DE3520773C1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

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ten wird und der Anker ohne den Betätiger und damit 23 mit ebenfalls kreisrundem Querschnitt ein, wobei die

ohne die von den Kontaktfedern und vom Betätiger öffnung 23 einen etwas größeren Durchmesser hat als

erzeugten Reibungskräfte denjenigen Punkt überwin- der Stift 22. Die Achse des Stiftes 22 und diejenige der

den kann, in dem die Magnetkraftlinie durch Null geht. öffnung 23 verlaufen parallel zur Achse des den Anker

Dadurch wird die Neigung des Ankers, in der neutralen 5 11 lagernden Zapfens 10 und damit senkrecht zur

Mittelstellung des Ankers stehen zu bleiben, im wesent- Längserstreckung des Ankers 11 und senkrecht zur Be-

lichen beseitigt. wegungsrichtung des Betätigers 21. Die äußeren Schen-

Das erfindungsgemäß vorgesehene Spiel bewirkt kel 24 des Betätigers 21 sind an ihren Außenflächen

schließlich, daß bei flexure-Kontakten Prellbewegungen jeweils um Achsen gewölbt, die parallel zur Achse des

des Ankers am Anschlag in seiner Endstellung nicht io Stiftes 22 verlaufen. Der Betätiger 21 ist einstückig aus

zwangsläufig vom Betätiger mitvollzogen werden und Kunststoff gefertigt.

daher nicht unmittelbar zu einem Kontaktprellen füh- In F i g. 1 ist der Anker 11 in seiner einen Endstellung

ren. gezeigt, bei der die gemäß F i g. 1 linke obere Kontakt-

Während man herkömmlicherweise bestrebt war, den feder 17 (und entsprechend die rechte untere Kontakt-Hub des Ankers so gut wie möglich für die Betätigung 15 feder) in ihrer Schließstellung steht und mit ihrer eigeder beweglichen Kontakte auszunützen, geht nun die nen Vorspannung gegen den Festkontakt 19 drückt, von Erfindung gerade den entgegengesetzten Weg, bei dem dem entsprechenden Ende des Betätigers 21 dagegen ein Teil der Ankerbewegung als solcher ungenutzt nicht berührt wird, während die rechte obere Kontaktbleibt, um die oben geschilderten wichtigen Vorteile zu feder 17 (und entsprechend die linke untere Kontaktfeerzielen. 20 der) von dem ihr zugewandten Ende des Betätigers 21 in

Zwei alternative Ausgestaltungen der spielbehafteten ihre Öffnungsstellung gedrückt wird, in der sie von dem Kopplung zwischen Anker und Betätiger sind in den Festkontakt 19 abgehoben ist. Wird nun der Anker 11 Ansprüchen 2 und 4 gekennzeichnet, wobei die Ansprü- durch Erregung der Spule gegen den Uhrzeigersinn in ehe 3 bzw. 5 insofern vorteilhaft sind, als sie eine abrol- seine andere Endstellung verschwenkt, so wird der gelende Bewegung zwischen Anker und Betätiger und da- 25 maß F i g. 1 obere Betätiger 21 zunächst durch die Vormit eine besonders reibungsarme Lagerung ergeben. spannung der rechten oberen Kontaktfeder 17 nach Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist links geführt, bis das linke Ende des Betätigers 21 die zusätzlich vom Gesichtspunkt der leichten Montage linke obere Kontaktfeder 17 berührt. Dieser Bewevon Vorteil. gungsbereich ist in dem Diagramm nach F i g. 4 mit a

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wer- 30 bezeichnet. Bei weiterer Verschwenkung des Ankers 11

den nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläu- wird die Vorspannung der linken oberen Kontaktfeder

tert. In den Zeichnungen zeigt 17 überwunden, bis die Kontaktfeder von ihrem Fest-

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein kontakt 19 abhebt, wobei dieser Bewegungsbereich in

elektromagnetisches Relais mit geschnittener Gehäuse- F i g. 4 mit b bezeichnet ist. Der Betätiger 21 wird nun

kappe, 35 noch ein Stück weiterbewegt, bis die von den beiden

F i g. 2 eine zerlegte Darstellung eines Teils des An- oberen Federn 17 aufgebrachten Kräfte einander gleich

kers und des Betätigers bei dem Relais nach F i g. 1, sind. Dieser dritte Bewegungsbereich ist in F i g. 4 mit c

F i g. 3 eine der F i g. 1 ähnliche Darstellung eines Re- bezeichnet. Innerhalb der Bewegungsbereiche a, b und c

lais gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel und liegt der Stift 22 des Betätigers 21 in der in F i g. 1 ge-

Fig.4 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Veranschauli- 40 zeigten Stellung an der Innenwand der Bohrung 23 im

chung der verschiedenen am Anker angreifenden Kräf- Anker an. Bei Weiterverschwenkung des Ankers 11

te. bleibt'der Betätiger 21 stehen, bis das zwischen dem

Das in F i g. 1 gezeigte polarisierte elektromagneti- Stift 22 und der Bohrung 23 vorhandene Spiel Überwunsche Relais mit bistabilem Schaltverhalten weist einen den ist (Bereich d in Fig.4). Anschließend wird der um einen zentrischen Zapfen 10 schwenkbar gelagerten, 45 Betätiger 21 vom Anker 11 mitgenommen, wobei am im wesentlichen H-förmigen Anker 11 auf, der zwei Ende des in F i g. 4 gezeigten Bewegungsbereiches e die parallel verlaufende Polplatten 12 und einen dazwischen rechte obere Kontaktfeder 17 an ihrem Festkontakt 19 angeordneten Dauermagnet 13 enthält. Die Polplatten zur Anlage kommt, am Ende des Bewegungsbereiches / 12 und der Dauermagnet 13 werden von einer Kunst- der Betätiger 24 sich von der rechten oberen Kontaktfestoff-Ummantelung 14 zusammengehalten. Zwischen 50 der 17 löst, und am Ende des Bewegungsbereiches g die den paarweise einander zugewandten Enden der Pol- andere Endstellung des Ankers 11 erreicht ist.
platten 12 befinden sich die nach oben ragenden Sehen- Wie vorstehend erläutert, findet innerhalb des mittlekel 15 eines im wesentlichen U-förmigen Jochs, dessen ren Bereiches d des Ankerhubes wegen des Spiels zwimittlerer Steg eine unter dem Anker 11 angeordnete (in sehen dem Stift 22 und der öffnung 23 keine Mitnahme Fig. 1 nicht sichtbare) Spule durchsetzt. Auf beiden 55 des Betätigers 21 statt, so daß sich der Anker 11 allein Längsseiten des Ankers 11 sind jeweils zwei im wesent- bewegt und keinerlei durch Federkräfte hervorgerufene liehen parallel zum Anker 11 verlaufende Kontaktfe- Reibungskräfte oder Reibungsmomente an ihm angreidern 17 angeordnet, die mit ihren inneren Enden jeweils fen. Daher kommen in diesem Bereich die in F i g. 4 mit an einem Kontaktanschluß 18 befestigt sind und an ih- ausgezogener Linie dargestellten Magnetkräfte voll zur rem äußeren Ende jeweils ein mit einem Festkontakt 19 60 Geltung, was bedeutet, daß die Ankerstellkraft beiderzusammenarbeitendes Kontaktstück 20 tragen. Die an seits des Nulldurchgangs zunächst ohne Verminderung jedem Ende des Ankers 11 einander gegenüberliegen- durch Feder- oder Reibungskräfte verhältnismäßig den Kontaktfedern 17 werden gemeinsam über einen rasch ansteigt. Beiderseits der Mittelstellung greifen am Betätiger 21 betätigt. Anker somit rasch wachsende Kräfte an, die den Anker

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Betätiger 21 im 65 in die betreffende Endstellung ziehen. Dadurch ist die

wesentlichen E-förmig gestaltet und greift mit einem Gefahr, daß der Anker in der Mittelstellung stehen

mittleren Stift 22 mit kreisrundem Querschnitt in eine in bleibt, im wesentlichen beseitigt,

der Kunststoff-Ummantelung 14 vorgesehene öffnung Bei der Umschaltbewegung des Ankers wird der Mit-

nehmer 21 nicht mit dem Anker 11 um den Zapfen 10 geschwenkt, sondern durch die an ihm jeweils anliegende Kontaktfeder bzw. -federn 17 im wesentlichen in seiner eigenen Längsrichtung verschoben, wobei Relativbewegungen zwischen den Kontaktfedern 17 und dem Betätiger 21 unterbleiben. Die bei herkömmlichen Relais in diesem Berührungsstellen stattfindende Gleitreibung tritt bei dem hier beschriebenen Relais nicht auf. Zwar tritt eine Reibung an der Lagerstelle zwischen dem Stift 22 und der öffnung 23 auf, doch handelt es sich hier wegen der kreisförmigen Gestaltung eher um eine rollende Reibung, die ohnehin geringer ist als eine Gleitreibung. Dazu kommt, daß der Hebel, unter dem die Reibungskraft ein Drehmoment am Anker ausübt, nur gleich dem Radius des Stiftes 22 ist, nicht dagegen gleich dem Abstand der Kontaktfeder 17 von der Mittelachse des Ankers, wie dies bei mit dem Anker fest verbundene Mitnehmer der Fall wäre. Das so verringerte Reibungsmoment bedeutet in Fig.4, daß der Bereich zwischen den beiden dünnen ausgezogenen Linien, die zu beiden Seiten der strichpunktierten Federkennlinie eingezeichnet sind, schmal ist. Auch dies führt dazu, daß der mittlere Bewegungsbereich des Ankers, in dem die Magnetkräfte unvermindert an ihm angreifen, möglichst breit wird.

Das in F i g. 3 gezeigte bistabile elektromagnetische Relais weist einen eine Spule 30 durchsetzenden stabförmigen Anker 31 auf, der um einen an seinem in F i g. 3 unteren Ende befindlichen Drehpunkt schwenkbar gelagert ist. Das obere Ende des Ankers ist zwischen den oberen Enden zweier Polplatten 32 hin- und herbewegbar, zwischen denen ein in F i g. 3 nicht sichtbarer Dauermagnet angeordnet ist. Zu beiden Seiten der Spule 30 und des Ankers 31 ist ein Paar von Kontaktfedern 37a, 37b angeordnet, die an ihrem unteren Ende jeweils an einem Kontaktanschluß 38 befestigt sind. An den oberen freien Enden der Kontaktfedern 37a, 376 sind jeweils mit Festkontakten 39a, 39b zusammenarbeitende Kontaktstücke 40 angebracht. Die Bewegung des Ankers 31 auf die Kontaktfedern 37a, 376 wird über einen Betätiger 41 übertragen, wobei die Kontaktfedern 37a, 376 in Aussparungen 44 des Betätigers 41 eingefügt sind. Die Kontaktfedern 37a, 37b jedes Paares sind dabei derart gegeneinander vorgespannt, daß sie federnd an den Begrenzungswänden der jeweiligen Aussparung

44 anliegen. Jede Kontaktfeder 37a, 37b bildet mit dem zugehörigen Festkontakt 39a, 39b im ersten Teil der Kontakt-Schließbewegung ebenso wie bei dem Relais nach F i g. 1 einen lift-off-Kontakt, im zweiten und letzten Teil der Kontakt-Schließbewegung dagegen einen flexure-Kontakt, wobei der Kontaktdruck durch den Betätiger über die jeweils andere Kontaktfeder verstärktwird.

Der Betätiger 41 ist mit einer zentrischen öffnung 43 versehen, die in Bewegungsrichtung des Betätigers 4t größer dimensioniert ist als die Breite des Ankers 31. Dadurch ergibt sich ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 1 in der Ankopplung zwischen Anker und Betätiger 41 ein Spiel, das die gleichen Wirkungen hat, wie oben beschrieben.

Die dem Anker 31 zugewandten Begrenzungsflächen

der Öffnung 43 sind jeweils um eine Achse gewölbt, die zur Längserstreckung des Ankers 31 und zur Bewegungsrichtung des Betätigers 41 senkrecht steht. Daher ist der Betätiger 41 gegenüber dem Anker 31 nicht nur in Betätigungsrichtung mit Spiel verschiebbar, sondern auch um den Anker 31 verschwenkbar. Diese Verschwenkbarkeit bedeutet, daß der Betätiger 41 trotz der Drehbewegung des Ankers 31 in seiner Längsrichtung bewegbar ist und daher Relativverschiebungen zwischen dem Betätiger 41 und den Kontaktfedern 37a, 37b vermieden werden. Auch in diesem Fall treten nur Reibungskräfte an der Berührungsstelle zwischen Betätiger 41 und Anker 31 auf, die sich aus der dort stattfindenden Abrollbewegung ergeben und außerdem nur mit einem der halben Breite des Ankers 3t entsprechenden Hebel ein Reibungsmoment erzeugen.

Bezüglich der flexure-Kontakte 37a, 396 ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 noch der oben geschilderte Vorteil, daß selbst dann, wenn der Anker 31 bei Bewegung etwa in die in F i g. 3 gezeigte linke Endstellung gelangt und dort am oberen Ende der Polplatte 32 anstößt, die daraus resultierenden Prellbewegungen wegen des zwischen Anker 31 und Betätiger 41 vorhandenen Spiels nicht unbedingt auf die linken Kontaktfedern 37a, 37b übertragen werden und daher kein Kontaktprellen zwischen der linken Kontaktfeder 37a und dem zugehörigen Festkontakt 396 bewirken, was bei starrer Verbindung zwischen Anker 31 und Betätiger 41 bzw. bei einer Anformung des Betätigers am Anker nach dem Stand der Technik der Fall wäre.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 den Betätiger in die Schließstellung gedrückt wird. Patentansprüche: Während der Umschaltung des Ankers von einer Endstellung in die andere tritt zwischen jeder Kontakt-

1. Elektromagnetisches Relais mit einem durch feder und dem zugehörigen Betätiger eine Relativverden Magnetfluß einer Spule (30) zwischen zwei End- 5 Schiebung auf, die in demjenigen Bereich, in dem die Stellungen verschwenkbaren länglichen Anker (11; Kontaktfeder am Betätiger anliegt, eine Reibungskraft 31) und einer von diesem über einen Betätiger (21; erzeugt. Die Relativbewegung beruht darauf, daß der 41) relativ zu einem Festkontakt (19; 39) bewegba- Drehpunkt des Ankers und damit des Betätigers nicht ren Kontaktfeder (17; 37), die im wesentlichen paral- mit dem effektiven Drehpunkt der Kontaktfeder zusam-IeI zum Anker (11; 31) verläuft und in einer Endstel- io menfällt und sich der letztere wegen der Verbiegung der lung sowie während eines Teils der Ankerbewegung Feder selbst verlagert. Diese Reibungskräfte erzeugen federnd am Betätiger (21; 41) anliegt, dadurch ein Reibungsmoment, das dem durch die Magnetkräfte gekennzeichnet, daß der Betätiger (21; 41) auf den Anker ausgeübten Drehmoment entgegenwirkt mit insbesondere in seiner Bewegungsrichtung wirk- und daher zur Erzielung vorgegebener Kontaktkräfte samen Spiel mit dem Anker (11; 31) gekoppelt ist. 15 entsprechend stärkere Magnetflüsse bedingt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Besonders kritisch wirkt sich das erwähnte Reibungsnet, daß der Betätiger (21) mit einem quer zu der moment bei bistabilen Relais in demjenigen mittleren Bewegungsrichtung verlaufenden Stift (22) in eine Bereich aus, in dem sowohl die am Anker angreifenden im Anker (11) vorgesehene öffnung (23) eingreift magnetischen Stellkräfte als auch die auf ihn einwirken- und daß die öffnung (23) in der Bewegungsrichtung 20 den Kontaktfederkräfte jeweils einander aufheben, größer dimensioniert ist als der Stift (22). Idealerweise stellt dieser neutrale Bereich einen Punkt

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- dar, der durch die träge Masse des Ankers überwunden net, daß der Stift (22) kreisförmigen Querschnitt auf- wird. Aufgrund des der Ankerbewegung stets entgegenweist und die öffnung (23) in der Bewegungsrich- wirkenden Reibungsmomentes ergibt sich jedoch ein tung einen größeren Durchmesser hat als der Stift 25 endlicher neutraler Bereich mit der Gefahr, daß der An-(22). ker, der etwa durch einen mechanischen Stoß oder

4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- durch einen einer Teilansteuerung entsprechenden net, daß der Anker (31) eine im Betätiger (41) vorge- elektrischen Impuls unbeabsichtigt in eine Mittelstelsehene Öffnung (43) durchsetzt und daß die öffnung lung gelangt, in dieser hängen bleibt. In dieser Stellung (43) in der Bewegungsrichtung größer dimensioniert 30 ist das Relais funktionsfähig, weil sich der Anker durch ist als der sie durchsetzende Abschnitt des Ankers normale Ansteuerung nicht mehr in eine seiner beiden (31). definierten Endstellungen bewegen läßt.

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- Bezüglich der oben erläuterten flexure-Kontakte, bei net, daß die dem Anker (31) in der Bewegungsrich- denen die Kontaktfeder durch den Betätiger in die tung zugewandten Begrenzungsflächen (45) der Öff- 35 Schließstellung gedrückt wird, tritt bei bekannten Relais nung (43) um eine zu der Bewegungsrichtung und ferner die Schwierigkeit auf, daß Prellbewegungen des zur Längserstreckung des Ankers (31) senkrechten Ankers bei Erreichen seiner durch einen Anschlag beAchse gewölbt sind, grenzten Endstellung auf die Kontaktfeder übertragen

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- werden und dort zu einem Kontaktprellen führen, durch gekennzeichnet, daß der Betätiger (21; 41) in 40 Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, einer zu der Bewegungsrichtung und zur Längser- Nachteile, wie sie bei vergleichbaren elektromagnetistreckung des Ankers (11; 31) quer verlaufenden sehen Relais nach dem Stand der Technik auftreten, Richtung am Anker (11; 31) einhängbar ist. mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, das

45 elektromagnetische Relais der eingangs bezeichneten

Gattung derart auszugestalten, daß das der Ankerdrehung entgegenwirkende Reibungsmoment verringert,

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnet!- bei bistabiler Ausführung das Problem der unerwünschsches Relais der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ten Mittelstellung weitgehend beseitigt und bei flexureangegebenen Gattung. 50 Kontakten ein Ankerprellen verursachtes Kontaktprel-

Ein derartiges Relais ist aus der USA-Patentschrift len vermieden wird.

Nr. 43 23 945 bekannt. Dort wird jede Kontaktfeder Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im

durch einen am Anker angeformten Betätiger derart Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Das geführt, daß sie, wenn der Anker durch Beaufschlagung danach in der Kopplung zwischen Betätiger und Anker der Relaisspule zwischen seinen beiden Endstellungen 55 grundsätzlich vorgesehene Spiel bewirkt, daß diejenige verschwenkt wird, zwischen einer mit einem Festkon- Stelle des Betätigers, an dem die Kontaktfeder unter takt gebildeten Schließstellung und einer Öffnungsstel· Spannung anliegt, der Kontaktfeder folgen kann, so daß lung bewegt wird. Jede Feder ist dabei so vorgespannt, eine Relativbewegung zwischen Betätiger und Kontaktdaß sie in einer der beiden Endstellungen des Ankers feder und die daraus resultierende Reibung beseitigt sowie während eines an diese Endstellung anschließen- 60 wird. Zwar ergibt sich nun eine Reibung an der Koppden Teils der Ankerbewegung federnd an ihrem Betäti- lungsstelle zwischen Betätiger und Anker, doch läßt sich ger anliegt. Die genannte Druckschrift zeigt dabei so- diese bei geeigneter Gestaltung der Lagerung wesentwohl sogenannte lift-off-Kontakte, bei denen die Kon- lieh reduzieren.

taktfeder in ihre Schließstellung vorgespannt ist und Da das genannte Spiel insbesondere in Bewegungsunter Anlage am Betätiger vom Festkontakt abgehoben 65 richtung des Betätigers vorhanden ist, ergibt sich bei wird, als auch sogenannte flexure-Kontakte, bei denen bistabilen Relais im mittleren Bewegungsbereich des die Kontaktfeder in die Öffnungsstellung vorgespannt Ankers ein Bereich, in dem der Betätiger durch die einist und bei entsprechender Bewegung des Ankers durch ander entgegengerichteten Kontaktfederkräfte gehal-