sind nicht zu sehen und sind Festkontakte entweder innerhalb der Relaisfedern oder ganz oder teilweise außerhalb derselben. Es ist möglich, die beweglichen Kontaktfedern in Kammern innerhalb des Schaltstückes zu führen, wobei die Kammern gleichzeitig auch als Funkentrennungskammern verwendet werden können.
Nach Verschieben des Schaltstückes 1 durch die Anker 2 und 3 über die Mitte hinaus und selbsttätiger Verschiebung in die eine oder die andere Endstellung, verbleiben das Schaltstück und somit die durch das Schaltstück
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verschobenen beweglichen Kontakte in dieser Lage, auch wenn die Magnetkraft aufhört zu wirken und der Anker keine Kraft mehr ausübt. Nur der andere Anker kann das Schaltstück in die andere Richtung verschieben und somit die beweglichen Kontakte verändern. Auch in letzterem Fall ist nach überschreiten der Mittelstellung und der automatisch erreichten Endstellung keine magnetische Kraft mehr nötig und die Erregerspule kann stromlos werden,ohne daß sich das Schaltstück weiter bewegt. Eine solche Arbeitsweise wird auch als bistabil bezeichnet .
Fig. 2 zeigt die Umkehrung der beweglichen und festen Lager der Fig. 1. Das Schaltstück 28 wird von den Ankern 29 bzw. 30 mittels der Vorsprünge 53 und 133 nach rechts bzw. links bewegt, wonach es selbständig an die Begrenzungsflächen 47 bzw. 48 stößt. Die Kippfeder 31 lagert in den Lagern 39 und 40, die Kippfeder 32 in den Lagern 41 und 42, die Kippfeder 33 in den Lagern 43 und 44 und die Kippfeder 34 in den Lagern 45 und 46. Die Lager sind in Fortsätzen 35 und 36 des Schaltstückes und in den Wänden der festen Stücke 37 und 38 angeordnet. Die Abstände der Lager sind wie bei Fig..l in entsprechenden Dimensionierungen gehalten, die im Zusammenhang mit den Fig. 13 bis 15 beschrieben werden. Die Kontaktfedern, von welchen nur zwei, nämlich 49 und 50, dargestellt sind, arbeiten mit nicht dargestellten festen Kontakten innerhalb oder ganz oder teilweise außerhalb dieser Kontaktfedern gelegenen festen Kontaktfedern zusammen. Das Schaltstück besitzt Schultern 51 und 52, welche zur Betätigung der Kontaktfedern dienen.
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In Fig. 3 ist die monostabilejAusführungsvariante des erfindungsgemäßen Relais dargestellt. Diese Ausführungsvariante deckt sich im wesentlichen mit der linken Hälfte der Fig. 1. Anstelle der rechten Kippfedern ist eine Rückstellfeder 132 vorgesehen, die mit dem Schaltstück zusammenarbeitet. Durch die Rückstellfeder wird neben der Federwirkung auch die Parallelführung des Schaltstückes 1 gesichert. Bei Betätigen des Ankers 2 wird über die Führung 22 und 23 das Schaltstück 1 nach rechts geschoben, gegen die Kraft der Rückstellfeder 132 unter Berücksichtigung der Kraft der Relaisfedern 20 und 21 und der Kippfedern h und 5· Die optimale Dimensionierung der einzelnen Federn wird im Zusammenhang mit der Fig„ näher beschrieben werden.
Fig. k und 5 zeigen die Ausüfhrungsformder Kippfeder als Blattfeder mit omegaförmiger Form. In Fig. *l sind die Enden glatt abgeschnitten, während wegen der besseren Führung und geringeren Abnützung die Enden in Fig. 5 umgebördelt sind. In der Mitte zeigen die Federn nahezu die Form eines 3/^-Kreises, wehrend die anschließenden Stücke gerade sind. Diese Form hat den Vorteil, daß eine große Federkraft auf kleinstem Raum erreicht werden kann unter Bedachtnahme darauf, daß die Federn in allen Betätigungslagen sicher in ihren Lagern sitzen und ferner eine einfache Fertigung gewährleistet ist.
Die gemäß Fig. 5 bevorzugte Ausbildung der Enden erreicht optimale Resultate mit wannenförmigen Lagern, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind. Z.B. im Schaltstück 1, aber auch in den feststehenden Lagern, werden die Kerben des Abstützlagers 10 im Inneren wannenförmig ausgebildet,
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so daß die umgebördelten Enden in den Wannen abrollen und so den kleinsten Flächendruck,bei stabiler Lage, ausüben. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Abstützlager und Enden der Kippfedern wird die Abnützung auf ein Minimum gebracht.
Fig. 7 zeigt eine Sicherung gegen eine Betätigung des Schaltstückes 1 bei fehlerhaften Kippfedern. Ein Vorsprung 60 bzw. 61 im festen Teil des Relais taucht bei der Bewegung in eine Ausnehmung 51I bzw. 55· Durch Bruch einer Kippfeder verkantet sich das Schaltstück 1 automatisch, wie dies in Fig. 8 zu sehen ist und verhindert durch Auflaufen eines Vorsprunges, z.B. 60, auf die Stufe 56 eine weitere Bewegung des Schaltstückes 1 und somit eine fehlerhafte Kontaktbetätigung. Die Stufen 57, 58 und 59 dienen dem gleichen Zweck.
In Fig. 9 ist die erfindungsgemäße Durchführung der Montage zu sehen. Die Schraubenköpfe 62 und 63 sind nicht leicht zugänglich und durch einen gewöhnlichen Schraubenzieher nicht anzuziehen. Die Schrauben haben die Aufgabe, die feststehenden Körper des Relais 66 bzw. 67 mit dem Joch 6*1 bzw. 65 des Relais durch die Bohrungen 70 bzw. 71 zusammenzuschrauben. Dies wird gemäß Fig. 10 durch einen Keil 72 bzw. gemäß Fig. 11 durch eine Keilfeder 73 bewerkstelligt, die in Nuten 68 bzw. 69 (nicht dargestellt) am Schraubenkopf eingeführt werden und durch ihre Keilwirkung die Schrauben senkrecht zu der sonst üblichen Eefestigungsrichtung festklemmen. Die Schrauben werden vorher in das Joch eingeschraubt und durch ein Loch
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im feststehenden Relaisfedernsatz durchgeführt. In Fig. 12 sind Maßnahmen dargestellt zum leichteren öffnen von Kontakten^ die sich zusammengeschweißt haben, z.B. durch zu große Strombelastung. Normalerweise würden solche Kontakte brechen und Fehlschaltungen verursachen. Weiterhin wird durch diese Maßnahme erreicht, daß für den Fall einer Kontaktverschweißung, die durch die verfügbaren Kräfte <1es Relais nicht geöffnet werden kann, eine sichere Blockierung des Schaltstückes 1 erfolgt. Eine solche Folge ist notwendig, um eine Zwangsführung des Kontaktsystems zu erreichen.Eine solche Zwangsführung ist z.B. bei Relais für Sicherungstechnik erforderlich. Die festen Kontaktfedern werden so hoch wie möglich in Kunststoff eingebettet, wie bei 7^ zu sehen ist. 75 und 76 sind Umbördelungen an der beweglichen Kontaktfeder, die einer Versteifung der Kontaktzone dienen und somit der Bruchgefahr begegnen.
Die Fig. 13 bis 15 zeigen mögliche örtliche Anordnungen der beweglichen und festen Abstützlager, die so angeordnet sind, daß mittels der vier zwischen den Abstützlagern eingespannten Kippfedern ein bistabiles Verhalten des Schaltstückes erreicht wird.
Der in Fig. 13 dargestellte Fall mit gleich langen Abstanden, gemessen zwischen den beweglichen Abstützlagern
80 und 8Ί sowie 83 und 87 und den festen Abstützungen
81 und 85 sowie 82 und 86, zeichnet sich durch gleiche Ausrichtung der Kippfedern 88 bis 91 in den beiden stabilen Endlagen,die durch Anschlagen des Schaltstückes
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an die Begrenzungflachen 78 bzw. 79 definiert sind,sowie in der labilen Mittellage und somit während des gesamten Hubes des Schaltstückes aus.
In Fig. l'l sind die Abstände, geinessen zwischen den beweglichen Abstützlagern 95 und 99 sowie 98 und 102, kürzer als die Abstände, gemessen zwischen den festen Abstützlagern 96 und 100 sowie 97 und 101. Die Differenz dieser Abstände entspricht im wesentlichen der Länge des Schaltweges des Schaltstückes 92, wodurch in den stabilen Lagen, die durch Anschlagen des Schaltstückes an die Begrenzungsflächen 93 und 9l\ definiert sind, die auf der Anschlagseite des Schaltstückes liegenden beweglichen und festen Abstützlager im wesentlichen fluchten. In der labilen Mittellage des Schaltstückes sind die Kippfedern 103 bis 106 symmetrisch ausgerichtet.
In Fig. 15 sind die Abstände, gemessen zwischen den beweglichen Abstützlagern 109 und 113 sowie 112 und länger als die Abstände gemessen zwischen den festen Abstützlagern 110 und H1I sowie 111 und 115. Die Differenz dieser Abstände entspricht im wesentlichen der Länge des Schaltstückes 121, wodurch in den stabilen Lagen, die durch Anschlagen des Schaltstückes an die Begrenzungsflächen 107 und 108 definiert sind, die der Anschlagseite gegenüberliegenden beweglichen und festen Abstützlager im wesentlichen fluchten. In der labilen Mittellage des Schaltstückes besitzen die Kippfedern 117 bis 120 eine symmetrische Ausrichtung.
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In Fig. 16 ist die Kraft-Weg-Kennlinie eines erfindungsgemäßen, monostabilen Relais, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, zu sehen. DasDiagramm zeigt in der Abszisse den Hub s auf, den das Schaltstück zurücklegt. In der Ordinate wird die Kraft ρ dargestellt, die notwendig ist, um das Schaltstück zu bewegen.
In der Kurve 122 wird diejenige magnetische Kraft unter Voraussetzung konstanter Erregung aufgetragen, die das Magnetsystem auf das Schaltstück ausübt. Bei einem funktionierenden Relais muß die magnetische Kraft, dargestellt durch die Kurve 122, größer sein als die mechanische Gegenkraft, dargestellt durch die Kurve 123, die überwunden werden muß. üblicherweise gibt es einen kritischen Punkt 126, immer etwa in der Mitte des Hubes, bei welchem bei Mindesterregung die Kennlinie der magnetischen Kraft berührt. Am Anfang und am Ende des Hubes bleiben somit Kraftreserven 127 und 128, während diese in der Mitte fehlen.
Es ist das Ziel, die mechanische Kennlinie 123 möglichst gut an die magnetische Kennliniel22 anzupassen, das heißt, in allen Teilen gleiche Kraftreserven zu haben. Das wird erreicht durch eine gegenwirkende Federkraft^ durch zusätzliche Federn - im Falle der Erfindung gleichzeitig durch die ornegaförmigen Kippfedern - die so ausgebildet sind, daß sie in der Ruhestellung 130 und etwa in der Endstellung 129 keinerlei Kraft ausüben, während sie etwa zur Mitte hin ihr Maximum 131 an unterstützender Kraft erreichen und somit das Kraftreserve-Defizit ausgleichen. Die Summe der Kurven 123 und 12*1 ergibt die Kurve 125· Hierdurch wird die magnetische
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Kraftkennlinie 122 der mechanischen Kennlinie 123 weitgehend angepaßt, so daß die Erregung des Magnetsysteins verkleinert und Energie gespart werden kann.
7 Ansprüche 3 Bl. Zeichnungen
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Le e rs e i te

Claims (6)

  1. H.Gessinger 2-1-1
    Patentansprüche
    l.y Relais mit Kontaktfedern, die durch ein Schaltstück betätigt werden, das in einer oder zwei Endstellungen mechanisch festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück (1, 28) von einem oder zwei magnetischen Antriebssystemen über deren Anker ( 2 bzw. 3ί 29 bzw. 30) verschiebbar ist, daß das Schaltstück entweder an beiden Enden oder an einem Ende je zwei Kippfedern (4, 5 bzw. 6, 7; 31, 32 bzw. 33, 32O besitzt, die jeweils an einem Ende am beweglichen Schaltstück (1, 28) und am anderen Ende an einem mit dem Relaiskörper verbundenen festen Punkt ( 8 bzw. 9;, 37 bzw. 38) abgestützt sind, bei Kippfedern nur an einem Ende, am anderen Ende eine Rückstellfeder (132) besitzen und daß im Falle von zwei magnetischen Antriebssystemen die Differenz zwischen dem Abstand der Abstützlager (gemessen von 10 nach 14 bzw. gemessen von 11 nach 15; gemessen von 1IO nach 44 bzw. gemessen von 4l nach 45) im Schaltstück (1, 28) und dem Abstand der festen Abstützlager (gemessen von 12 nach 16 bzw. gemessen von 13 nach 17; gemessen von 39 nach 43 bzw. gemessen von 42 nach 46) eine Größe zwischen Null und im wesentlichen der Länge des Schaltweges des Schaltstückes und im Fall von einem magnetischen Antriebssystem in derRuhelage, die beweglichen Abstützlager mit den festen Abstützlagern im wesentlichen fluchten und das Schaltstück zur Zwangsführung der Kontaktfedern Schulterflächen (18, 19 bzw. 51, 52) besitzt, auf welche sich die Kontaktfedern aufstützen.
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    H.Gessinger 2-1-1
  2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kippfedern (4, 5 bzw. 6, 7; 31, 32 bzw. 33, 34) Blattfedern vorgesehen sind.
  3. 3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (Fig·. 4 und 5) omegaförmig gebogen und an den aufstützenden Enden glatt abgeschnitten oder umgebördelt sind.
  4. 4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützlager der Kippfedern im beweglichen Teil und im festen Abstützpunkt wannenförmig sind.
  5. 5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaltstück (1) eine Führung (54 bzw. 55) mit abgesetzten Querschnitten (56, 57 bzw. 58, 59) vorgesehen ist, in welche ein mit dem Relaisjoch fest verbundenes Stück (60 bzw. 61) geführt ist, das bei defekter Kippfeder durch Verkanten des SchaltStückes (1) auf die Schulter (56, 57 bzw. 58, 59) des abgesetzten Querstückes gelangt und durch diesen gegenseitigen Eingriff das Schaltstück in seiner Bewegung sperrbar ist.
  6. 6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Relaisjoche am Relaisfedernsockel (66 bzw. 67) Schrauben (62 bzw. 69) vorgesehen sind, die im Relaisjoch (64 bzw. 65) eingeschraubt sind und deren verlängerter Kopf durch ein Loch (70 bzw. 71) des Relaisfedersockels (66 bzw. 67) steckbar ist und deren verlängerter Kopf in der Nähe des Schraubenschlitzes einen reduzierten Querschnitt (68
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    bzw. 69) und damit eine ringförmige Nut besitzt, in welche senkrecht zur Schraubenachse Keile (72) oder Keilfedern (73) zur endgültigen Befestigung einbringbar sind.
    Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontaktfedern bis nahe an den Kontaktpunkt mit Kunststoff (7*0 umspritzt sind und die beweglichen Kontaktfedern in der Zone des Kontaktpunktes und über diese Zone hinaus durch Umbördeln (75j 76) der seitlichen Schnittkanten der Relaisfedern versteift sind.
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DE2647293A 1975-11-14 1976-10-20 Elektromagnetzisches Relais Expired DE2647293C2 (de)

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