DE3139361C2

DE3139361C2 - "Elektromagnetisches Relais"

Info

Publication number: DE3139361C2
Application number: DE3139361A
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: 1983-10-27
Also published as: FR2491676A1; FR2491676B1; IT8153657V0; US4404443A; IT8168275A0; BE890604A; DE3139361A1; IT1144888B

Abstract

Das Relais hat eine verlängerte Lebensdauer der Kontakte und weist einen erhöhten Schaltstrom auf. Jeder feststehende Kontakt (11) ist fest mit einem Trägerteil verbunden, das in Form eines massiven Trägerblocks (10) ausgebildet ist und eine Aussparung aufweist, um das Ende eines entsprechenden Anschlußstabes (3) aufzunehmen und eine hochwertige Verbindung durch Hartlötung zu ermöglichen. Das Relais kann ferner Mittel zum Auslöschen des elektrischen Lichtbogens durch Verlängerung des Feldes aufweisen, die mittels eines Dauermagneten (20) verwirklicht sind, welcher ein Magnetfeld (B) erzeugt, dessen Richtung senkrecht zu derjenigen des Durchgangsstromes (I) zwischen jeweils einem zugeordneten Kontaktpaar ist, d.h. zwischen einem feststehenden Kontakt (11) und einem beweglichen Kontakt (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Relais ist z.B. aus der US-PS 81 772 bekannt. 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 Kontaktfedern enthält und betätigt, und einem Sockel, der die feststehenden Kontakte trägt. Jeder der feststehenden Kontakte ist einem Ende einer beweglichen Kontaktfeder 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 bei dem bekannten Relais an einem starren und dünnen Halterungsteil in Form eines Winkelstücks angeschweißt welches einen ausgesparten Teil zur Aufnahme des Endes eines Anschlußstabes aufweist, an dem es durch Punktschweißung befestigt ist Der Anschlußstab durchquert den Sockel unter Zwischenfügung einer Glas-Metall-Versiegelung. Das andere, sich außerhalb des Relais befindende Ende des Stabes bildet eine elektrische Anschlußfahne.

Aus »Electrical Contacts«, L B. Hunt 1949, Johnson, Matthey & Co. Ltd, London, Seite 89, ist es bereits bekannt die Kontaktträger vor Hochstromschaltern, die für Kurzschlußströme bis 1500A ausgelegt sind,

is massiv auszubilden.

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 eiue ausreichende Langlebigkeit der Kontakte zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, auf die Schallgeschwindigkeit einzuwirken, um die Dauer der elektrischen Bogenentladung möglichst einzuschränken, und im übrigen auch erforderlich, den Schaltstrom des Relais zu begrenzen.

Aus der DE-OS 27 56 686 ist es bereits bekannt einem Kontaktpaar einen Permanentmagneten zuzuordnen, der etwa entstehende Lichtbogen über die Kontaktoberfläche wandern läßt, um diese gleichmäßiger abzunutzen.
Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der durch die elektrischen Bogenentladungen verursachten Mangel und die Schaffung eines sehr kompakten Relais für hohe Schaltströme, wobei die Eigenschaften des Relais hinsichtlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer zumindest erhalten bleiben bzw. sogar gesteigert werden sollen,

indem der elektrische und thermische Übergangswiderstand zwischen jedem Anschlußstab und dem daran befestigten Halterungsteil vermindert wird. Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung werden einerseits 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 aufzunehmen.

Als Vorteil ergibt sich daraus eine 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.

Andererseits enthält das erfindungsgemäße Relais Mittel zum Löschen des elektrischen Lichtbogens, 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

Gemäß der Erfindung enthält das Relais einen oder mehrere Permanentmagnete, die geringe Abmessungen aufweisen, zum Löschen des elektrischen Lichtbogens.

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

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schemafische Darstellung einer herkömmlichen Befestigung eines feststehenden Kontaktes;

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

Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform eines ertindungsgemäßen feststehenden Kontaktes;

F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Verlängerung des elektrischen Lichtbogens aufgrund magnetischer Effekte bei einem erfindungsgemäßen Relais;

Fig.5 bis 9 verschiedene Ausführungsformen der Permanentmagnete zum Löschen des elektrischen Lichtbogens und

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

F i g. 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 verschiedenen Werkstoff gebildet ist. Der Block enthält eine Aussparung 12, deren Form und Abmessungen geeignet sind, das entsprechende Ende des Anschlußstabes 3 aufzunehmen. Dieser ist mit einer Glas-Metall-Durchführung 7 am Sockel 8 des Relais dargestellt Der Stab 3 ist an dem Trägerblock 10 in die Aussparung 12 hart eingelötet, um eine hochwertige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen in elektrischer und thermischer Hinsicht zu bilden. Der Kontakt U 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 aufgebracht ist, z. B. durch Löten oder Schweißen. Die aus dem Trägerblock 10 und, dem Kontakt 11 gebildete Einheit kann somit als Zweischichtkontakt 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 Durchfühiung eine gute Kühlung der Kontaktzone.

ίο Die F i g. 4 bis 10 betreffen die Ausrüstung des Relais mit Permanentmagneten zur Löschung des elektrischen Lichtbogens durch Erzeugung eines Magnetfeldes. In Fig.4 ist die Richtung des Durchgangsstromes / 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'sche 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 Verbrauch günstig und daher besonders für elektromagnetische Miniaturrelais geeignet

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

In Fig.6 hat der mit einer Aussparung versehene Magnet 24 größere Abmessungen, um einen Kontakt 11 aufzunehmen. In Fig.9 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der mehrere feststehende Kontakte 1OA, 100 und IOC Seite an Seite vorgesehen sind und eine Mehrzahl Permanentmagneten 20Λ, 205, 20C und 2OD 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 42, zwei bewegliche Kontaktfedern 43 und 44, die an jedem Ende Kontakte 45, 46 tragen, so Isolierteile 47, zwei Gegenfedern 48, die in der Figur eingezeichnet sind, zwei Federanschlüsse, von denen ein Anschluß 49 dargestellt ist, wobei diese Anschlüsse die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktfedern 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

durch ausgezeichnete 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 cm³ Volumen zu einem leicht zu erreichenden Schaltstrom von etwa 10 Ampere.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Relais mit einem Sockel, der von Anschlußstäben durchquert wird, wenigstens einem feststehenden Kontakt, der von einem Halterungsteil aus Metall getragen wird, welches einen ausgesparten Teil zur Aufnahme des Endes eines Anschlußstabes aufweist, an dem es befestigt ist, und mit wenigstens einer durch ein Antriebsteil betätigbaren Kontaktfeder, wobei der feststehende Kontakt mit einem entsprechenden beweglichen Kontakt zusammenwirkt, der sich an einem Ende einer beweglichen Kontaktfeder befindet, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß das Halterungsteil in Form eines massiven Trägerblockes (10) ausgebildet ist, dessen ausgesparter Teil (12) die zur Aufnahme des Endes des entsprechenden Anschlußstabes (3) geeignete Form und Abmessung aufweist, daß das Ende dieses Anschlußstabes (3) in den ausgesparten Teil hart eingelötet 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, der ein Magnetfeld (B) erzeugt, dessen Richtung senkrecht zu derjenigen des Durchgangsstromes ^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.

4. Relais nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Trägerblock und feststehendem Kontakt gebildete Einheit als Zweischichtkontakt 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.