DE69415440T2 - Elektromagnetisches Relais mit bistabilem Kontakt - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais in einem Isolierstotfgehäuse, das einen Elektromagneten mit ferromagnetischem Kippanker,
• - einen Betätigungsmechanismus mit einer, auf einer Achse gelagerten, zwischen zwei Winkelendlagen verschwenkbaren Wippe,
• - ein fest mit dem Anker verbundenes und mit der Wippe zusammenwirkendes Betätigungsorgan zur Überführung der Wippe von einer Stellung in die andere bei jedem Schaltspiel des Ankers,
• - einen Leistungskreis mit einem, durch die Wippe betätigten und mit mindestens einem feststehenden Kontakt zusammenwirkenden bistabilen Kippkontakt - sowie eine Feder-Rückstellvorrichtung zur Beaufschlagung des Ankers in Richtung der Abzugstellung im Ruhezustand des Elektromagneten enthält.
• Ein Schaltgerät dieser Art ist bereits aus der Druckschrift FR-A-2.676.590 der Anmelderin bekannt. Bei jedem der Spule des Elektromagneten zugeführten Stromstoß ändern die Kontakte aufgrund eines mit der Wippe zusammenwirkenden Betätigungsorgans ihre Schaltstellung. Dieses Betätigungsorgan wird durch einen einfachen am Anker befestigten Stößel gebildet. Eine solche Anordnung stellt keine direkte und dauerhafte mechanische Verbindung mit der Wippe dar, und das Gerät arbeitet ausschließlich als Stromstoßschalter.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät zu schaffen, das mit einem bistabilen Kippkontakt arbeitet und ausgehend vom Standardaufbau eines Stromstoßschalters leicht zu einem elektromagnetischen Relais umgebildet werden kann.
• Das Betätigungsorgan umfaßt erfindungsgemäß eine zur Bildung einer direkten, dauerhaften Verbindung an den Anker und die Wippe angelenkte Verbindungsstange, wobei der Gelenkpunkt der Stange auf der Wippe leicht versetzt zur Schwenkachse angeordnet ist.
• Der einfache Austausch des Stößels durch die an den Anker und die Wippe angelenkte Stange ermöglicht die Umbildung des Stromstoßschalters zu einem Relais, insbesondere zu einem Schütz.
• Gemäß einem kennzeichnenden Merkmal der Erfindung umfaßt die Feder- Rückstellvorrichtung zwei auf die Unterseite des Ankers wirkende, parallel zueinander und zur Stange sowie annähernd senkrecht zum Anker angeordnete Druckfedern, die jeweils unterschiedliche Längen und Härten aufweisen, so daß eine Feder vor der anderen wirkt.
• Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung ist eine Kontaktstellungsanzeige in die manuelle Prüftaste integriert. Die Anzeige besteht aus einem optischen Prisma, das mit einem, am Anker befestigten Positionsgeber zusammenwirkt, wobei der Positionsgeber zwei Schauzeichen aufweist, von denen jeweils eins in Abhängigkeit von der Anzug- oder Abzugstellung des Ankers der schrägen Fläche des Prisma gegenüberliegt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
• - Fig. 1 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Relais in der OFF-Stellung bei nicht erregtem Elektromagneten;
• - Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht, in der das Relais eine zusätzliche Vorrichtung mit Prüftaste und Kontaktstellungsanzeige umfaßt;
• - Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;
• - Fig. 4 eine Teilansicht zu Fig. 2 mit Darstellung der Anzeige in der ON-Stellung des Relais nach Erregung des Elektromagneten;
• - Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4;
• - Fig. 6 eine Teilansicht zu Fig. 2 nach Hereindrücken der Prüftaste;
• - Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 aus Fig. 6.
• Fig. 1 zeigt das Umschaltrelais 10 in einem Isolierstoffgehäuse 12, das einen Elektromagneten 14, einen Betätigungsmechanismus 16 und einen Leistungskreis 18 mit einem beweglichen Kippkontakt 20, der mit zwei feststehenden Kontakten 22, 24 zusammenwirkt, umfaßt. Der feststehende Kontakt 22 ist mit einer ersten Klemme 26 und der andere feststehende Kontakt 24 des Umschaltrelais 10 mit einer zweiten Klemme 28 verbunden, wobei die beiden Klemmen 26, 28 auf der gleichen Seite des Gehäuses 12 angeordnet sind.
• Der bewegliche Kontakt 20 weist einen Kontaktarm 30 auf, der sich schwenkbar auf einem Schneidengelenk 32 abstützt, welches am Ende eines starren Leiters 34 angeordnet ist, dessen anderes Ende mit einer dritten Klemme 36 verbunden ist. Der Kontaktarm 30 ist einer als Federblatt ausgebildeten Feder 38 zugeordnet, durch die der bewegliche Kontakt 20 einen bistabilen Charakter erhält. Die dritte Klemme 36 ist auf der den beiden anderen Klemmen 26 und 28 gegenüberliegenden Seite angeordnet.
• Der Elektromagnet 14 umfaßt einen, auf dem linken Schenkel des Jochs 40 schwenkbar gelagerten, ferromagnetischen Anker 38, und eine Stabilisierungsfeder 42 wirkt im Bereich des Gelenks 43 mit dem Anker 38 zusammen, um während der Schwenkbewegung ein möglichst kleines Spiel zu gewährleisten.
• Der Betätigungsmechanismus 16 umfaßt eine, auf einer ortsfesten Achse 46 gelagerte, zwischen zwei Winkelendlagen verschwenkbare Wippe 44 sowie eine, mit einem ihrer Enden am Anker 38 und mit ihrem anderen Ende an der Wippe 44 angelenkte Verbindungsstange 48. Der Gelenkpunkt 50 der Stange 48 auf der Wippe 44 ist in bezug zur Schwenkachse 46 versetzt angeordnet.
• Die Wippe 44 weist eine U-Form mit einer Mittenausnehmung 52 auf, in die das Ende des Kontaktarms 30 eingreift. Der Anker 38 verschwenkt die Wippe 44 bei jedem Schaltspiel des Ankers 38 von einer Stellung in die andere, je nachdem, ob der Elektromagnet 14 vom erregten in den unerregten Zustand wechselt oder umgekehrt. Im Ruhezustand des Elektromagneten 14 entsprechend einer Nichterregung seiner Spule wird der Anker 38 durch eine zwischen dem Gehäuse 12 und einem Ankerabschnitt angeordnete Feder-Rückstellvorrichtung 56 in der von der Polfläche 54 des Jochs 40 abgezogenen Stellung gehalten. Die Rückstellvorrichtung 56 umfaßt zwei Druckfedern 58, 60, die sich an Vorsprüngen 62 des Gehäuses 12 abstützen und direkt die Unterseite des Ankers 38 in Richtung der Abzugstellung beaufschlagen. Der bewegliche Kontakt 20 liegt in der in Fig. 1 gezeigten Stellung am oberen feststehenden Kontakt 24 an. Die beiden Federn 58, 60 sind parallel zueinander sowie senkrecht zum Anker 3 8 angeordnet.
• Bei Erregung des Elektromagneten 14 wird der Anker 38 gegen die Polfläche 54 gezogen, und die Stange 48 bewirkt das Verschwenken der Wippe 44, so daß der bewegliche Kontakt 20 in Richtung des unteren feststehenden Kontakts 22 geführt wird. Die Abstimmung der Rückstellkräfte der beiden Federn 58, 60 ermöglicht eine optimale Speicherung der vom Elektromagneten 14 beim Anziehen des Ankers 38 gelieferten Überschußenergie.
• Nach Unterbrechung der Erregung des Elektromagneten 14 wirken keine magnetischen Anziehungskräfte mehr im Luftspalt zwischen der Polfläche 54 und dem Anker 38, und die in den Federn 58, 60 gespeicherte mechanische Energie wird wie folgt wieder freigesetzt:
• Die zwischen dem Bereich des Gelenks 43 des Ankers 38 und der anderen Feder 60 angeordnete linke Feder 58 dient zum Lösen der Kontakte 20, 22 beim Verschwenken des Kontaktarms 30 im Gegenuhrzeigersinn. Die kürzere Feder 58 weist eine größere Härte auf als die längere Feder 60. Die Entspannung der ersten, linken Feder 58 wird zum Lösen der Mikroverschweißungen genutzt, während die andere, rechte Feder 60 das vollständige Abheben des Ankers 38 und das Verschwenken des beweglichen Kontakts 20 in die andere stabile Stellung bis zur Auflage auf dem oberen feststehenden Kontakt 24 gewährleistet.
• In jeder stabilen Stellung des beweglichen Kontakts 20 ist ein bestimmtes Spiel zwischen dem Kontaktarm 30 und der entsprechenden Mitnehmernase 64, 66 der Wippe 44 ersichtlich. Das Vorhandensein dieses Spiels hat bei der Stellungsänderung eine Schlagwirkung zur Folge und begünstigt während der Entspannung der Feder 58 das Lösen der Verschweißungen an jeder Kontaktstelle 20,22; 20, 24.
• Die Fig. 2 bis 5 zeigen das Umschaltrelais 10 aus Fig. 1 mit einer zusätzlichen Prüftaste 70, vor der eine Stellungsanzeige 72 der Kontakte 20, 22; 20, 24; vorbeigeführt wird. Die manuelle Prüftaste 70 ragt durch eine, in der Vorderseite 76 des Gehäuses 12 ausgebildete Durchführungsöffnung 74 und dient dazu, den Anker 38 mechanisch in Richtung der Polfläche 54 zu beaufschlagen, derart daß bei jedem Hereindrücken der Prüftaste 70 eine Schwenkbewegung auf die Wippe 44 übertragen und dadurch eine Stellungsänderung des beweglichen Kontakts 20 herbeigeführt wird.
• Im Innern der Prüftaste 70 ist ein optisches Prisma 78 mit einem am Anker 38 befestigten Positionsgeber 80 angeordnet. Am Positionsgeber 80 ist ein erstes Farbschauzeichen 82 ausgebildet, das geradlinig entlang des Prismas verschoben wird und dabei zwei Endstellungen in Abhängigkeit von der Stellung des Ankers 38 einnimmt.
• Die Prüftaste 70, das Prisma 78, der Positionsgeber 80 und eine Rückholfeder 86 sind in einem, fest mit dem Gehäuse 12 verbundenen Träger 88 angeordnet. Am Träger 88 ist ein zweites Farbschauzeichen 84 mit im Vergleich zum ersten Schauzeichen 82 unterschiedlicher Farbgebung angeordnet.
• In der in Fig. 2 gezeigten OFF-Stellung entsprechend dem Ruhezustand des Elektromagneten 14 sind die Kontakte 20, 22 der ersten Kontaktstelle geöfthet und die anderen Kontakte 20, 24 der zweiten Kontaktstelle geschlossen. Das erste Schauzeichen 82 des Positionsgebers 80 liegt der schrägen Fläche 78 des Prismas gegenüber, so daß die Farbgebung des ersten Schauzeichens 82 auf die Stirnfläche der Prismas 78 reflektiert wird.
• In der in Fig. 4 gezeigten ON-Stellung entsprechend einer veränderten Kontaktstellung nach Erregung des Elektromagneten 14 bewirkt die magnetische Anziehung des Ankers gegen das Joch 40 die Abwärtsbewegung des Positionsgebers 80. Das zweite Schauzeichen 84 mit anderer Farbgebung liegt nun der schrägen Fläche des Prismas 78 gegenüber, so daß der entsprechende Lichtstrahl zur Vorderseite reflektiert wird. In den Stellungen gemäß Fig. 2 und 3 ist die Prüftaste 70 nicht eingedrückt und steht aufgrund der Wirkung der als Druckfeder ausgelegten Rückholfeder 86 dauerhaft aus dem Gehäuse hervor.
• Das manuelle Hereindrücken der Prüftaste 70 in die Öffnung 74 gemäß Fig. 6 und 7 bewirkt ein zwangsläufiges Verschwenken der Wippe 44 und die Stellungsänderung der Kontakte. In diesem Fall ist die Meldung der Anzeige nicht korrekt, sie bleibt jedoch unsichtbar, da der Bediener die Stirnfläche des Prismas 78 solange verdeckt, wie sein Finger eine Druckkraft auf die Prüftaste 70 ausübt.
• Selbstverständlich können die Stellungsanzeige 72 und die Prüftaste 70 auch anders ausgebildet sein, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen würde. Eine Variante besteht insbesondere darin, ein längliches Prisma und einen Positionsgeber mit zwei unterschiedlich eingefärbten Schauzeichen zu verwenden. Wird der Elektromagnet dann betätigt, verschiebt sich die Stellungsanzeige, und ihre zweite Farbe 92 wird sichtbar.

Claims (7)

1. Elektromagnetisches Relais in einem Isolierstoffgehäuse (12), das

- einen Elektromagneten (14) mit ferromagnetischem Kippanker (38),

- einen Betätigungsmechanismus (16) mit einer, auf einer Achse (46) gelagerten, zwischen zwei Winkelendlagen verschwenkbaren Wippe (44),

- ein fest mit dem Anker (38) verbundenes und mit der Wippe (44) zusammenwirkendes Betätigungsorgan zur Überführung der Wippe von einer Stellung in die andere bei jedem Schaltspiel des Ankers (38),

- einen Leistungskreis (18) mit einem, durch die Wippe (44) betätigten und mit mindestens einem feststehenden Kontakt (22, 24) zusammenwirkenden bistabilen Kippkontakt (20)

- sowie eine Feder-Rückstellvorrichtung (56) zur Beaufschlagung des Ankers (38) in Richtung der Abzugstellung im Ruhezustand des Elektromagneten (14) enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Betätigungsorgan eine zur Bildung einer direkten, dauerhaften Verbindung an den Anker (38) und die Wippe (44) angelenkte Verbindungsstange (48) umfaßt, wobei der Gelenkpunkt (50) der Stange (48) auf der Wippe (44) leicht versetzt zur Schwenkachse (46) angeordnet ist.

2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-Rückstellvorrichtung (56) zwei nacheinander auf die Unterseite des Ankers (38) wirkende, parallel zueinander und zur Stange (48) sowie annähernd senkrecht zum Anker (38) angeordnete Druckfedern (58, 60) umfaßt.

3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite des Gehäuses (12) eine Durchführungsöffnung (74) für eine Prüftaste (70) zur manuellen Betätigung der Wippe (44) ausgebildet und eine Kontaktstellungsanzeige (72) in die Prüftaste (70) integriert ist.

4. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (72) aus einem optischen Prisma (78) besteht, das mit einem, am Anker (38) befestigten Positionsgeber (80) zusammenwirkt, wobei der Positionsgeber mindestens ein Schauzeichen (82, 92) aufweist, das in Abhängigkeit von der Anzugs- oder Abzugsstellung des Ankers (38) mit der schrägen Fläche des Prismas (78) zusammenwirken kann.

5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (72) zwei Schauzeichen (82, 84) unterschiedlicher Farbgebung aufweist und das Prisma (78) so ausgebildet ist, daß es den Farbstrahl jedes Schauzeichens (82, 84) zur Vorderseite hin reflektiert.

6. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker (38) und der Vorderseite des Gehäuses (12) eine Feder (86) angeordnet ist, um die Prüftaste (70) in Richtung einer Vorsprung-Stellung zu beaufschlagen, die eine zuverlässige Funktionsweise der Anzeige (72) ermöglicht.

7. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Stange (48) und der zweiten Feder (60) angeordnete erste, kürzere Feder (58) härter ist als die genannte zweite Feder.