DE4219933A1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, welches folgende Merkmale aufweist:

• - einen isolierenden Grundkörper,
• - mindestens eine auf dem Grundkörper angeordnete Spule mit einer Wicklung und einem Kern,
• - ein mit einem ersten Kernende verbundenes Joch,
• - einen an dem Joch gelagerten, mit dem zweiten Kernende einen Luftspalt bildenden Anker,
• - mindestens eine zwischen Anker und Spule angeordnete Kontaktfeder, die in der Nähe der Anker-Lagerstelle an einem im Grundkörper verankerten Haltestift schwenkbar befestigt ist und mit ihrem freien Ende durch den Anker zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition umschaltbar ist, und
• - mindestens ein im Grundkörper verankertes Gegenkontakt­ element, welches in einer bestimmten Schaltposition des Ankers mit der Kontaktfeder einen Laststromkreis schließt,
• - wobei sich der Haltestift innerhalb des von Joch, Anker und Kern gebildeten Eisenkreises und das Gegenkontakt­ element sich zumindest mit einem Anschlußabschnitt au­ ßerhalb dieses Eisenkreises befinden.

Mit der in dieser Konstruktion vorgesehenen Anordnung der Kontaktfeder zwischen Anker und Spule läßt sich ein kom­ pakter Relaisaufbau schaffen, wobei die Kontaktfeder auf einfache Weise unmittelbar durch den Anker bei dessen An­ ziehung an den Kern betätigbar ist.

Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung der Kontaktfeder bei der Konstruk­ tion eines Umschaltrelais, wie es Gegenstand der älteren, nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 91111423.9 ist. Dort sind auf dem Grundkörper zwei ge­ trennt ansteuerbare Spulen mit je einer Wicklung und je einem Kern im wesentlichen zueinander axial ausgerichtet, wobei zwischen den einander zugewandten inneren Kernenden ein Luftspalt gebildet ist und die äußeren Kernenden mit einem Joch verbunden sind. Durch einen an einem Mittelbe­ reich des Joches gelagerten Anker können dort jeweils zwi­ schen Anker und Spule angeordnete Kontaktfedern durch den Anker wahlweise zwischen einer Ruheposition und einer Ar­ beitsposition umgeschaltet werden, wobei mindestens zwei im Grundkörper verankerte, feststehende Gegenkontaktele­ mente jeweils zumindest mit einer Kontaktfeder in minde­ stens einer von deren Schaltpositionen Kontakt geben.

Die hier vorgesehene Anordnung eines Haltestiftes für eine Kontaktfeder in dem Bereich zwischen Anker und Spule kann insofern die Funktion des Relais beeinflussen, als über die Kontaktfeder mit einem als Anschlußstift dienenden La­ gerstift und das Gegenkontaktelement bei geschlossenem Kontakt eine durch den Eisenkreis von Kern, Joch und Anker geführte Stromschleife gebildet werden kann, deren Magnet­ feld sich dem Erregerflußkreis der Spule überlagert. Je nach Flußrichtung in dieser Stromschleife kann der zusätz­ lich erzeugte Magnetfluß zu dem Erregerfluß gleichsinnig oder gegensinnig gerichtet sein und somit die Anzugskraft auf den Anker verstärken oder schwächen. Ein Problem kann allerdings dann entstehen, wenn ein sehr hoher Laststrom über einen Schließerkontakt bei angezogenem Anker fließt und dieser Laststrom über sein Magnetfeld den Anker auch nach Abschalten der Erregung im angezogenen Zustand fest­ hält, der Anker also nicht mehr abfallen kann. Solange nur ein einfaches Relais mit einer Kontaktfeder und einem An­ schlußstift zwischen Anker und Spule betroffen ist, läßt sich durch entsprechende Polung der Laststromanschlüsse ein solcher Zustand ausschließen. Bei einem Umschaltrelais mit zwei in Reihe liegenden Spulen, einem zwischenliegen­ den Anker und mit Kontaktfedern auf jeder Seite des Ankers läßt sich eine solche Kompensation aber nur in einer Rich­ tung durchführen, so daß das erwähnte Problem bei extrem hohen Schaltströmen auftreten kann.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, durch kon­ struktive Ausgestaltung eines Relaisaufbaus der eingangs genannten Art die Möglichkeit zu schaffen, daß die Schlei­ fenwirkung des zwischen Anker, Joch und Kern angeordneten Haltestiftes zumindest für bestimmte Anwendungen mit hohen Schaltströmen ausgeschaltet werden kann.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß ein Anschlußstift für die Kontaktfeder auf der der Kontaktfe­ der gegenüberliegenden Seite des Ankers oder des Joches im Grundkörper verankert ist und über einen den Anker bzw. das Joch übergreifenden Bügelabschnitt mit der Kontaktfe­ der leitend verbunden ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird also die Möglichkeit geschaffen, den Halte­ stift der betreffenden Kontaktfeder nicht als Stroman­ schluß zu verwenden, sondern den Schaltstrom über den An­ ker bzw. das Joch hinweg über den Bügelabschnitt der Kon­ taktfeder zuzuführen, so daß keine geschlossene Strom­ schleife den Eisenkreis des Magnetsystems durchzieht.

Für den eingangs erwähnten bevorzugten Anwendungsfall ei­ nes Umschaltrelais mit zwei Magnetsystemen und einem zwi­ schenliegenden Anker ist die erfindungsgemäße Lösung des geschilderten Problems dadurch erreicht, daß die Anschluß­ stifte beider Kontaktfedern im Bereich zwischen dem Anker und der einen Spule im Grundkörper verankert sind, wobei der eine Anschlußstift als Haltestift für die eine Kon­ taktfeder dient und der andere durch einen den Anker über­ greifenden Bügelabschnitt mit der anderen Kontaktfeder verbunden ist. Diese andere Kontaktfeder besitzt demnach einen Haltestift, der nicht als Anschlußstift dient oder zumindest nicht als solcher benutzt werden muß.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist es jedoch möglich, auch in diesem Fall den Haltestift der anderen Kontaktfeder ebenfalls als Anschlußstift auszubilden. So kann auch die­ ser weitere Anschlußstift anstelle des gegenüberliegenden Anschlußstiftes oder zusätzlich zu diesem zur Führung des Laststroms herangezogen werden. Somit kann für Anwendungs­ fälle, bei der die Schleifenwirkung erwünscht ist, für beide Kontaktfedern jeweils deren Haltestift auch als An­ schlußstift verwendet werden. Wird andererseits gewünscht, daß die Schleifenwirkung nur teilweise zur Geltung kommt, so kann der Haltestift dieser anderen Kontaktfeder zu dem mit ihm verbundenen getrennten Anschlußstift parallel ge­ schaltet werden, so daß der Laststrom je zur Hälfte über beide Stifte fließt. Die Schleifenwirkung beträgt dann ebenfalls nur etwa die Hälfte der Schleifenstromwirkung bei Führung des vollen Laststroms über den betreffenden Lagerstift.

In bevorzugter Ausgestaltung ist ein U-förmiger Anschluß­ bügel über den Anker greifend mit beiden Enden im Grund­ körper befestigt, wobei ein erster Schenkel den Anschluß­ stift und ein zweiter Schenkel einen Haltestift für die mit dem Anschlußstift verbundene Kontaktfeder bildet. Die­ ser U-förmige Anschlußbügel wird zweckmäßigerweise steck­ bar im Grundkörper befestigt, während der separate An­ schluß- und Haltestift der ersteren Kontaktfeder im Grund­ körper eingebettet sein kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein elektromagnetisches Umschaltrelais mit zwei Spulen und einem zwischenliegenden Anker in Draufsicht,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines etwa in der Mitte im Bereich des Ankers geschnittenen Relais gemäß Fi­ gur 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Einzelrelais mit nur einer Spule und einem An­ ker.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Relais besitzt einen Grundkörper 1, welcher zwei einstückig verbundene Spulen­ körper 2 und 3 sowie einen zwischen den beiden Spulenkör­ pern gebildeten Kontaktraum 4 aufweist. Auf dem Spulenkör­ per 2 ist zwischen zwei Flanschen 21 und 22 eine Wicklung 23, auf dem Spulenkörper 3 zwischen Flanschen 31 und 32 eine Wicklung 33 aufgebracht. Über getrennte Wicklungsan­ schlüsse können die beiden Spulen einzeln angesteuert und erregt werden.

In der Kontaktkammer 4 ist ein U-förmiges Kontaktblech 5 durch Einstecken befestigt, welches in einem Stück zwei Außenkontaktelemente 51 und 52 bildet und mit einem An­ schlußstift 53 durch den Boden des Grundkörpers geführt ist. Ein weiteres Kontaktblech 6 bildet ein Mittelkontakt­ element 61 und einen durch den Boden des Grundkörpers ge­ führten Anschlußstift 62. Die Außenkontaktelemente 51 und 52 sind jeweils mit einem Kontaktstück, das Mittelkontakt­ element 61 mit zwei Kontaktstücken versehen. Weiterhin sind in der Kontaktkammer 4 zwei Kontaktfedern 7 und 8 an­ geordnet, welche aus Blattfedermaterial bestehen. Jede Kontaktfeder ist an einem Befestigungsende zu einer Spann­ hülse gebogen und mit dieser auf einen Anschluß- und Hal­ testift 9 bzw. 10 aufgesteckt. Entgegengesetzt zu den Be­ festigungsenden bilden die Kontaktfedern jeweils kontakt­ gebende Enden 72 bzw. 82, welche jeweils beiderseits mit Kontaktstücken versehen sind und zwischen dem Mittelkon­ taktelement 61 und jeweils einem Gegenkontaktelement 51 bzw. 52 umschaltbar sind.

Die Kontaktfedern 7 und 8 sind jeweils zu dem Mittelkon­ taktelement 61 hin vorgespannt. In ihrem Mittelteil besit­ zen die Kontaktfedern jeweils einen nicht sichtbaren Aus­ schnitt, der an die Rundung des zugehörigen Spulenkerns angepaßt ist und eine freie Bewegung der Kontaktfeder oberhalb des Spulenkerns ermöglicht.

Auf den mit Wicklungen und Kontaktelementen versehenen Spulenkörper ist eine Joch-Anker-Baugruppe aufgesetzt. Sie besteht aus einem Joch 12 mit zwei Seitenabschnitten 121 und 122 sowie einem langgestreckten Mittelabschnitt 123. Dieses Joch ist auf die Spulenflansche 21 und 31 aufge­ steckt. Am Mittelabschnitt 123 des Joches ist außerdem ein Anker 13 gelagert, der mit Haltelappen 131 und 132 in ent­ sprechenden Lagerkerben des Joches gehalten wird.

Am Anker 13 sind beiderseits Schaltnocken 134 angeformt, die zur Betätigung der Kontaktfedern 7 und 8 dienen. Damit ist die Funktion aus der konstruktiven Gestaltung erkenn­ bar. Im Ruhezustand liegen beide Kontaktfedern 7 und 8 mit ihren kontaktgebenden Enden an dem Mittelkontaktelement 61 an. Je nach Erregung einer Wicklung 23 oder 33 wird der Anker an einen zugehörigen Kern 14 oder 15 angezogen, wo­ bei er die zugehörige Kontaktfeder 7 oder 8 mit dem ent­ sprechenden Außenkontaktelement 51 oder 52 in Kontakt bringt. Die jeweils andere Kontaktfeder bleibt dabei auf dem Mittelkontaktelement 61 liegen bzw. kehrt zu diesem zurück.

Werden nun die beiden Haltestifte 9 und 10 jeweils auch als Anschlußstifte für die beiden Kontaktfedern verwendet, derart, daß der Schaltstrom über den einen oder den ande­ ren Haltestift fließt, so kann bei sehr hohen Schaltströ­ men durch die auf diese Weise gebildete Stromschleife im Eisenkreis von Kern, Joch und Anker ein derart starkes zu­ sätzliches Magnetfeld erzeugt werden, daß unter Umständen der Anker in den betreffenden Kreis auch nach Abschalten der Erregung nicht mehr abfällt. Aus diesem Grund ist ein zusätzlicher Anschlußstift 110 in dem Bereich zwischen dem Anker 13 und der Spulenwicklung 33 vorgesehen, der über einen Bügelabschnitt 111 den Anker übergreift und mit dem Haltestift 9 der Kontaktfeder 7 verbunden ist. Bei der dargestellten Konstruktion bildet der Anschlußstift 110 mit dem Bügelabschnitt 111 und dem Haltestift 9 einen U-förmigen Anschlußbügel, der im Grundkörper durch Ein­ stecken befestigt ist. Denkbar wäre allerdings auch, einen Anschlußstift 110 und einen Haltestift 9 ebenso wie den Halte- und Anschlußstift 10 im Grundkörper durch Einbetten zu befestigen und einen Bügelabschnitt 111 über den Anker zu biegen und am jeweils gegenüberliegenden Teil zu ver­ schweißen oder sonstwie zu befestigen.

Bei dieser Anordnung beider Anschlüsse im Bereich der ei­ nen Spule erfolgt auf dieser Seite eine Kompensation der Lastschleifenwirkung, während der Magnetkreis der anderen Spule ohnehin frei von einer Lastschleife ist.

Bei einem Einsatz des Relais als Umpolrelais fließt der Schaltstrom I jeweils in den beiden Kontaktfedern und in deren Anschlußstiften in entgegengesetzter Richtung. Da nun die beiden Anschlußstifte 10 und 110 auf einer Seite des Ankers im Eisenkreis der Wicklung 33 liegen, hebt sich ihre jeweilige Stromschleifenwirkung im wesentlichen auf, während im Eisenkreis der Wicklung 23 keine Stromschlei­ fenwirkung entsteht, solange der Haltestift 9 den Schalt­ strom nicht führt. Soll jedoch gezielt eine Stromschlei­ fenwirkung erzeugt werden, so kann der Haltestift 9 auch als Anschlußstift anstelle des Stiftes 110 Verwendung fin­ den. Denkbar ist es insbesondere, beide Anschlußstifte 9 und 110 außerhalb des Relais parallel zu schalten und so über jeden der Stifte je die Hälfte des Schaltstroms zu führen. Durch diese Stromteilung erreicht man eine Schlei­ fenwirkung von etwa 50% gegenüber der vollen Schleifen­ wirkung, was bei bestimmten Lastfällen, z. B. bei Lampen­ last, von Vorteil sein kann.

Fig. 3 zeigt in einer leichten Abwandlung gegenüber Fig. 2 ein Einzelrelais, bei dem ebenfalls ein Haltestift zwi­ schen dem Anker und der nunmehr einzigen Spule angeordnet ist, jedoch die Stromschleifenwirkung ausgeschaltet wird. Bei diesem Aufbau trägt ein Grundkörper 201 einen Spulen­ körper 202 mit einer Wicklung 223, einen Kern 214 und ei­ nem Joch 212. Ein Anker 213 ist an dem Joch 212 in ähnli­ cher Weise wie bei der Ausführung von Fig. 2 gelagert. Außerdem ist zwischen dem Anker 213 und einem Spulen­ flansch 222 eine Kontaktfeder 207 befestigt. Diese Kon­ taktfeder 207 ist zwischen zwei Gegenkontaktelementen 251 und 261 umschaltbar. Der gesamte Aufbau ist ähnlich wie bei dem vorher beschriebenen Relais, abgesehen davon, daß das zweite Spulensystem fehlt und dementsprechend der Grundkörper und das Joch nur annähernd halb so groß sind wie im vorhergehenden Fall und die übrigen Teile entspre­ chend angepaßt sind.

Um auch in diesem Fall die Stromschleifenwirkung ausschal­ ten zu können, ist die Kontaktfeder 7 zwar auf einem Hal­ testift 209 befestigt, doch erfolgt die Stromzuführung über einen Anschlußstift 210, der über einen Bügelab­ schnitt 211 mit der Kontaktfeder leitend verbunden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist im übrigen der Anschluß­ stift 210 mit dem Bügelabschnitt 211 und dem Haltestift 209 einteilig als U-förmig gebogenes Drahtelement ausge­ bildet, das im Grundkörper 201 durch Einstecken befestigt ist. Auch in diesem Fall ist es, wie vorher beschrieben, möglich, durch entsprechende Führung des Laststroms nur über den Anschlußstift 210 ganz auszuschalten oder durch zusätzlichen Anschluß des Haltestiftes 209 diese Strom­ schleifenwirkung ganz oder teilweise mit zu nutzen.

Claims (5)

1. Elektromagnetisches Relais, welches folgende Merkmale aufweist:

• - einen isolierenden Grundkörper (1; 201),
• - mindestens eine auf dem Grundkörper angeordnete Spule (23, 33; 223) mit einem Kern,
• - ein mit einem ersten Kernende verbundenes Joch (12; 212),
• - einen an dem Joch gelagerten, mit dem zweiten Kernende einen Luftspalt bildenden Anker (13; 213),
• - mindestens eine zwischen Anker (13; 213) und Spule (23, 33; 223) angeordnete Kontaktfeder (7, 8; 207), die in der Nähe der Anker-Lagerstelle an einem im Grundkörper verankerten Haltestift (9, 10; 209) befestigt ist und mit ihrem freien Ende durch den Anker zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition umschaltbar ist, und
• - mindestens ein in dem Grundkörper verankertes Gegenkon­ taktelement (51, 52, 61; 251, 261), welches in einer bestimmten Schaltposition des Ankers mit der Kontaktfe­ der einen Laststromkreis schließt,
• - wobei sich der Haltestift (9; 209) innerhalb des von Joch, Anker und Kern gebildeten Eisenkreises und das Gegenkontaktelement sich zumindest mit einem Anschluß abschnitt außerhalb dieses Eisenkreises befindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußstift (110; 210) für die Kontaktfeder (7; 207) auf der der Kontaktfeder gegenüberliegenden Seite des Ankers (13; 213) oder des Joches (12; 212) im Grundkörper (1; 201) verankert ist und über einen den Anker bzw. das Joch übergreifenden Bügelabschnitt (111; 211) mit der Kontakt­ feder leitend verbunden ist.

2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, welches aufweist:

• - zwei auf dem Grundkörper (1) angeordnete, getrennt an­ steuerbare Spulen mit je einer Wicklung (23, 33) und je einem Kern (14, 15), welche zueinander im wesentlichen axial ausgerichtet sind, wobei zwischen den einander zugewandten inneren Kernenden ein Luftspalt gebildet ist;
• - ein die äußeren Kernenden verbindendes Joch (12),
• - mindestens einen an einem Mittelbereich des Joches (12) gelagerten, in dem Luftspalt zwischen den inneren Kern­ enden angeordneten Anker (13),
• - mindestens zwei, jeweils zwischen Anker (13) und Spule angeordnete Kontaktfedern (7, 8), die in der Nähe von der Anker-Lagerstelle befestigt sind und mit ihren freien, kontaktgebenden Enden (72, 82) jeweils durch den Anker (13) zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition umschaltbar sind, und
• - mindestens zwei im Grundkörper verankerte, feststehende Gegenkontaktelemente (5, 6), welche jeweils zumindest mit einer Kontaktfeder (7, 8) in mindestens einer von deren Schaltpositionen Kontakt geben, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte (10, 110) beider Kontaktfedern (7, 8) im Bereich zwischen dem Anker (13) und der einen Spule (33) im Grundkörper (1) verankert sind, wobei der eine An­ schlußstift (10) als Haltestift für die eine Kontaktfeder (8) dient und der andere durch einen den Anker (13) über­ greifenden Bügelabschnitt (111) mit der anderen Kontaktfe­ der (7) leitend verbunden ist.

3. Relais nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestift (9) der anderen Kontaktfeder (7) zusätzlich als Anschlußstift aus­ gebildet ist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiger Anschluß­ bügel (110, 111, 9; 210, 211, 209) über den Anker (13; 213) greifend mit beiden Enden im Grundkörper (1; 201) be­ festigt ist, wobei ein erster Schenkel den Anschlußstift (110; 210) und ein zweiter Schenkel einen Haltestift (9; 209) für die Kontaktfeder (7; 207) bildet.

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der U-förmige Anschlußbügel steck­ bar im Grundkörper befestigt ist.