DE3139285A1

DE3139285A1 - Bistabiles elektromagnetisches kraftschaltglied kleiner bauart

Info

Publication number: DE3139285A1
Application number: DE19813139285
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5880 Lüdenscheid Brungsberg
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1983-04-21
Also published as: EP0089973B1; EP0089973A1; WO1983001343A1; JPS58501747A

Description

Bistabiles elektromagnetisches
Kraftschaltglied kleiner Bauart Die Erfindung betrifft ein bistabiles elektromagnetisches Kraftschaltglied kleiner Bauart mit einem aus Spule, Joch und Anker bestehenden Elektromagneten, der durch einen elektrischen Energieimpuls einen durch eine Kippfeder beaufschlagten Kontaktteil in seine bistabilen Lagen umschaltet.
Ein Kraftschaltglied dieser Art ist durch die DE-OS 26 26 752 bekanntgeworden. Dabei besteht dieses aus drei Grundkomponenten, nämlich dem aus Spule, Joch und Anker bestehenden magnetischen Antrieb, einem bistabilen Kontaktsystem und einem Umwandlungsteil, der den monostabil verlaufenden Schaltweg des Ankers des Elektromagneten in die bistabil verlaufende Schaltbewegung des Kontaktsystems umwandelt. Dieses Grundprinzip wird bei den bekannten Stromstoßschaltern der verschiedensten Bauarten in vielfältiger Form verwendet. Bei diesen Systemen erfolgt die Änderung des Schaltzustandes der Kontakte jeweils nach einem vollen Ankerhub. Die elektrische Energie wird hierbei nur bis zum Hubende des Ankers benötigt. Für den Schaltzustand der Kontakte stört es jedoch nicht, wenn die elektrische Erregung auch länger ansteht. Hierfür stellt nur die zulässige Erwärmung der Spule die Grenze dar. Die bekannte Einrichtung ist zwar schon eine relativ kleine Bauausführung wobei diese bereits in Verbindung mit einem elektronischen Berührungsschalter in ein kleines Gehäuse, z.B. in eine 55-Unterputz-Einbaudose bei elektrischen Installationen angeordnet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Kraftschaltglied mit den Eigenschaften der bekannten Einrichtung hinsichtlich Schaltleistung dahingehend zu verbessern, daß es durch noch weniger Einzelteile ausführbar wird und somit in seiner Baugröße noch weiter verkleinert werden kann, wobei das Bauvolumen eine solche Miniaturisierung erfährt, daß zwei Relais, z.B. gemeinsam mit einem elektronischen Berührungsschalter oder anderen Schaltgliedern, innerhalb einer 55-UP-Einbaudose untergebracht werden können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der Kontaktteil gleichzeitig den zwischen den Polen des Joches wirksamen Anker darstellt und durch einen magnetischen Energieimpuls aus seiner einen Ruhelage in seine andere Ruhelage schwenkbar ist.
Nach weiterer Ausgestaltung ist der Kontaktteil einerseits durch die Kippfeder an einem Jochschenkel schwenkbar gelagert und andererseits an seinem freien Ende von dem freien Ende des anderen Jochschenkels bei Erregung der Spule betätigbar.
Dabei weist das freie Ende des anderen Jochschenkels eine zur Bildung eines Polstücks ausgeführte, gegen den anderen Jochschenkel gerichtete Anwinkelung auf.
Nach weiterer Erfindung liegen das Schwenklager des Kontaktteils an dem einen Jochschenkel und das Polstück des anderen Jochschenkels auf einer gemeinsamen Achse.
Nach einer anderen Ausgestaltung liegen die Achse des Schwenklagers des Kontaktteils an dem einen Jochschenkel und die Achse des Polstücks des anderen Jochschenkels parallel zueinander.
Nach weiterer Erfindung ist die bei Erregung der Spule auf das Kontaktteil ausgeübte Magnetkraft größer als die wirksame Kontaktkraft der Kippfeder.
Das elektromagnetische Kraftschaltglied nach der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht des Kraftschaltgliedes, Fig. 2 eine Ansicht des zwischen den Polschenkeln des Joches liegenden Kontaktteils, Fig. 3 eine Teildarstellung einer Seitenansicht des Kraftschaltgliedes, wobei die Achse des Schwenklagers des Kontaktteils und die des Polstücks des anderen Jochschenkels parallel zueinander liegen und Fig. 4 eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsvariante.
Das elektromagnetische Kraftschaltglied besteht aus einer Spule 1 und einem Spulenjoch 2 mit den Jochschenkeln 3 und 4.
Zwischen den freien Enden der Jochschenkel 3 und 4, die die Pole des elektromagnetischen Systems darstellen, ist ein gleichsam als Anker wirksames Kontaktteil 7 schwenkbar gelagert.
Hierzu hat der eine Jochschenkel 3 an seinem freien Ende Abwinkelungen 5 mit einem Schwenklager 6 für das eine Ende des Kontaktteils 7, das mit einer Kippfeder 8, die an einem Ansatz 9 des einen Jochschenkels 3 gehalten ist, in das Schwenklager 6 hineingedrückt wird. Das freie Ende 10 des anderen Jochschenkels 4 ist mit einer gegen den anderen Jochschenkel 3 gerichteten Anwinkelung versehen, wodurch ein definiertes Pol stück für das als Anker wirksame Kontaktteil 7 gebildet ist.
Die Stromzufuhr zu dem Kontaktteil 7 erfolgt an dem einen Jochschenkel 3 über das Schwenklager 6. Sie kann jedoch auch unmittelbar an dem Kontaktteil 7 durch eine flexible Verbindung, z.B. Litzendraht, von einer separaten Anschlußklemme kommend vorgesehen sein.
Das Kontaktteil 7 kann gemäß der Darstellungen in den Fig. 1 und 4 als Umschaltkontakt ausgeführt sein. Hierzu hat das Kontaktteil 7 ein Doppelkontaktniet 11, das einerseits mit einem ortsfesten Gegenkontakt 12 und andererseits mit einem weiteren ortsfesten Gegenkontakt 13 in Verbindung gebracht werden kann. Bei einem definierten kurzzeitigen Erregerimpuls (z.B. eine Kondensator-Entladung) wird das freie Ende des Kontaktteils 7 durch das Pol stück des anderen Jochschenkels 4 aufgrund der dabei ausgeübten magnetischen Zugkraft angezogen und dabei infolge der kinetischen Energie huber die durch die Achse A dargestellte Mittellage hinausgeschleudert und danach durch die Kraft der Kippfeder 8 gegen den Gegenkontakt, z.B. 13, umgeschaltet und somit in seine andere Ruhelage gebracht. Wie in dem Beispiel der Fig. 1 gezeigt, befinden sich das Schwenklager 6 des Kontaktteils 7 an dem einen Jochschenkel 3 und das Polstück des anderen Jochschenkels 4 auf einer gemeinsamen Achse A. Die Stromrichtung der Erregung kann beliebig sein. Dadurch, daß die auf das Kontaktteil 7 ausgeübte magnetische Zugkraft größer ist als die wirksame Kontaktkraft der Kippfeder 8 wird bei diesem System bei jedem beliebig gerichteten definierten Erregungsimpuls der Spule 1 das Kontaktteil 7 von seiner einen Ruhelage in die andere Ruhelage umgeschaltet. Andererseits ist der definierte Erregerimpuls so kurzzeitig vorzusehen, daß dieser, bevor das Kontaktteil 7 die durch die Achse A dargestellte, indifferente Mittellage erreicht hat, beendet ist. Die wirksam gewordene Magnetkraft hat dem Kontakt teil 7 sovielkinetische Energie verliehen, daß dieser über die indifferente Lage geschleudert wird. Dann wird die Kraft der Kippfeder 8 wirksam, die den Kontaktteil 7 gegen den Gegenkontakt 12 bzw. 13 drückt.
Bei den Darstellungen der Fig. 3 und 4 befindet sich die Achse A des Schwenklagers 6 des Kontaktteils 7 an dem einen Jochschenkel 3 zu der Achse B des PalstUcks des anderen Joch schenkels 4 auf einer Parallelen. Hierdurch ist es möglich, bei einem längeren Erregerimpuls, z.B. 100 ms, den Kontaktteil 7 solange in der Mittellage festzuhalten, bis das mag; netische Feld verschwindet. Danach fällt das Kontaktteil 7 in eine durch die parallelen Achsen A,B gegebene Vorzugslage, z.B, in Fig. 3 zur Ruhelage an einem ortsfesten Anschlag 14D wodurch eine Ausstellung vorgesehen werden kann.
In dem Beispiel der Fig. 4 ist dagegen als Vorzugsiage ein ortsfester Kontaktteil 12 vorgesehen. Hierbei ist es nicht möglich, den Kontaktteil 7 nach einer unbeabsichtigtell Dauer erregung, z.B. infolge magnetischer Remanenzfelder, in einer indifferenten Lage zu halten. Aufgrund der parallelen Achsen A, B ergibt sich eine Vorzugsstellung, in welche der Kontaktteil 7 nach Fortfall der Erregung umschaltet. Hierdurch ist es außerdem möglich, bei einer vorgebenden längeren Erregung den Kontaktteil in seiner indifferenten Lage zu halten und somit eine Kontaktöffnungsstellung zwischen zwei Umschaltkontakten 12 und 13 herzustellen. Für die Ausbildung der parallelen Achsen A, B ist eine Ausführung gemäß der Fig. 3 oder der Darstellungen in Fig0 4 mit abgeschrägten Magnetflächen möglich.
Es sei noch erwähnt, daß die Bauteile des elektromagnetischen Kraftschaltgliedes auf einer nicht dargestellten, gemeinsamen Isolierstoffplatte, die auch eine Leiterplatte sein kann, ortsfest angeordnet sind. Somit ist eine genaue Fixierung und ggf.
Justage des elektromagnetischen Systems und der Gegenkontakte 12 und 13 möglich.
Durch die erfindungsgemäße husbildung ist es möglich, ein elektromagnetisches Kraftschaltglied mit geringen Abmessungen und geringem Energieaufwand für die Erregung bei einem Schaltvermögen von 10 bis 16 A und einer Kontaktöffnung von 3 mm zu schaffen, welches sich weiterhin durch Geräuscharmut und einen verblüffend einfachen Aufbau auszeichnet.
Das Kraftschaltglied kann dabei als Schaltleistungsteil in den verschiedensten Steuerungen Verwendung finden, wobei die definierte Erregungs-Energie durch eine elektronische Einrichtung aufgebracht wird. Hierbei ist eine äußerst geringe Ansprechzeit gegeben, wodurch keine Wärmebelastung für das Kraftschaltglied und die benachbarten Bauelemente und somit eine höhere Lebensdauer und Kontaktqualität erreichbar sind. Außerdem ist neben der Erhöhung der Zuverlässigkeit eine überaus wirksame Energieeinsparung gegeben sowie eine erhebliche Einsparung an Bauvolumen, Anschaffungs- und Betriebskosten. Der erfindungsgemäße Antrieb durch einen Energiestoß ist natürlich nicht auf die Anwendung bei Relais beschränkt.
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Claims

Bistabiles elektromagnetisches Kraftschaltglied kleiner Bauart Patentansprüche Bistabiles elektromagnetisches Kraftschaltglied kleiner Bauart mit einem aus Spule, Joch und Anker bestehenden Elektromagneten, der durch einen elektrischen Energieimpuls einen durch eine Kippfeder beaufsc1agten Kontaktteil in seine bistabilen Lagen umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktteil (7) gleichzeitig den zwischen den Polen des Joches (2) wirksamen Anker darstellt und durch einen magnetischen Energieimpuls aus seiner einen Ruhelage in seine andere Ruhelage schwenkbar ist.
2. Kraftschaltglied nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet, daß der Kontaktteil (7) einerseits durch die Kippfeder (8) an einem Jochschenkel (3) schwenkbar gelagert und andererseits an seinem freien Ende von dem freien Ende (10) des anderen Jochschenkels (4) bei Erregung der Spule (1) betätigbar ist.
3. Kraftschaltglied nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (10) des anderen Jochschenkels (4) eine zur Bildung eines Polstücks ausgeführte, gegen den anderen Jochschenkel (3) gerichtete Anwinkelung aufweist.
4. Kraftschaltglied nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager (6) des Kontaktteils (7) an dem einen Jochschenkel (3) und das Polstück des anderen Jochschenkels (4) auf einer gemeinsamen Achse (A) liegen (Fig. 1).
5. Kraftschaltglied nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) des Schwenklagers (6) des Kontaktteils (7) an dem einen Jochschenkel (3) und die Achse (B) des Polstücks des anderen Jochschenkels (4) parallel zueinander liegen (Fig. 3 und 4).
6. Kraftschaltglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Erregung der Spule (1) auf das Kontaktteil (7) ausgeübte Magnetkraft größer ist, als die wirksame Kontaktkraft der Kippfeder (8).