DE4300594A1 - Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem Kontaktsatz und monostabilem Antrieb - Google Patents
Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem Kontaktsatz und monostabilem AntriebInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sicherheits
relais nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Sicherheitsrelais ist mit mehreren Patenten
der Anmelderin bekannt geworden, wobei der Kontaktsatz
zwangsgeführt ist und die einzelnen Kontakte
gegeneinander abgekammert sind, so daß beim Bruch einer
Kontaktfeder es vermieden wird, daß diese Kontaktfeder in
die Kammer der benachbarten Kontaktfeder hinein gerät.
Eine Zwangsführung dieses Kontaktsatzes bedeutet in an sich
bekannter Weise, daß der Betätiger alle Schaltfedern
erfaßt und diese entweder in die eine oder die andere
Lage bringt.
Ein derartiges Sicherheitsrelais hat sich in großem Umfang
bewährt, es ist aber wünschenswert, daß dem Antrieb eine
kleinere Leistungsaufnahme zugeordnet wird und daß insgesamt
das bekannte Relais miniaturisiert wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Sicherheitsrelais der eingangs genannten Art so weiterzu
bilden, daß bei kleinerer Leistungsaufnahme eine Miniatu
risierung des gesamten Relais gegeben ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch
die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß nun das an sich
bekannte Antriebssystem mit einem Klappanker erfindungs
gemäß ersetzt wird durch ein Antriebssystem mit einem
asymmetrisch wirkenden H-Anker, und daß dieser H-Anker mit
seiner Längsachse etwa parallel zur Längsachse der Antriebs
spule angeordnet ist und daß die Drehachse dieses H-Ankers
senkrecht zur Längsachse der Antriebsspule angeordnet ist,
und daß ferner der H-Anker magnetisch asymmetrisch ausge
bildet ist.
Mit der gegebenen technische Lehre ergibt sich nun der
wesentliche Vorteil, daß mit einem Relais mit zwangsgeführtem
Kontaktsatz, welches wegen der Zwangsführung der Kontakte
relativ große Kontaktabstände benötigt und deshalb einen
relativ großen Hub des Antriebssystems voraussetzt, diese
Voraussetzungen nun durch einen magnetisch asymmetrisch
wirkenden H-Anker gewährleistet werden.
Ein H-Anker gestattet einen großen Hub, der - sofern der H-
Anker magnetisch symmetrisch wirkend ausgebildet ist -
symmetrisch wirkt.
Mit einem magnetisch asymmetrisch wirkenden H-Anker kann
ein monostabiles Verhalten des Relais bewirkt werden.
Mit der Verwendung eines H-Ankers besteht der Vorteil,
daß eine Kraft-Hub-Kurve erreicht wird, deren Endkräfte
unabhängig vom Hub sind.
Ein nicht gepoltes Relais mit einem Klappanker hat diese
Charakteristik nicht, denn bei einem Klappanker reduziert
sich die Anfangskraft mit größer werdendem Hub, d. h. die
Anfangskraft ist von dem Hub abhängig, während dies bei einem
H-Anker nicht der Fall ist.
Die Anfangskraft ist hierbei die Kraft, die benötigt wird,
die Kontakte des Kontaktsatzes aus ihrer Ruhelage zu bringen.
Um ein derartiges Relais in seinem Gesamtvolumen miniaturi
sieren zu können werden zunächst einmal die gesamten Kompo
nenten dieses Relais kleiner gebaut, was allerdings mit dem
Nachteil verbunden ist, daß auch die Kontaktabstände zwischen
den einzelnen Federn relativ klein werden, wodurch die vorge
schriebenen Mindestabstände zwischen den Kontaktfedern unter
schritten werden. Hier ist es aber Voraussetzung, daß man einen
großen Kontaktabstand einhält, was einen großen Hub vom
Antriebssystem verlangt.
Symmetrische H-Anker bieten die Möglichkeit große Hubwege
zu erreichen, sie bewirken aber gleichzeitig ein bistabiles
Verhalten des Antriebes. Um ein monostabiles Verhalten zu
erreichen, wird deshalb erfindungsgemäß der H-Anker in
seiner magnetischen Wirkung zur mechanischen Symmetrie
verschoben. Die Endkräfte des Antriebes werden damit
asymmetrisch, wodurch ein monostabiles Verhalten erreicht
wird.
Definition eines monostabilen Verhaltens ist, daß nach
Weglassen der Antriebserregung der Kontaktsatz sich
selbsttätig aus der Arbeitslage in seine Ruhelage bewegt.
Das Wesen der Erfindung liegt also darin, daß man bei einem
kleineren Volumen eines Sicherheitsrelais der eingangs
genannten Art trotzdem die gleichen Kontaktabstände erreicht,
wie sie bei einem wesentlich größeren Sicherheitsrelais
vorhanden sind. Die damit notwendige Vergrößerung des Hubes
wird durch die Verwendung eines H-Ankers ermöglicht.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt
sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentan
sprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Pa
tentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, ein
schließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und
Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte
räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht,
soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand
der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen
Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Er
findung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisiert einen Schnitt durch ein Relais nach
der Erfindung;
Fig. 2 die Draufsicht auf die Bodenplatte des Relais;
Fig. 3 schematisiert eine Draufsicht auf den H-Anker;
Fig. 4 das Antriebskraft-Hub-Diagramm für verschiedene
H-Anker-Ausführungen.
Bezüglich der Erläuterung der Funktion eines Sicherheits
relais nach der Erfindung wird auf die älteren Patente des
gleichen Anmelders hingewiesen. Die dortige Offenbarung
soll vollinhaltlich von der vorliegenden Offenbarung umfaßt
sein.
Das Relais weist eine Haube 1 auf, die einen Kontaktsatz
träger 2 übergreift, der als werkstoffeinstückiges
Kunststoffteil eine Reihe von Komponenten des Relais
aufnimmt.
In den Kontaktsatzträger 2 wird der komplette Antrieb des
Relais als Rastteil eingerastet, wobei die Antriebsspule
3 mit den Jochschenkeln 4, 5 und dem H-Anker 6 als
zusammengesetztes Teil in den Kontaktsatzträger eingerastet
werden. Hierbei greifen die Jochschenkel 4, 5 mit seitlichen
Ansätzen in zugeordnete Ausnehmungen 13 am Kontaktsatz
träger 2 ein und sind dort verrastet.
Der H-Anker hat in seiner Drehachse 11 einen nicht näher
dargestellten Lagerzapfen, welcher ebenfalls in eine zuge
ordnete Ausnehmung im Kontaktsatzträger eingreift. Hierbei
ist Teil des Kontaktsatzträgers 2 ein etwa U-förmigfreige
stelltes Lagerstück 10, welches eine mittlere Ausnehmung
definiert, durch welche der Lagerzapfen des H-Ankers hindurch
greift und dort drehbar gelagert ist.
Die beiden Jochschenkel 4, 5 sind etwa U-förmig gebogen und
liegen aneinander im Bereich des Spuleninnenrohres 30 an,
wobei die beiden Endseiten jedes Jochschenkels 4, 5 an einander
gegenüberliegenden Seiten der Antriebsspule 3 herausragen.
Gemäß der Fig. 3 greifen die Jochschenkel 4, 5 in den
Zwischenraum des etwa H-förmig profilierten H-Ankers ein,
wobei der H-Anker im wesentlichen aus zwei parallel
zueinander angeordneten Ankerplatten 7, 8 besteht, zwischen
denen ein Permanentmagnet 9 angeordnet ist. Der Permanent
magnet 9 ist zusammen mit den Ankerplatten 7, 8 umspritzt,
wobei die Ankerplatten aus einem ferromagnetischen Material
bestehen.
Die Kraft-Hub-Kennlinie eines symmetrischen H-Ankers ist
mit der Kurve 32 in dem Diagramm nach Fig. 4 dargestellt.
Hierbei ergibt sich, daß in den Endlagen die erreichbaren
Endkräfte gleich groß und maximal sind, wobei der Gesamthub
des H-Ankers durch die Ordinate des Diagramms einerseits
und durch die Gerade 34 andererseits definiert ist.
Bei Pos. 33 erfolgt der Schnittpunkt mit der Abzisse. In
diesem Punkt ist die Antriebskraft gleich Null.
Um nun den an sich symmetrisch wirkenden H-Anker 6 unter
Beibehaltung seiner mechanischen Symmetrie asymmetrisch
wirken zu lassen, werden erfindungsgemäß in die diagonal
bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegenden Teile
der Ankerplatten 7, 8 nächst den Jochschenkeln 4, 5 angeordnete
Ausnehmungen 40, 41 angeordnet sind, die mit einem dia- oder
paramagnetischen Werkstoff 43 gefüllt sind. Dieser Werkstoff
kann z. B. ein Kunststoffmaterial oder dgl. sein. Aufgrund
dieser Asymmetrie diagonal einander gegenüberliegender Anker
platten 7, 8 nimmt der H-Anker eine monostabile Lage ein, denn
er verschwenkt in Pfeilrichtung 31 im Gegenuhrzeigersinn um
seine Drehachse 11 und legt sich mit den den Ausnehmungen
40, 41 gegenüberliegenden Teilen der Ankerplatten 7, 8 an
den zugeordneten Jochschenkeln 4, 5 an.
Im Diagramm der Fig. 4 bedeutet dies, daß aufgrund der
Asymmetrie nach Fig. 3 der Hub des Antriebssystems um die
Differenz 44 zwischen den Geraden 34, 35 magnetisch verlängert
wird.
Die sich dadurch ergebende Kurve 36 schneidet dann bei
Pos. 37 die Abzisse, wobei der Abstand zwischen der
Pos. 37 und der Pos. 36 der Hälfte der Differenz 44
entspricht.
Im Schnittpunkt 38 schneidet diese Kurve 36 die Gerade 34.
Erfindungsgemäß wird nun der Hub des H-Ankers (d. h. der
Schwenkwinkel) mechanisch begrenzt. Damit wird die an sich
vorhandene hohe Endkraft bei Pos. 45 begrenzt; die Kurve
wird im Schnittpunkt 38 mit der Geraden 34 abgebrochen
und das Antriebssystem hat nur noch die Restkraft 39. Diese
Restkraft 38 bewirkt, daß, wenn man den H-Anker 6 in der der
Pfeilrichtung 31 entgegen gesetzten Schwenklage bringt, daß
diese magnetische Restkraft 39 wirkt und muß diese vom Kontakt
satz zum Erreichen der Ruhelage überwunden werden.
Wenn man das Relais also in die Arbeitslage entgegen der
Pfeilrichtung 31 bringen will, verbleibt eine Restkraft
39, welche versucht, diese Arbeitslage aufrechtzuerhalten
und deshalb vom Kontaktsatz überwunden werden muß. Wenn
diese Kraft zu groß werden würde, wäre das Relais
bistabil. Man versucht, diese Restkraft 39 klein zu machen,
bekommt sie jedoch nicht auf Null, weil andernfalls
der Hub u. a. zu stark reduziert würde.
Diesem Kraft-Hub-Verlauf der Kurve 36 wird die elektro
magnetische Wirkung der Spule 3 überlagert. Die Kurve 46
in Fig. 4 zeigt den resultierenden Kraft-Hub-Verlauf, welcher
auf den Kontaktsatz wirkt. Bei Pos. 47 wird ebenfalls eine
Endkraft erreicht, die auf den Kontaktsatz wirkt. Der
Kraft-Hub-Verlauf des Kontaktsatzes muß im Bereich zwischen
der Kurve 37 und der Kurve 46 verlaufen, um ein mono
stabiles Verhalten des Relais zu erreichen. Liegt der
Kraft-Hub-Verlauf des Kontaktsatzes außerhalb, d. h. inner
halb des durch die Pos. 37, 38, 48 begrenzten Dreieckes,
dann wird das Verhalten des Relais bistabil.
Beim Verschwenken des H-Ankers aus seiner Ruhelage in die
vom Antriebssystem bewirkte Arbeitslage wird somit der Be
tätiger 20 in Fig. 1 nach oben bewegt und schaltet die
einzelnen Kontakte des Kontaktsatzes 16.
Hierbei sind mehrere Kontakte jeweils in einzelnen,
voneinander abgekammerten Kammern angeordnet, wobei die
einzelnen Kammern durch Kammerwände 14 (in Richtung zum
Antrieb) und durch weitere Kammerwände 21, 22, 23 abge
kammert sind. Die äußere Begrenzung erfolgt durch die
Stirnwand 24, an deren Außenseite eine Rückstellfeder 17
anliegt, die mit einer Justierschraube 18 in ihrer
Federkraft verändert werden kann und die mit ihrem freien,
schwenkbaren Ende an der Außenseite des Betätigers 20
anliegt.
Bestandteil des Kontaktsatzträgers 2 ist im übrigen ein
Kunststoffkörper 15, der die Jochschenkel in Richtung zur
Bodenplatte 25 abdeckt.
Die Kontakte 16 sind in Form von Anschlußstiften 19 durch die
Bodenplatte 25 hindurchgeführt, wobei die Bodenplatte 25
werkstoffeinstückig mit dem Kontaktsatzträger 2 verbunden
ist. Wichtig hierbei ist, daß eine große Kriechstrecke zwischen
den einzelnen nebeneinanderliegenden Anschlußstiften 19 gemäß
Fig. 2 erreicht wird. Hierbei ist es an sich bekannt, die
Anschlußstifte in Schlitzen 26, 27 zu lagern, wobei diese
Schlitze von der Außenseite der Bodenplatte nach innen gehend
ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine einfache Montage der
Anschlußstifte 19 in diesen Schlitzen 26, 27.
An der vorderen Seite des Kontaktsatzträgers 2 sind im
übrigen noch Spulenanschlüsse 29 angeordnet.
Mit der erfindungsgemäßen technischen Lehre wird also
ein Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem Kontaktsatz
gewährleistet, bei dem es nun erstmals möglich ist,
mit relativ kleinen Gesamtabmessungen des Relais trotzdem
hohe Kontaktabstände zu gewährleisten, weil mit der Ver
wendung des asymmetrisch wirkenden H-Ankers ein großer Hub
des Betätigers 20 erzielt wird und dadurch große Kontakt
abstände ermöglichst werden. Die asymmetrische Wirkung des
H-Ankers hat den Vorteil, daß in der Ruhelage die Kontakte
des Kontaktsatzes in einer definierten Stellung gehalten
werden, ohne Rückwirkungen des Ankers auf den Kontaktsatz.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch
die Verwendung eines asymmetrisch wirkenden H-Ankers 6
es nicht zu einer unerwünschten Mitnahme von verschweißten
Kontakten kommt, auch wenn der Strom durch die Spule 3 des
Antriebssystems wesentlich erhöht wird. Dies liegt daran, daß
auch bei wesentlicher Steigerung des Stromflusses durch die
Spule der H-Anker nur verschwenkt wird aufgrund der Differenz
der Magnetflüsse zwischen den einander gegenüberliegenden
Ankerplatten 4, 5. Das führt dazu, daß auch bei Einleitung
hoher Ströme in die Spule des Antriebssystems die Antriebskraft
auf die Kontakte des Kontaktsatzes auf einen bestimmten Wert
begrenzt bleibt und damit nicht die Gefahr besteht, daß bei
einem verschweißten Öffner auch Schließer geschlossen werden
können, weil die Antriebskraft nicht ausreicht, den Kontaktsatz
in sich so zu deformieren oder zu verbiegen, daß dieser
unzulässige Zustand erreicht wird. Dies ist ein wesentlicher
Vorteil des asymmetrisch wirkenden H-Ankers, der in Verbindung
mit dem beschriebenen Sicherheitskonzept (zwangsgeführter
Kontaktsatz) zu dem erfindungsgemäßen Erfolg führt.
Im übrigen weist der H-Anker 6 eine oben liegende Betätiger
platte 49 auf, die mit der oberen Ankerplatte 7 verbunden
ist und an welcher der Betätiger 20 anliegt.
Zeichnungs-Legende
1 Haube
2 Kontaktsatzträger
3 Antriebsspule
4 Jochschenkel
5 Jochschenkel
6 H-Anker
7 Ankerplatte
8 Ankerplatte
9 Permanentmagnet
10 Lagerstück
11 Drehachse
13 Ausnehmung
14 Kammerwand
15 Kunststoffkörper
16 Kontaktsatz
17 Rückstellfeder
18 Justierschraube
19 Anschlußstift
20 Betätiger
21 Kammerwand
22 Kammerwand
23 Kammerwand
24 Stirnwand
25 Bodenplatte
26 Schlitz
27 Schlitz
28 geschlossene Schlitzabdeckung
29 Spulenanschluß
30 Spuleninnenrohr
31 Pfeilrichtung
32 Kurve
33 Position
34 Gerade
35 Gerade
36 Kurve
37 Position
38 Schnittpunkt
39 Restkraft
40 Ausnehmung
41 Ausnehmung
43 Werkstoff
44 Differenz
45 Position
46 Kurve
47 Position
48 Position
49 Betätigerplatte
2 Kontaktsatzträger
3 Antriebsspule
4 Jochschenkel
5 Jochschenkel
6 H-Anker
7 Ankerplatte
8 Ankerplatte
9 Permanentmagnet
10 Lagerstück
11 Drehachse
13 Ausnehmung
14 Kammerwand
15 Kunststoffkörper
16 Kontaktsatz
17 Rückstellfeder
18 Justierschraube
19 Anschlußstift
20 Betätiger
21 Kammerwand
22 Kammerwand
23 Kammerwand
24 Stirnwand
25 Bodenplatte
26 Schlitz
27 Schlitz
28 geschlossene Schlitzabdeckung
29 Spulenanschluß
30 Spuleninnenrohr
31 Pfeilrichtung
32 Kurve
33 Position
34 Gerade
35 Gerade
36 Kurve
37 Position
38 Schnittpunkt
39 Restkraft
40 Ausnehmung
41 Ausnehmung
43 Werkstoff
44 Differenz
45 Position
46 Kurve
47 Position
48 Position
49 Betätigerplatte
Claims (2)
1. Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem Kontaktsatz
und gepoltem monostabilem Antrieb, wobei die einzelnen Kontakt
federsätze gegeneinander abgekammert sind und von einem
gemeinsamen Betätiger betätigt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Antrieb ein mechanisch
symmetrischer H-Anker (6), der mit einem Permanentmagnet (9)
magnetisch asymmetrisch wirkend ausgebildet ist, vorgesehen
ist, und daß der H-Anker (6) mit seiner Längsachse etwa
parallel zur Längsachse der Antriebsspule (3) angeordnet ist,
wobei die Drehachse (11) des H-Ankers (6) senkrecht zur
Längsachse der Antriebsspule (3) steht und der Betätiger (20)
im Kontaktsatz von einer in Verlängerung des H-Ankers (6)
angeordneten Betätigerplatte (49) bewegt wird.
2. Sicherheitsrelais nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der H-Anker (6) zwei
parallel zueinander angeordnete Ankerplatten (7, 8)
aufweist, zwischen denen die Jochschenkel (4, 5) eingreifen,
wobei asymmetrisch in diagonal einander gegenüberliegenden
Teilen der Ankerplatten (7, 8) Ausnehmungen (40, 41)
vorgesehen sind, die einen dia- oder paramagnetischen
Werkstoff (43) aufweisen.
Priority Applications (9)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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DE4300594A1 true DE4300594A1 (de) | 1994-07-14 |
Family
ID=6478035
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4300594A Ceased DE4300594A1 (de) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem Kontaktsatz und monostabilem Antrieb |
DE59403362T Expired - Lifetime DE59403362D1 (de) | 1993-01-13 | 1994-01-13 | Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem kontaktsatz und monostabilem antrieb |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59403362T Expired - Lifetime DE59403362D1 (de) | 1993-01-13 | 1994-01-13 | Sicherheitsrelais mit zwangsgeführtem kontaktsatz und monostabilem antrieb |
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EP (1) | EP0630517B1 (de) |
JP (1) | JP3388473B2 (de) |
AT (1) | ATE155609T1 (de) |
CA (1) | CA2131889A1 (de) |
DE (2) | DE4300594A1 (de) |
DK (1) | DK0630517T3 (de) |
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