DE3139361A1

DE3139361A1 - "elektromagnetisches relais"

Info

Publication number: DE3139361A1
Application number: DE19813139361
Authority: DE
Inventors: Daniel Coynel; Maurice 79000 Niort Roussigne
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1980-10-03
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2491676A1; US4404443A; DE3139361C2; FR2491676B1; BE890604A; IT8153657V0; IT8168275A0; IT1144888B

Description

- - * Pstent&rä Watte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G, Leiser

Ernsbergerst rasse 19

8 München 60

-3-

2. Oktober 1981

THOMSON - CSF

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 34 63

Elektromagnetisches Relais

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Relais für mittlere und hohe Strombelastungen von etwa 5 bis 50 Ampere und ermöglicht die Schaffung derartiger Relais in miniaturisierter Form.

Ein Relais besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Antriebsteil, der die beweglichen Lamellen enthält und betätigt, und einen Sockel, der die feststehenden Kontakte trägt. Jeder der feststehenden Kontakte ist einem Ende einer beweglichen Lamelle zugeordnet. Dieses Ende bildet einen beweglichen Kontakt, der an dem zugeordneten feststehenden Kontakt entweder in der Ruhelage oder in der Arbeitslage anliegt. Der feststehende Kontakt ist im allgemeinen gehaltert oder angeschweißt an einen starren und dünnen Träger in Form eines

Winkelstücks, das durch elektrische Schweißung fest mit einem ausgangsseitigen Stab verbunden ist, der den Sockel unter Zwischenfügung einer Glas-Metall-Versiegelung durchquert. Das andere,, sich außerhalb des Relais befindende Ende des Stabes bildet eine elektrische Anschlußfahne.

Im Betrieb des Relais wird eine elektrische Bogenentladung zwischen dem feststehenden und dem entsprechenden, durch das Antriebsteil betätigten beweglichen Kontakt gezündet, und zwar sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen. Durch diese Erscheinung treten eine Erosion der Kontakte und ein beträchtliches Verdampfen von Metall auf, und zwar aufgrund ^der hohen thermischen Impedanz, die sie aufweisen. Die Schweißstelle des Winkelstücks an dem Stab und die Halterung des Kontaktes an dem Winkelstück bilden Hindernisse für die schnelle Wärmeabfuhr und führen zu einer Temperaturerhöhung, wenn eine Bogenentladung auftritt. Um eine ausreichende Langlebigkeit der Kontakte zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, auf die Schaltgeschwindigkeit einzuwirken, um die Dauer der elektrischen .Bogenentladung möglichst einzuschränken, und im übrigen auch erforderlich, den Schaltstrom des Relais zu begrenzen.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der durch die elektrischen Bogenentladungen verursachten Mängel und die Schaffung eines Relais für hohe Schaltströme, wobei die Eigenschaften des Relais hinsichtlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer zumindest erhalten bleiben bzw. sogar gesteigert werden sollen.

Durch die Erfindung werden insbesondere die feststehenden Kontakte verbessert, damit sie Wärmeenergie absorbieren können, die bei elektrischen Lichtbogen auftritt, wenn ein starker Strom, fließt, wobei jeder feststehende Kontakt aus einem massiven Metallblock gebildet ist, der von einem Loch durchbohrt ist, um das Ende des entsprechenden Stabes auf-

zunehmen und darin festzuschweißen„

Als Vorteil ergibt sich daraus einer Verminderung der thermischen Impedanz der feststehenden Kontakte und folglich eine schnelle Wärmeabfuhr über Verbindungen hoher Qualität, wobei die Hindernisse bei den erwähnten bekannten Relais vermieden werden.

Durch die Erfindung soll ferner das Relais Mittel zum Löschen·

sides elektrischen Lichtbogens erhalten, die es ermöglichen, diesen zu verlängern und seine Auswirkungen zu mildern«

Bei einem gegebenen Durchgangsstrom erlischt ein elektrischer Lichtbogen, wenn seine Länge einen bestimmten Wert erreicht. Die vorzeitige Löschung des elektrischen Lichtbogens wird durch dessen Verlängerung ermöglicht, und zwar gemäß verschiedener Methoden, die bei Leistungsschaltern in elektrischen Verteilernetzen Anwendung finden. Gemäß einer "pneumatischen" Lösung wird Druckluft eingeblasen„ Gemäß einer "magnetischen" Lösung wird ein Magnetfeld in einer Ebene senkrecht zu dem im Lichtbogen fließenden elektrischen Strom erzeugt= Das Magnetfeld bzw. die Induktion verursacht eine Laplace"sehe Krait, durch die der elektrische Lichtbogen verlängert wird« Das Magnetfeld bzw. die Induktion wird mittels einer Spule erzeugt, die von dem hohen Strom durchquert wird, der zwischen den Kontakten fließt, wobei die Spule in bezug auf diese korrekt ausgerichtet ist« Diese auf Anwendung einer Spule beruhende Lösung ist bei einem elektromagnetischen Relais mit geringen Abmessungen nicht möglich, zum einen wegen der zu geringen Höhe des Durchgangsstromes, insbesondere im Bereich von 5 bis 50 Ampere,, und zum anderen aus Platzgründen.

Gemäß der Erfindung enthält das Relais Mittel zum Löschen des elektrischen Lichtbogens, die durch einen oder mehrere Permanentmagneten gebildet sind und geringe Abmessungen aufweisen=

Das erfindungsgemäße Relais zeichnet sich durch eine ge-, ringe Erosion der Kontakte und geringe Metallverdampfung aus, durch eine Verminderung der abzuführenden Wärme und der örtlichen Erwärmung, durch einen erhöhten Schaltstrom und einen geringeren Stromverbrauch bei gleichem Schältstrom.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbe^ispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Befestigung eiens feststehenden Kontaktes;

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Ausbildung eines feststehenden Kontaktes;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen feststehenden Kontaktes;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Phänomens der Verlängerung des elektrischen Lichtbogens aufgrund magnetischer Effekte bei einem erfindungsgemäßen Relais;

Fig. 5 bis 9 verschiedene Ausführungsformen der Mittel zum Löschen des elektrischen Lichtbogens, bei der Ausführungsform nach Fig. 4; und

Fig. 10 eine auseinandergezogene Darstellung eines elektromagnetischen polarisierten Miniaturrelais mit den erfindungsgemäßen Verbesserungen.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Kontaktbefestigung für einen feststehenden Kontakt 1, der an einem winkelstückförmigen Teil 2 gehaltert ist, welches von einem ausgangsseitigen Stab 3 getragen wird, an dem es durch eine elektrische Schweissung 4 befestigt ist. Der zugeordnete bewegliche Kontakt ist aus einem Kontaktelement 5 gebildet, das an einem Ende einer beweglichen Lamelle 6 gehaltert ist, die durch den Antrieb ; des Relais betätigt wird.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten feststehenden Kontakt. Er enthält einen massiven Metallblock 10, z„B„ in Form eines Quaders, der dem Trägerelement entspricht. Auf der einen Seite dieses Blockes bildet ein darauf·aufgebrachtes Element 11 den eigentlichen Kontakt, der aus einem vom Träger ν verschiedenen Werkstoff gebildet ist. Der Block enthält eine j Aussparung 12, deren Form und Abmessungen geeignet sind, das I entsprechende Ende des Anschluß Stabes 3 aufzunehmen. Dieser _r . ist mit einer Glas-Metall-Durchführung 7 am Sockel 8 des Re- , lais dargestellt. Der Stab 3 ist an dem Trägerblock 10 in die ; Aussparung 12 eingeschweißt, um eine hochwertige Verbindung / zwischen diesen beiden Teilen in elektrischer und thermischer Hinsicht zu bilden. Der Kontakt 11 ist ebenfalls quaderförmig ^: und hat geringere Abmessungen als der Trägerblock 10, so daß seine Lage in·bezug auf die.dichte Durchführung 7 für den Stab 3 versetzt ist. ,

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aussparung 12 als Loch ausgebildet, das den Trägerblock 10 vollständig durchquert, so daß die Herstellung einer Verbindung durch eine Hartlötung 13 erleichtert wird, bei welcher die vorhandenen Werkstoffe vollständig benetzt werden. Der Trägerblock 10 ist aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Werkstoff, z.B. aus einer Kupferlegierung. Der feststehende Kontakt 11 muß darüber hinaus verschleißfest sein und kann aus einer Silberlegierung gebildet sein, die auf einer Seite des Trägerblocks 10 unter Anwendung verschiedener Verfahren

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aufgebracht ist, z.B. durch Löten oder Schweißen. Die aus dem Trägerblock 10 und dem Kontakt 11 gebildete Einheit kann somit als Doppellamelle ausgebildet werden. Die Quaderform der aus dem Trägerblock 10 und dem Kontakt 11 gebildeten massiven Einheit ist besonders geeignet, um das zur Verfügung stehende Volumen auszufüllen und ermöglicht aufgrund der Isolier- und Befestigungsabstände von der Durchführung eine gute Kühlung der Kontaktzone.

Die Fig. 4 bis 10 betreffen die Ausrüstung des Relais mit Mitteln zur Löschung des elektrischen Lichtbogens durch Er-2eugung eines Magnetfeldes. In Fig. 4 ist die Richtung des Durchgangs stromes I zwischen einem Paar zugeordneter Kontakte gezeigt, nämlich dem feststehenden Kontakt 11 und dem beweglichen Kontakt 5. Aufgrund eines Magnetfeldes, das durch den zur Stromrichtung senkrechten Induktionsvektor B dargestellt ist, wird eine Laplace'sehe Kraft F erzeugt, welche die angegebene Richtung hat und eine Verlängerung des Lichtbogens A bewirkt. Das Magnetfeld wird von einem Permanentmagnet 20 erzeugt, der somit geringe Abmessungen haben kann. Diese Lösung ist hinsichtlich Platzbedarf, Wirksamkeit und Ver-^ brauch günstig und daher besonders für elektromagnetische Miniaturrelais geeignet.

Die F±g. 5 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen. Der Magnet befindet sich in der Nähe eines Kontaktpaares und kann hufeisenförmig (Fig. 5 oder 8) oder kreisförmig (Fig. 7) sein. In diesen Figuren' ist der feststehende Kontakt 11 mit dem Trägerblock 10 als massives Teil gezeigt, wie zuvor beschrieben, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

In Fig. 6 hat der Kontakt 11 größere Abmessungen, um einen mit einer Aussparung versehenen Magnet 24 aufzunehmen. In Fig. 9 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der mehrere feststehende Kontakte 1OA, 1OB und 1OC Seite an Seite vorge-

sehen sind und eine Mehrzahl Permanentmagneten 2OA, 20B, 20C und 20D seitlich an je einem Ende zwischen benachbarten Kontakten angeordnet sind. Die Ausführungsform nach Fig„ 10 ist eine Anwendung der Erfindung auf ein elektromagnetisches, polarisiertes Miniaturrelais. Der oben angeordnete Antriebsteil umfaßt folgende Elemente: eine Jochplatte 30, zwei Spulen 31, 32, Spulenkerne 33 und 34, die mit der Jochplatte 30 den Magnetkreis der Spulen bilden, einen Magnet 35, elektrische Versorgungsanschlüsse 36, 37, 38, die mit Stiften ; 39 und 40 am Sockel 41 verbunden sind, eine Ankerplatte 41, zwei bewegliche Lamellen 43. und-44, die an jedem Ende Kontakte 45, 46 tragen, Isolierteile 47, zwei Gegenlamellen 48, die in der Figur eingezeichnet sind, zwei Federanschlüsse, von denen ein Anschluß 49 dargestellt ist, wobei diese Anschlüsse die elektrische Verbindung zwischen den Lamellen und den entsprechenden Stiften 50 und 51 des Sockels gewährleisten und wobei diese Verbindung als gemeinsamer Punkt bezeichnet wird« Am Sockel sind vier feststehende massive Kontakte 52, 53, 54 und 55 zu unterscheiden. Die Mittel zum Löschen des elektrischen Lichtbogens sind durch Magneten 56, 57 gebildet, die in einem Funkenkäfig 58 aus Isolierstoff angeordnet sind, welcher zwischen der nicht dargestellten Haube und den Kontakten angeordnet ist; eine entsprechende Anordnung, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, ist auf der Seite der feststehenden Kontakte 52 und 53 vorgesehen.

Ein elektromagnetisches Relais mit den beschriebenen Verbesserungen zeichnet sich durch hohe Langlebigkeit der Kontakte bei hoher Strombelastung und durch¹ausgezeichnete Kenndaten | aus, insbesondere hinsichtlich des Schaltstromes, der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit. Bei einem Ausführungsbeispiel _: führt die Anwendung der oben beschriebenen Maßnahmen bei einem Miniaturrelais von 3,22 cm Volumen zu einem leicht zu erreichenden Schaltstrom von etwa 10 Ampere,

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

M .,/Elektromagnetisches Relais mit einem Sockel, der von Anschlußstäben durchquert wird, wenigstens einem feststehenden Kontakt, der von einem Metallteil getragen wird, welches an einem Ende eines Anschluß Stabes angeschweißt ist,, und mit wenigstens einer von einem Antriebsteil betätigbaren Lamelle, wobei der feststehende Kontakt mit einem entsprechenden beweglichen Kontakt zusammenwirkt, der sich an einem Ende einer beweglichen Lamelle befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungsteil für den feststehenden Kontakt (11) in Form eines massiven Trägerblockes (10) ausgebildet ist, der mit einem ausgesparten Teil (12) zur Aufnahme des Endes des entsprechenden Anschlußstabes (3) versehen ist, und daß ferner Mittel zum Auslöschen des elektrischen Lichtbogens durch Verlängerung desselben vorgesehen sind, die für jedes zugeordnete Kontaktpaar, nämlich ein feststehender und ein beweglicher Kontakt', wenigstens einen Permanentmagnet (20) umfassen,

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der ein Magnetfeld (B) erzeugt/ dessen Richtung senkr recht zu derjenigen des Durchgangsstromes (I) zwischen den zugeordneten Kontakten ist.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der-Trägerblock (10) ebenso wie der feststehende Kontakt,. (11) quaderförmig ist, welcher geringere Abmessungen hat und auf einer Seite des Trägerblocks aufgebracht ist.
3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgesparte Teil den Trägerblock durchquert, der durch Hartlötung (13) mit dem Stab fest verbunden ist.
4. Relais nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Trägerblock und feststehendem Kontakt gebildete Einheit als Doppellamelle ausgebildet ist.
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet in einem Funkenkäfig (58) angeordnet ist, .
6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (56, 57) quaderförmig ist.
7. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (21, 22) hufeisenförmig ist.
8. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (23) kreisförmig ist.