DE69119073T2

DE69119073T2 - Solenoid betätigte schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE69119073T2
Application number: DE69119073T
Authority: DE
Inventors: Richard Anthony Connell; Brian Darlow; Alan Godfrey
Original assignee: BLP Components Ltd
Current assignee: BLP Components Ltd
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2011-06-01
Also published as: WO1991019313A1; EP0532586B1; WO1991019314A1; AU8090091A; DE69119073D1; GB9012475D0; US5227750A; AU7979591A; EP0532586A1

Description

Gebiet der Erfindung

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf solenoidbetätige Schaltvorrichtungen, z.B. Relais, die Solenoidbetätiger aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Beispielsweise aus GB 21 54 371 und GB 22 02 378 sind Kontaktunterbrecher bekannt, die einen einen beweglichen Kontakt aufnehmenden Schwenkanker aufweisen und einen Permanentmagneten zur Verriegelung des Ankers in Positionen entsprechend den Offen- oder Geschlossen-Kontaktpositionen des Kontaktunterbrechers besitzen. Eine derartige Anordnung ergibt eine Vorrichtung, die eine unzureichende elektrische Isolierung zwischen den N iederspannungs-Schaltwicklungen und dem Hochspannungs- Kontaktunterbrecherabschnitt ergibt.
EP-A- 0 321 664 beschreibt eine Schaltvorrichtung (die nachstehend als "Vorrichtung der beschriebenen Art" bezeichnet wird), die einen Solenoidbetätiger, einen aus elektrisch isolierendem Material bestehenden, zur Bewegung durch den Betätiger schwenkbar befestigten Hebel, ein einen Schalterkontakt aufnehmendes Element mit einem beweglichen Kontakt am einen Ende zum Eingriff mit einem Festkontakt, und eine Verbindungsvorrichtung, die den Hebel mit dem den Kontakt aufnehmenden Element verbindet, um die Kontakte zwischen Offen- und Geschlossen-Zuständen zu bewegen, aufweist. Eine derartige bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß während oder nach der Herstellung die Einstellung für die Kontakttrennung zwischen den festen und den beweglichen Kontakten unzureichend ist.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ei ne verbesserte, solenoidbetätigte Schaltvorrichtung ohne die vorstehenden Nachteile zu schaffen.

Beschreibung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung der vorbeschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktaufnahmeelement die Form eines Messerkontaktes aufweist, der an seinem anderen Ende fest verbunden und flexibel ausgebildet ist, so daß eine Bewegung des einen Endes möglich ist, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die den Solenoidbetätiger einstellbar befestigt, damit eine Kontakttrennung zwischen den festen und den beweglichen Kontakten auf einfache Weise einstellbar ist.
Das den Kontakt aufnehmende Element kann die Form eines Messerkontaktes haben, der im wesentlichen parallel zur Achse des Solenoidbetätigers verläuft, und der Hebel ist so gekröpft, daß er einen ersten Arm bildet, der mit dem Messerkontakt ausgerichtet ist.
Die Schaltvorrichtung kann ferner eine elektrisch isolierende Wand aufweisen, die zwischen dem Solenoidbetätiger und dem ersten Arm des Hebels befestigt ist.
Vorzugsweise weist die Verbindungsvorrichtung eine Kompressionsfeder auf, die zwischen dem ersten Arm und dem den Kontakt aufnehmenden Element angreift. In diesem Fall kann die nachgiebige Verbindung ein U-förmiges Bauteil aufweisen, das sich über das den Kontakt aufnehmende Element erstreckt und mit dessen entfernter Seite in Eingriff bringbar ist, um den beweglichen Kontakt zu öffnen.
Eine zweite Feder kann zwischen einem festen Teil der Vorrichtung und dem U- förmigen Bauteil angeordnet sein, um das Öffnen des beweglichen Kontaktes zu unterstützen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung in einem Gehäuse befestigt und der Hebel mit einer Verlängerung außerhalb des Gehäuses ausgebildet, mittels der eine manuelle Betätigung der Vorrichtung möglich ist. Vorteilhafterweise kann dabei die Verlängerung des Hebels von dem Hebel lösbar ausgebildet sein; der Hebel verschiebt sich, wenn der Solenoidbetätiger geschaltet wird, wobei das Ende des Hebels durch ein Fenster im Gehäuse sichtbar wird; wenn die Verlängerung entfernt wird, verbleibt eine Vorrichtung, die anzeigt, ob der Schalter geöffnet oder geschlossen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltvorrichtung mit einem Solenoidbetätiger nach den Verfahrensansprüchen.
Die Verwendung eines nichtleitenden Schwenkhebels, der am einen Ende mit dem Solenoidstößel und am anderen Ende mit einem der Schaltkontakte gelenkig verbunden ist, ergibt eine Konstruktion des Betätigers, die folgende Vorteile hat:
a) Alle Bestandteile sind in einem Halb - Gehäuse zusammengebaut und auf einfache Weise während des Herstellens und Testens sowie anschließend zur Wartung oder Fehlerfindung auf einfache Weise zugänglich;
b) das Gehäuse kann so aufgebaut sein, daß es eine weit über dem herkömmlichen Maß wirksame Isolierung zwischen den Niederspannungssignal - Schaltkreisen für den Antrieb der Solenoidspule und dem Hochspannungs-Schaltabschnitt ergibt, und
c) eine Einstellung der Kontakttrennung wird auf einfache Weise bei oder nach der Herstellung dadurch erreicht, daß das Solenoid längs seiner Hauptachse einfach dadurch eingestellt wird, daß Befestigungsschrauben gelöst werden, die durch Bügel greifen können, die parallel zu der Solenoidachse geschlitzt sind. Diese Bewegung wird auf den beweglichen Kontakt des Schalters über den Schwenkhebel übertragen, der an seinem anderen Ende an dem Solenoidstößel angelenkt ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung, die nur als Beispiele dienen, werden nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, die zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Solenoid, das nicht die Erfindung darstellt,
Figuren 2 und 3 die Flußpfade des Solenoids nach Fig. 1, wobei der Stößel in der ausgezogenen und zurückgezogenen Position dargestellt ist,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform von Konstruktionen eines Solenoids,
Fig. 4B eine Endansicht einer verbesserten Magnetanordnung eines Solenoids,
Figuren 5A und 5B gemeinsam eine Aufsicht auf eine Schaltvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 5C eine Ansicht eines modifizierten Verlängerungshebels,
Fig. 6 ein Ablenk/Kraft - Diagramm für die Vorrichtung nach den Figuren 5A und 5B,
Fig. 7 eine Aufsicht auf eine modifizierte Schaltvorrichtung,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Hebels, der bei der Vorrichtung nach Fig. 7 verwendet wird, und
Fig. 9 ein Ablenk/Kraft - Diagramm für die Vorrichtung nach den Figuren 7 und 8.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt ein Solenoid, das nicht gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Ein Joch 10 aus Magnetstahl nimmt eine Wicklung 12 auf, die ein Tauchrohr 14 aus nichtmagnetischem Material, z.B. Messing umgibt, welches im Gleitsitz einen Tauchkolben 16, der ebenfalls aus Magnetstahl besteht, aufweist. Um das Tauchrohr 14 und mit der Wicklung 12 ausgerichtet ist eine Anordnung befestigt, die zwei Permanentmagnete 18 und 20 enthält. Die Wicklung sitzt auf einem Endansch lag 22, der auf dem Joch 10 befestigt ist, und die Anordnung aus Wicklung und Magnet wird in ihrer Position im Joch 1 durch die nichtmagnetische Abschlußplatte 24 quer zur Öffnung des Jochs 10, durch die der Tauchkotben 16 geführt wird, gehalten.
Mit dem Joch 10 und sich nach vorne in den Bereich des Kopfes des Tauchkolbens 16 erstreckend ist ein Verlängerungsstück 26 oder eine Nase aus Magnetstahl vorgesehen, das bzw. die einen Teil der magnetischen Schaltung des Solenoids bildet.
Fig. 2 zeigt das Solenoid nach Fig. 1 in einem Zustand, in dem der Tauchkolben 16 in Bezug auf die Anordnung aus Wicklung und Magnet ausgefahren ist und mit der inneren Endfläche 28 des Verlängerungsstückes 16 in einem der beiden stabilen Zustände des Solenoids in Eingriff steht. In dieser äußeren Position hält der Magnetfluß aus den Permanentmagneten 18 und 20 den Tauchkolben 16 in Eingriff mit der Endfläche 28. Die Hauptflußpfade sind in diesem Zustand durch die voll ausgezogenen Linien 30 und 32 dargestellt.
Fig. 3 zeigt den Tauchkolben 16 in das Solenoid hineingezogen und in dieser Position durch den Fluß aus den Permanenten 18 und 20 gehalten Die Hauptflußpfade sind durch die voll ausgezogenen Linien 34 und 36 angedeutet. Ein Luftspalt 38 wird zwischen Tauchkolben 16 und Endansch lag 22 aufrechterhalten.
Eine Translationsbewegung des Tauchkolbens 16 von einem seiner stabilen Zustände in den anderen wird durch Erregen der Wicklung 12 durch einen Stromimpuls einer Größe und Polarität vorgenommen, die geeignet sind, ein elektromagnetisches Feld in der Magnetschaltung des Solenoids zu erzeugen, das dem Feld der Permanentmagneten 18 und 20 entgegenwirkt und eine Bewegung des Tauchkolbens in Richtung auf die andere stabile Position bewirkt. Die Wicklung 12 kann entweder eine einfach gewickelte Wicklung sein, die mit Impulsen entgegengesetzter Polaritäten gespeist wird, um eine Bewegung in entgegengesetzten Richtungen zu erzielen, oder kann eine doppelt gewikkelte Wicklung sein, die einen Impuls gleicher Polarität so steuert, daß eine Bewegung des Tauchkolbens in der einen oder anderen Richtung erzielt wird, wenn er der entsprechenden der beiden Wicklungen aufgegeben wird.
Ein Solenoid der beschriebenen Konstruktion ergibt maximale Antriebs- und Haltekräfte bei dem vollen Ausmaß der Bewegung des Tauchkolbens 16 in jeder Richtung, und eine positive Retention des Stößels in der äußeren Position nach Fig. 2.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Konstruktion des Solenoids ist in Fig. 4A dargestellt, in der das Joch und die Erstreckung nach vorne als ein einzelner, offener Rahmen 40 ausgebildet sind, der einen wirksameren magnetischen Kreis, eine Verringerung der Anzahl von Einzelteilen und eine Vereinfachung bei der Herstellung ergibt.
Die Herstellung eines Solenoids, das nach Fig. 4A aufgebaut ist, kann vollautomatisch oder halbautomatisch durchgeführt werden.
Die Schritte für die Herstellung der Einzelstückteile und Teilanordnungen sind
1) Vernieten eines Tauchkolben - Endanschlages 42 mit dem Rahmen 40 durch Niet 44,
2) Einsetzen der inneren Anordnung mit Wicklung 46, innerem Rohr 48, das den Tauchkolben 16 enthält, und Permanentmagnetanordnung 50 in den Rahmen 40 zwischen den oberen und unteren Schenkeln 52 und 54 in einer Richtung quer zur Hauptachse des Rahmens,
3) Verschieben der inneren Anordnung in axialer Richtung so, daß das rechte Ende der Wicklung 46 dann über dem Endanschlag 42 sitzt,
4) Positionieren von Ösen 56 und 58 an der Permanentmagnetanordnung in entsprechende Schlitze 60 und 62 in den Schenkeln 52 und 54 des Rahmens 40, um das ganze starr an Ort und Stelle zu halten.
Der Rahmen 40 und der Stößel 16 müssen so dimensioniert sein, daß sie ein Einsetzen der inneren Anordnung in den Rahmen 40 in Querrichtung und eine axiale Bewegung der eingesetzten Anordnung wie beschrieben ermöglichen, und daß der erforderliche Arbeitsspalt 63 des zusammengebauten Solenoids berücksichtigt wird. Innerhalb einer gegebenen Rahmengröße kann ein Bereich von Tauchkolbenlängen aufgenommen werden, um einen Bereich von Solenoiden mit einem entsprechenden Bereich von Arbeitsspalten 63 für unterschiedliche Anforderungen zu erzielen.
Fig. 48 zeigt eine Endansicht einer verbesserten Ausbildung der Permanentmagnetanordnung 50 nach Fig. 4A. Stabmagnete 64, die an den Schenkeln 52 und 54 des Joches befestigt sind, erstrecken sich über und unter den Tauchkolben 16, und längs ihrer Seiten sind axial zum Tauchkolben vier Polstücke 65 aus Flußstahl und mit etwa quadratischem Querschnitt befestigt. Eine Kunststoffbrücke 66 bildet einen Abstandshalter zwischen entgegengesetzten Paaren von Polstücken, wobei jede Brücke mit einer dünnen Wand 67 befestigt ist, die sich zwischen den Schenkeln 52 und 54 erstreckt.
Die Polstücke leiten im Betrieb den Fluß um, und da sie entsprechend einem segmentierten Magneten ausgebildet sind, reduzieren sie die Randverluste und machen damit die Anordnung effizienter. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß die Magnethaltewerte um etwa 40% verbessert werden.
Die Magnete bestehen vorzugsweise aus Material seltener Erden, so daß sie in der Richtung parallel zur Achse des Tauchkolbens kürzer ausgeführt werden können. Damit steht mehr Platz für die Wicklung 46 zur Verfügung.
Solenoide der beschriebenen Art können als Betätiger für Leistungsrelais und Schalter zum Schalten von elektrischen Lasten in Industrie und Haushalt verwendet werden.
In den Figuren 5 und 6 sowie den Figuren 7 - 9 sind zwei unterschiedliche Schaltvorrichtungen gemäß der Erfindung dargestellt.
In Fig. 5A und 5B ist ein einpoliges Leistungsrelais oder Schaltschütz dargestellt, das für das Schalten elektrischer Lasten in Industrie oder Haushalt ausgelegt ist, z.B. für 100 A, 250 V Wechselstrom.
Das Relais wird in einem geteilten Formgehäuse 70 aufgenommen, das zunächst für den Zusammenbau und die Einstellung geöffnet ist und das dann geschlossen wird, damit es gegen Stoß und gegen das Eindringen von Schmutz geschützt ist. Das Gehäuse ist in der Zeichnung geöffnet dargestellt.
Ein Leistungsanschluß 72 weist einen schweren Metallblock mit integralen Rippen auf, die positiv in Schlitze des Gehäuses 70 eingreifen. Es wird eine Verbindung mit der äußeren Verdrahtung über einen Bolzen 74 hergestellt, der in eine Schraubgewindebohrung in der Endfläche des Anschlusses eingreift. Der bewegliche Teil des Relaisschalters weist einen Messerkontakt 76 hoher Leitfähigkeit auf, der teilweise im Querschnitt gegen das feststehende Ende 76A hin reduziert ist, um eine Flexibilität und eine leichte Beweglichkeit zu erzielen. Das starre Ende des Messerkontaktes ist in geeigneter Weise durch Verschweißen, Verschrauben oder Vernieten mit der Innenfläche des Anschlusses 72 befestigt. Ein Schaltkontakt 78, der mit dem freien Ende des Messerkontaktes 76 verbunden ist, besteht aus einer Legierung, die so gewählt ist, daß sie die zu erwartenden Schaltströme bewältigen kann.
Der zweite Leistungsanschluß 80 steht positiv am anderen Ende des Formgehäuses ähnlich dem Anschluß 72 in Eingriff, wobei wiederum Rippen und Schlitze verwendet werden. Ein zweiter Festkontakt 82, der in geeigneter Weise mit der Innenfläche des Anschlusses 80 befestigt ist, besteht aus der gleichen Legierung wie der bewegliche Messerkontakt. Die beiden Kontakte sind so angeordnet, daß eine optimale stimseitige Ausrichtung stattfindet. Eine Verbindung mti dem Anschluß 80 erfolgt über die zugeordnete Fassung, in der die Verdrahtung durch Madenschrauben 84 erfolgt.
Der Schaltvorgang ist so ausgelegt, daß die Kontakte 78 und 82 mit entsprechender angepaßter Kraft schließen, so daß sie die Hoch lastströme führen und den Aufheizeffekt aufgrund dieser Ströme minimieren können.
Eine Betätigung des Messerkontaktes 76 wird über einen nichtleitenden, geformten Gelenkarmhebel 86 erreicht, der wie dargestellt, um einen Bolzen 88 in Lagerbuchsen oder in einem Lageransatz, der an der Basis des Gehäuses 70 erhaben ausgebildet ist, zur Erzielung einer Drehung verschwenkbar ist. Eine Verlängerung 90 des Hebels 86 erstreckt sich durch einen Schlitz im Gehäuse 70, um eine Betätigung des Relais von Hand zu erreichen, beispielsweise zu Prüf- oder Rücksetzzwecken. Die Verlängerung 90 kann auch als Markierung dienen, um den Stromzustand des Relais anzugeben.
Bei einer geänderten Ausführungsform nach Fig. 5C weist die Verlängerung stattdessen einen getrennten Teil 90A auf, der über das Ende eines leicht modifizierten Hebels 86A verbindbar ist. Der Verlängerungsteil 90A besitzt eine von Hand betätigbare Erhebung 91, die durch eine Öffnung 93 im Gehäuse 70A so vorsteht, daß ihre alternativen Positionen deutlich sichtbar sind (die obere Position ist strichpunktiert dargestellt). Der Teil 90A weist ferner ein Gleitteil 95 auf, das längs der Innenfläche des Gehäuses 70A beweglich ist.
Wenn die Option einer Handbetätigung des Relais/Schalters nicht erforderlich ist, kann der Teil 90A durch einen alternativen Teil 908, wie er rechts in Fig. 5C dargestellt ist, auf einfache Weise ersetzt werden. Der Teil 908 ist in ählicher Weise über den Hebel 86A verbindbar, hat jedoch einen flachen Teil 97 anstelle der Erhebung 91 des Teiles 90A. Somit dient der Teil 908 nur als Markierung, um die beiden Positionen oder Zustände des Relais/Schalters anzuzeigen.
Um die Sichtbarkeit der Teile 90A und 90B zu verbessern, haben diese vorzugsweise eine andere Farbe als das Gehäuse 70A, z.B. kann das Gehäuse schwarz sein, während die Teile 90A und 90B orangefarben sind.
Einteilig mit dem Hebel 86 ist ein U-förmiges Sattelbauteil 92 vorgesehen, durch das das sich bewegende Kontaktmesser 76 geführt ist und mit dessen Hilfe das Messer bewegt wird.
Der Betätigungshebel 86 ist über einen U-förmigen Bügel 94 in einen Schlitz 96 im Kopf 98 des Stößels 100 des magnetunterstützten Solenoids eingeklemmt. Die Solenoidanordnung ist einstellbar im Basisteil des Gehäuses 70 über mindestens zwei Befestigungsschrauben, z.B. 102, befestigt, deren jede durch einen Schlitz 103 in der Anordnung greift. Der Messerkontakt 100 bewegt sich in axialer Richtung im Solenoid, und die axiale Bewegung wird in eine rotierende Bewegung des Hebels 86 umgesetzt.
In bezug auf die beidel) Flußpfad-Schemadarstellungen nach den Figuren 2 und 3 und das Ablenk/Kraft-Diagramm nach Fig. 6 arbeitet das Relais nach den Figuren 5A und 5B wie folgt:
Das Relais wird in die EIN-Position gesetzt, wenn die entsprechende Spule der Wicklung 104 mit einer geeigneten Gleichspannung gepulst wird, und der Messerkontakt 100 wird in das Solenoid gezogen. Dieser Zustand wird ohne Erregung der Wicklung unbegrenzt aufrecht erhalten, bis ein Impuls der anderen Spule der Wicklung 104 aufgegeben wird, wenn der Stößel 100 aus dem Solenoid abgezogen wird und in Eingriff mit der Innenfläche des Verlängerungsteiles 106 kommt. Dieser Zustand wird wiederum ohne Erregung der einen oder anderen Wicklung unbegrenzt aufrecht erhalten. Im AUS- Zustand ist die Position des Messerkontaktes 76, des Hebels 86 und der Hebelverlängerung 90 wie gestrichelt in der Zeichnung dargestellt.
Die Aufnahmeposition des Messerkontaktes 76 ist so festgelegt, daß eine positive Antriebs- und Schaltwirkung mit minimaler Kontakprellung erzielt wird. In der EIN- Richtung wird die nach abwärts gerichtete Kontaktkraft durch eine kleine Kompressionsfeder 108 (oder alternativ über eine entsprechende Blattfeder) aufgebracht, die innerhalb des Bauteiles 92 gehalten wird und mit dem Messerkontakt 76 in Eingriff kommt. In der AUS-Richtung nimmt eine Stirnfläche 110 mit kleinerem Radius des Bauteiles 92 den Messerkontaakt 76 auf und schnappt die Kontakte 78/82 in die Offen-Stellung. Diese Schnappwirkung verringert den Einfluß der Lichtbogenbildung am Kontakt aufgrund des Aufhörens des Laststromes durch die Kontakte auf ein Minimum.
Um eine rasche Lichtbogenunterbrechung beim Öffnen der Schaltkontakte zu unterstützen, ist eine weitere Kompressionsspulenfeder 109 zwischen dem Bauteil 92 und der benachbarten Innenfläche des Gehäuses 70 vorgesehen. Die Feder verbessert auch das "Gefühl" beim Schalten von Hand.
Eine Einstellung der Kontakttrennung zwischen den Kontakten 78 und 82 (und damit auch des Kontaktdruckes in geschlossenem Zustand) wird in einfacher Weise bei der Herstellung vorgenommen, oder aber zu einem späteren Zeitpunkt, indem lediglich das Solenoid längs der Hauptachse durch Lösen der Befestigungsschrauben 102, die durch Bügel in den Schlitzen 103 parallel zu der Solenoidachse greifen, verstellt wird. Diese Bewegung wird auf den beweglichen Kontakt des Schalters über den Schwenkhebel übertragen, der mit seinem anderen Ende an dem Solenoidstößel angelenkt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die besonders für die Verstellung bei der Herstellung geeignet ist, wird die Verstellung dadurch erreicht, daß der ortsfeste Kontakt 82 vorübergehend durch einen kürzeren Kontakt ersetzt wird, d.h. einen Kontakt, dessen Kontaktfläche weiter von dem beweglichen Kontakt 78 entfernt ist. Das Solenoid wird dann solange verstellt, bis die Kontakte sich in geschlossenem Zustand gerade berühren. Wenn der Ursprungskontakt 82 ersetzt wird, ist der richtige Kontaktdruck zwischen den Kontakten gegeben.
Die erforderliche elektrische Isolation zwischen der Niederspannungs-GS-Wicklung, den Metallteilen des Solenoids und der 250 V Wechselspannung an den Messerkontakten und Kontakten wird durch eine Barrierewand 112 erreicht, die integral in das Gehäuse 70 eingegossen ist.
Verbindungen zu den Wicklungsspulen werden über die Fassung 114 vorgenommen, die in einem Schlitz im Gehäuse 70 angeordnet ist und durch fliegende Leitungen oder eine flexible gedruckte Schaltung abgeschlossen ist. Klemmösen 116 sind auf dem Gehäuse 70 vorgesehen, um das Gehäuse in eine zugeordnete Abdeckung (nicht dargestellt) aufzuklemmen und zu positionieren; durch diese Abdeckung können die Hauptanschlußverbindungen hergestellt werden.
Fig. 7 zeigt schematisch ein einpoliges Leistungsrelais,,das zum Schalten von elektrischen Lasten im industriellen und Haushaltsbereich ausgelegt ist, z.B. mit 250 V und 25 A Wechselstrom. Das Relais verwendet für seinen Betrieb einen Solenoidbetätiger.
Das Relais wird in einem geschlitzten, vergossenen Gehäuse 120 aufgenommen, das in der Zeichnung geöffnet dargestellt ist.
Der feststehende Schalterteil des Relais weist einen stationären Messerkontakt 122 aus schwerem Metall mit integralen Anschlußlappen 124 und 125 auf, die in ihrer Position fest in Schlitzen in der Wand des Gehäuses 120 verbunden sind. Der Kontakt 126, der mit dem Messerkontakt 112 befestigt ist, besteht aus einer Legierung, die für die zu schaltenden Ströme aausgelegt ist.
Der bewegliche Teil des Schalters besitzt einen flexiblen Messerkontakt 128 hoher Leitfähigkeit, der an seiner Basis mit einem schwereren Messerkontakt und einem Lappenanschluß 130 in geeigneter Weise verbunden ist, ferner auch fest durch Schlitze in der Gehäusewand befestigt ist. Der Kontakt 1 32, der mit dem Messerkontakt 1 28 verbunden ist, besteht ebenfalls aus einer Legierung, die für die zu schaltenden Ströme ausgelegt ist.
Der Schaltvorgang verläuft so, daß die Kontakte 1 26 und 1 32 mit einer entsprechenden Übersteuerungskraft schließen, so daß die Lastströme fließen können und der resultierende Aufheizeffekt minimiert wird.
Eine Betätigung des Schalter - Kontaktmessers 128 wird über einen nichtleitenden, gepreßten Gelenkarmhebel 130 erreicht, der in Fig. 8 getrennt dargestellt ist, und der an Stiften 132 schwenkbar gelagert ist, die in die beiden Teile des Gehäuses 120 eingepreßt sind. Eine Verlängerung 133 des Hebels 130 steht durch einen Schlitz im Gehäuse 120 vor, damit eine Handbetätigung des Relais ermöglicht wird und eine sichtbare Anzeige des Relaiszustandes erreicht wird.
Eine Aussparung 134 am Hebel 130 kommt in Eingriff mit dem Schlitz des Kopfes 136 des Tauchkolbens 138 des durch Permanentmagnet unterstützten Solenoids 140, das In der Basis des Gehäuses 120 durch integral verpresste Klammern 142 gehalten wird. Der Schlitz 143 im Bügel 145 auf dem Hebel 130 ist am Schalterblatt 128 so angeordnet, daß die axiale Bewegung des Tauchkolbens 138 darauf übertragen wird.
Der Hebel 130 kann im Bereich der Aussparung 134 abgestuft sein, damit er über dem Kopf des Stößels sitzt, wie in Fig. 7 gezeigt.
Die Schenkel 144 aus Weicheisen führen zusammen mit dem Verlängerungsbügel 146 den magnetischen Betätigungsfluß durch die Endfläche des Tauchkolbens 138 über den Luftspalt 148 ausreichender Breite zurück, damit eine zuverlässige Schaltbetätigung des Relais ermöglicht wird. Diese Anordnung ergibt eine maximale Antriebskraft bei dem jeweiligen Ausmaß der Bewegung.
Zwei Spulen 150/152 bilden die Wicklung des Solenoids 140. Zwei Permanentmagneten 154 sind in einem Pressteil 155 befestigt, das in der Nähe der Wicklung innerhalb des Solenoidrahmens sitzt.
Eine der Spulen 150/152 schaltet das Relais in die EIN-Position, wenn ein entsprechender GS-Impuls aufgegeben wird. In der EIN-Position wird der Kopf 136 des Tauchkolbens 138 in Eingriff mit der Innenfläche des Verlängerungsbügels 146 gehalten, und der Gelenkarmhebel 130 hält den Schaltmesserkontakt 128 mit dem Kontakt 132 gegen den Festkontakt 126. Dieser Zustand wird ohne Erregung einer der Spulen aufgrund der Flußpfade, die durch die Permanentmagneten erzeugt werden, aufrecht erhalten, bis ein Rücksetzimpuls der anderen der beiden Spulen aufgegeben wird.
Dies führt das Relais in den stabilen AUS-Zustand zurück, der ohne Erregung einer der beiden Spulen beibehalten wird, wobei der Tauchkolben 138 in das Solenoid hineingezogen und der Hebel 130 in der in Fig. 7 gezeigten Position gehalten wird, bei der die Kontakte 138 und 126 getrennt sind. Eine Barrierewand 156, die in das Gehäuse 120 geformt ist, stellt die erforderliche elektrische Isolierung zwischen den Niederspannungs-WS-Antriebsspuien 150/152, den Metallteilen des Solenoids 140 und den Lastschaltkomponenten des Relais dar.
Verbindungen zu den Antriebsspulen erfolgen über fliegende Leitungen 158, den Verbinder 160 und die Stifte 162, die mit einer gedruckten Schaltungsplatte verlötet sein können. Die Anschlußlappen 124 und 125 sind mit Lötansätzen 164 versehen, damit erforderlichenfalls eine Verankerung mit einer gedruckten Schaltungsplatte erreicht wird.
Ein wahlweise verwendeter zweiter, feststehender Schaltmesserkontakt 166 kann zusammen mit einem nicht dargestellten Kontakt versehen sein, der dem Kontakt 132 zugewandt ist, damit das Relais eine Umschaltfunktion vornehmen kann, die ermöglicht, daß zwei elektrische Lasten durch den beweglichen Messerkontakt 128 geschaltet werden.
Fig. 9 zeigt das Ablenk/Kraft-Diagramm für das in Zusammenhang mit den Figuren 7 und 8 beschriebene Relais.
Obgleich die vorbeschriebenen Schaltvorrichtungen als Betätiger ein bistabiles Permanentmagnet-Solenoid verwenden, können andere Formen eines Solenoidbetätigers eingesetzt werden, bei denen der Tauchkolben an den Endpunkten seiner Bewegung durch permanentmagnetische, elektromagnetische oder mechanische Vorrichtungen gehalten wird.

Claims

EP91 910661.7(0532586)

1. Schaltvorrichtung mit einem Solenoidbetätiger (100, 104), einem Hebel (86) aus elektrisch isolierendem Material, der schwenkbar befestigt und durch den Betätiger verschiebbar ist, ein einen Schaltkontakt aufnehmendes Element (76) mit einem beweglichen Kontakt (78) am einen Ende für den Eingriff mit einem Festkontakt (82), und eine Verbindungsvorrichtung (92, 108), die den Hebel mit dem den Kontakt aufnehmenden Element verbindet, um die Kontakte zwischen Offen- und Geschlossen-Stellungen zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktaufnahmeelement die Form eines Kesserkontaktes aufweist, der an seinem anderen Ende fest verbunden und flexibel ausgebildet ist, um eine Bewegung des einen Endes zu ermöglichen, und daß eine Vorrichtung (102, 103) vorgesehen ist, die einstellbar den Solenoidbetätiger so befestigt, daß eine Kontakttrennung zwischen den festen und beweglichen Kontakten (82, 78) einfach einstellbar ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das den Kontakt aufnehmende Element (76) die Form eines Messerkontaktes aufweist, der im wesentlichen parallel zur Achse des Solenoidbetätigers verläuft, und daß der Hebel (86) gekröpif ist, so daß er einen ersten Arm (90) bildet, der mit dem Blatt ausgerichtet ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elektrisch isolierende Wand (112), die zwischen dem Solenoidbetätiger und dem ersten Arm (90) des Hebels festgelegt ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei der die Verbindungsvorrichtung eine Kompressionsfeder (108) aufweist, die zwischen dem ersten Arm (90) und dem den Kontakt aufnehmenden Element (76) angreift.

5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei der die Verbindungsvorrichtung ein U-förmiges Bauteil (92) aufweist, das sich über das den Kontakt aufnehmende Element erstreckt und mit dessen abgelegener Seite in Eingriff bringbar ist, um den beweglichen Kontakt zu öffnen.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, bei der eine zweite Feder (109) zwischen einem festen Teil der Vorrichtung und dem U-förmigen Bauteil (92) angeordnet ist, um das Öffnen des beweglichen Kontaktes zu unterstützen.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, bei der die Vorrichtung in einem Gehäuse (70) befestigt ist, und der Hebel eine Verlängerung (91, 95) außerhalb des Gehäuses auweist, um eine manuelle Betätigung der Vorrichtung zu ermöglichen.

8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Verlängerung des Hebels von dem Hebel lösbar ist, der sich verschiebt, wenn der Solenoidbetätiger aktiviert wird, wobei das Ende des Hebels durch ein Fenster (93) im Gehäuse sichtbar ist, und dann, wenn die Verlängerung entfernt wird, eine Vorrichtung verbleibt, die anzeigt, ob der Schalter geöffnet oder geschlossen ist.

9. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei der der Solenoidbetätiger ein bistabiles Solenoid ist, das einen Ankerkolben (100) mit einem festen Permanentmagneten in dessen Nähe aufweist, wobei der Kolben in einer stabilen Position an jedem Ende seiner Bewegung gehalten wird.

10. Verfahren zum Herstellen einer Schaltvorrichtung mit einem Solenoidbetätiger, einem Hebel (86) aus elektrisch isolierendem Material, der schwenkbar zur Verschiebung durch den Betätiger befestigt ist, einem einen Schalterkontakt aufnehmenden Element (76) mit einem beweglichen Kontakt (78) am einen Ende zum Eingriff mit einem Festkontakt (82), und einer Verbindungsvorrichtung (92,108), die den Hebel mit dem den Kontakt aufnehmenden Element verbindet, damit der Kontakt zwischen einem Offen- und einem Geschlossen-Zustand bewegt wird, dadurch gekennzeich net, daß eine Einstellvorrichtung (102, 103) die Position des Solenoidbetätigers in Richtung der Betätigung einstellt, die Einstellvorrichtung freigegeben wird, der Betätiger so bewegt wird, daß er die korrekte Position für den beweglichen Kontakt ergibt, die Einstellvorrichtung festgelegt wird, und das den Kontakt aufnehmende Element in Form eines Blattes ausgebildet wird, das fest an seinem anderen Ende verbunden ist und das flexibel ausgebildet ist, derart, daß es eine Bewegung dieses einen Endes ermöglicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kontakt (82) vorübergehend durch einen dünneren Kontakt ersetzt wird, der bewegliche Kontakt eingestellt wird, bis er im Geschlossen-Zustand gerade den beweglichen Kontakt berührt, die Einstellvorrichtung festgelegt wird, und der dünnere Kontakt durch den ursprünglichen Kontakt ersetzt wird, damit der gewünschte Kontaktdruck zwischen den Kontakten erreicht wird.