EP0089973B1 - Bistabiles elektromagnetisches stromstossrelais - Google Patents

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EP0089973B1
EP0089973B1 EP19820902814 EP82902814A EP0089973B1 EP 0089973 B1 EP0089973 B1 EP 0089973B1 EP 19820902814 EP19820902814 EP 19820902814 EP 82902814 A EP82902814 A EP 82902814A EP 0089973 B1 EP0089973 B1 EP 0089973B1
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EP
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armature
yoke leg
free end
rotation
yoke
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EP19820902814
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EP0089973A1 (de
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Heinrich Brungsberg
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BBC Brown Boveri AG Germany
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Germany
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H01H50/30—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/60—Contact arrangements moving contact being rigidly combined with movable part of magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/08—Contacts alternately opened and closed by successive cycles of energisation and de-energisation of the electromagnet, e.g. by use of a ratchet

Definitions

  • the invention relates to a bistable electromagnetic surge relay of the type mentioned in the preamble of claim 1, as is known from US-A-2317 888.
  • a current surge relay described in DE-A-2626757 comprises three basic components, namely the magnetic drive consisting of a coil, yoke and armature, a bistable contact system and a conversion part which converts the monostable switching path of the armature of the electromagnet into the bistable switching movement of the contact system .
  • This basic principle is used in various forms in known impulse switches of various types. In these systems, the switching state of the contacts changes after a full armature stroke. The electrical energy is only required up to the end of the stroke of the armature. For the switching status of the contacts, however, it does not matter if the electrical excitation is also present for a longer period. Only the permissible heating of the coil is the limit for this.
  • the known device is relatively small, so that it can be combined with an electronic touch switch in a small housing, e.g. can be arranged in a 55 flush-mounting box for electrical installations.
  • the object of the invention is to provide a space-saving current surge relay with as few individual parts as possible, which despite its bistable switching behavior can assume a desired switching position, e.g. can be switched off without knowing the last switching position to interrupt a circuit.
  • the bistable switching behavior of the impulse relay is not impaired in any way by the invention, but it also enables the impulse relay to be given a preferred position in which it is switched on or off.
  • only the duration of the current pulse determines whether the armature initially remains in a central position and then is pulled into a preferred position by the toggle spring or whether it takes up the other of its two bistable switching positions.
  • the structure of the current surge relay according to the invention is further simplified in that the armature also serves as a movable contact part.
  • a particularly space-saving design of the impulse relay is achieved in that the free end of the second yoke leg is angled toward the first yoke leg to form a defined pole piece. This results in a parallel position of the armature for the longitudinal extension of the coil.
  • An angled portion provided at the free end of the first yoke leg can be produced in a simple manner using the stamping process and forms the pivot bearing in which the anchor foot rests.
  • the toggle spring attached to an extension of the first yoke leg presses the armature into the pivot bearing.
  • the current can be supplied in a particularly simple manner via the first yoke leg and the swivel bearing.
  • the electromagnetic current relay has a coil 1 and a coil core 2 with the yoke legs 3 and 4.
  • an armature 7 which at the same time acts as a movable contact part, is pivotably mounted.
  • the first yoke leg 3 has bends 5 at its free end with a pivot bearing 6 for the base of the armature 7, which is pressed into the pivot bearing 6 by means of a toggle spring 8 which is held on a shoulder 9 of the first yoke leg 3.
  • the free end 10 of the second yoke leg is angled toward the first yoke leg 3, whereby a defined opposite pole is formed for the armature 7.
  • Power is supplied to the armature on one yoke leg 3 via the swivel bearing 6.
  • it can also be connected directly to the armature by a flexible connection, e.g. made of stranded wire, coming from a separate connection terminal.
  • the armature 7 can act as a changeover contact as shown in FIGS. 1 and 4.
  • the armature 7 has a double contact rivet 11 which can be connected on the one hand to a stationary counter contact 12 and on the other hand to a further fixed counter contact 13.
  • a defined short-term excitation pulse e.g. a capacitor discharge
  • the free end of the armature 7 is attracted by the pole of the second yoke leg 4, thereby being thrown beyond the central position represented by the axis A due to the kinetic energy and then by the force of the rocker spring 8 against the counter contact, e.g. 13. It is therefore in its other rest position.
  • FIG. 1 facilitates understanding of the circles of effect of the invention explained with the aid of FIGS. 3 and 4, since, despite structural improvements, the core can recognize the mode of operation of conventional current surge relays.
  • the pivot bearing 6 of the armature 7 is located on the first yoke leg 3 and the pole piece of the other yoke leg 4 is on a common axis A.
  • the direction of current of the excitation can be arbitrary. Due to the fact that the magnetic tensile force exerted on the armature 7 is greater than the effective force of the toggle spring 8, the armature 7 is switched from its one rest position to the other rest position in this system for each defined excitation pulse of the coil 1.
  • the defined excitation pulse is to be provided so briefly that it has ended before the armature 7 has reached the indifferent central position represented by the axis A.
  • the magnetic force which has become effective has given the armature 7 so much kinetic energy that it is thrown over the indifferent position. Then the force of the rocker spring 8 is effective, which presses the armature 7 against the counter contact 12 or 13.
  • the axis A of the pivot bearing 6 of the armature 7 is located on one yoke leg 3 on a parallel to the axis B of the pole piece of the other yoke leg 4.
  • the anchor 7 falls into a preferred position given by the parallel axes A, B, e.g. in Figure 3 for the rest position at a fixed stop 14, whereby an exhibition can be provided.
  • a fixed contact part 12 is provided as the preferred position. It is not possible to anchor the armature 7 after an unintended permanent excitation, e.g. due to magnetic remanence fields to keep in an idifferent position. Because of the parallel axes A, B, there is a preferred position in which the armature 7 switches after the excitation has ceased. This also makes it possible to hold the armature in its indifferent position in the event of a predetermined longer excitation and thus to establish a contact opening position between two changeover contacts 12 and 13. For the formation of the parallel axes A, B, an embodiment according to FIG. 3 or the representations in FIG. 4 with beveled magnetic surfaces is possible.
  • the components of the current relay are fixedly arranged on a common insulating material plate, not shown, for example a printed circuit board. An exact fixation and, if necessary, adjustment of the electromagnetic system and the counter-contacts 12 and 13 is thus possible.
  • the current relay can be used as a switch in a wide variety of control systems, with the defined excitation energy being applied by an electronic device.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein bistabiles elektromagnetisches Stromstossrelais der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, wie es aus der US-A-2317 888 bekannt ist.
  • Ein in der DE-A-2626757 beschriebenes Stromstossrelais umfasst drei Grundkomponenten, nämlich den aus Spule, Joch und Anker bestehenden magnetischen Antrieb, ein bistabiles Kontaktsystem und einen Umwandlungsteil, der den monostabil verlaufenden Schaltweg des Ankers des Elektromagneten in die bistabil verlaufende Schaltbewegung des Kontaktsystems umwandelt. Dieses Grundprinzip wird bei bekannten Stromstossschaltern der verschiedensten Bauarten in vielfältiger Form verwendet. Bei diesen Systemen erfolgt die Änderung des Schaltzustandes der Kontakte jeweils nach einem vollen Ankerhub. Die elektrische Energie wird hierbei nur bis zum Hubende des Ankers benötigt. Für den Schaltzustand der Kontakte stört es jedoch nicht, wenn die elektrische Erregung auch länger ansteht. Hierfür stellt nur die zulässige Erwärmung der Spule die Grenze dar. Die bekannte Einrichtung ist relativ klein, so dass sie in Verbindung mit einem elektronischen Berührungsschalter in ein kleines Gehäuse, z.B. in eine 55-Unterputz-Einbaudose bei elektrischen Installationen angeordnet werden kann.
  • Bei dem aus der US-PS 2317888 und aus der GB-PS 643 397 bekannten Stromstossrelais ist jeweils ein Anker zwischen den beiden Polen eines Magnetkreises angeordnet, mit seinem Fuss im Bereich des einen Poles schwenkbar gelagert, und er befindet sich unter der Einwirkung einer Kippfeder, unter der er seine beiden Endlagen aufsucht. Bei diesem Relais erfolgt bei jedem Stromimpuls ein Wechsel der Schaltstellung, die sich also nur vorherbestimmen lässt, wenn die Ausgangsstellung bekannt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein raumsparendes Stromstossrelais mit möglichst wenig Einzelteilen zu schaffen, das trotz seines bistabilen Schaltverhaltens eine gewünschte Schaltstellung einnehmen kann, also z.B. ohne Kenntnis der jeweils letzten Schaltstellung ausgeschaltet werden kann, um einen Stromkreis zu unterbrechen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Zweckmässige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.
  • Durch die Erfindung wird das bistabile Schaltverhalten des Stromstossrelais in keiner Weise beeinträchtigt, sie ermöglicht darüberhinaus aber, dem Stromstossrelais eine Vorzugslage zu geben, in der dieses grundsätzlich ein- oder grundsätzlich ausgeschaltet ist. Bei einem erfindungsgemässen Aufbau des Stromstossrelais entscheidet lediglich die Dauer des Stromimpulses darüber, ob der Anker zunächst in einer Mittellage verharrt und dann durch die Kippfeder in eine Vorzugslage gezogen wird oder ob er jeweils die andere seiner beiden bistabilen Schaltstellungen einnimmt.
  • Der Aufbau des erfindungsgemässen Stromstossrelais wird weiterhin dadurch vereinfacht, dass der Anker gleichzeitig als beweglicher Kontaktteil dient.
  • Ein besonders raumsparender Aufbau des Stromstossrelais wird dadurch erreicht, dass zur Bildung eines definierten Polstücks das freie Ende des zweiten Jochschenkels zum ersten Jochschenkel hin abgewinkelt ist. Dadurch ergibt sich eine Parallellage des Ankers zur Längserstreckung der Spule.
  • Eine am freien Ende des ersten Jochschenkels vorgesehene Abwinklung lässt sich auf einfache Weise im Stanzverfahren herstellen und bildet das Schwenklager, in dem der Ankerfuss ruht. Die an einem Ansatz des ersten Jochschenkels befestigte Kippfeder drückt den Anker in das Schwenklager hinein.
  • Da der Anker selbst das bewegliche Kontaktteil bildet, kann die Stromzufuhr auf besonders einfache Weise über dem ersten Jochschenkel und das Schwenklager erfolgen.
  • Die schaltenden Teile eines erfindungsgemässen elektromagnetischen Stromstossrelais sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die Figuren 1 und 2 zeigen den Grundaufbau eines Stromstossrelais ohne die den Kern der Erfindung bildenden Merkmale. Im einzelnen zeigt:
    • Figur 1: Eine Seitenansicht des Grundaufbaus des verwendeten Stromstossrelais,
    • Figur 2: eine Ansicht des zwischen den Polschenkeln des Joches liegenden Ankers,
    • Figur3: eine Seitenansicht der schaltenden Teile eines Stromstossrelais entsprechend der Erfindung, wobei die Achse des Schwenklagers des Ankers und die des Polstücks des anderen Jochschenkels parallel zueinander liegen und,
    • Figur 4: eine Ausführungsvariante der Darstellung nach Figur3.
  • Das elektromagnetische Stromrelais besitzt eine Spule 1 und einen Spulenkern 2 mit den Jochschenkeln 3 und 4. Zwischen den freien Enden der Jochschenkel 3 und 4, die die Pole des Magnetkreises bilden, ist ein gleichzeitig als bewegliches Kontaktteil wirksamer Anker 7 schwenkbar gelagert. Hierzu hat der erste Jochschenkel 3 an seinem freien Ende Abwinklungen 5 mit einem Schwenklager 6 für den Fuss des Ankers 7, der mit einer Kippfeder 8, die an einem Ansatz 9 des ersten Jochschenkels 3 gehalten ist, in das Schwenklager 6 hineingedrückt wird. Das freie Ende 10 des zweiten Jochschenkels ist zum ersten Jochschenkel 3 hin abgewinkelt, wodurch ein definierter Gegenpol für den Anker 7 gebildet ist.
  • Die Stromzufuhr zu dem Anker erfolgt an dem einen Jochschenkel 3 über das Schwenklager 6. Sie kann jedoch auch unmittelbar an dem Anker durch eine flexible Verbindung, z.B. aus Litzendraht, von einer separaten Anschlussklemme kommend vorgesehen sein.
  • Der Anker 7 kann gemäss der Darstellung in den Figuren 1 und 4 als Umschaltkontakt wirken. Hierzu hat der Anker 7 ein Doppelkontaktniet 11, das einerseits mit einem ortsfesten Gegenkontakt 12 und andererseits mit einem weiteren ortsfesten Gegenkontakt 13 in Verbindung gebracht werden kann. Bei einem definierten kurzzeitigen Erregerimpuls (z.B. eine Kondensator-Entladung) wird das freie Ende des Ankers 7 durch den Pol des zweiten Jochschenkels 4 angezogen, dabei infolge der kinetischen Energie über die durch die Achse A dargestellte Mittellage hinausgeschleudert und danach durch die Kraft der Kippfeder 8 gegen den Gegenkontakt, z.B. 13, gedrückt. Er befindet sich somit in seiner anderen Ruhelage.
  • Das Verständnis der mit Hilfe der Figuren 3 und 4 erläuterten Wirkungskreise der Erfindung wird durch die Darstellung in Figur 1 erleichtert, da diese trotz konstruktiver Verbesserungen im Kern die Wirkungsweise üblicher bekannter Stromstossrelais erkennen lässt. Wie in dem Beispiel der Figur 1 gezeigt, befinden sich das Schwenklager 6 des Ankers 7 an dem ersten Jochschenkel 3 und das Polstück des anderen Jochschenkels 4 auf einer gemeinsamen Achse A. Die Stromrichtung der Erregung kann beliebig sein. Dadurch, dass die auf den Anker 7 ausgeübte magnetische Zugkraft grösser ist als die wirksame Kraft der Kippfeder 8 wird bei diesem System bei jedem beliebig gerichteten definierten Erregungsimpuls der Spule 1 der Anker 7 von seiner einen Ruhelage in die andere Ruhelage umgeschaltet. Andererseits ist der definierte Erregerimpuls so kurzzeitig vorzusehen, dass dieser, bevor der Anker 7 die durch die Achse A dargestellte, indifferente Mittellage erreicht hat, beendet ist. Die wirksam gewordene Magnetkraft hat dem Anker 7 soviel kinetische Energie verliehen, dass dieser über die indifferente Lage geschleudert wird. Dann wird die Kraft der Kippfeder 8 wirksam, die den Anker 7 gegen den Gegenkontakt 12 bzw. 13 drückt.
  • Demgegenüber befindet sich bei den Darstellungen der Figur 3 und 4 die Achse A des Schwenklagers 6 des Ankers 7 an dem einen Jochschenkel 3 zu der Achse B des Polstücks des anderen Jochschenkels 4 auf einer Parallelen. Hierdurch ist es möglich, bei einem längeren Erregerimpuls, z.B. 100 ms, den Anker 7 solange in der Mittellage festzuhalten, bis das magnetische Feld verschwindet. Danach fällt der Anker 7 in eine durch die parallelen Achsen A, B gegebene Vorzugslage, z.B. in Figur 3 zur Ruhelage an einem ortsfesten Anschlag 14, wodurch eine Ausstellung vorgesehen werden kann.
  • In dem Beispiel der Figur 4 ist dagegen als Vorzugslage ein ortsfester Kontaktteil 12 vorgesehen. Hierbei ist es nicht möglich, den Anker 7 nach einer unbeabsichtigten Dauererregung, z.B. infolge magnetischer Remanenzfelder, in einer idifferenten Lage zu halten. Aufgrund der parallelen Achsen A, B ergibt sich eine Vorzugsstellung, in welche der Anker 7 nach Fortfall der Erregung umschaltet. Hierdurch ist es ausserdem möglich, bei einer vorgegebenen längeren Erregung den Anker in seiner indifferenten Lage zu halten und somit eine Kontaktöffnungsstellung zwischen zwei Umschaltkontakten 12 und 13 herzustellen. Für die Ausbildung der parallelen Achsen A, B ist eine Ausführung gemäss der Figur 3 oder der Darstellungen in Figur 4 mit abgeschrägten Magnetflächen möglich.
  • Die Bauteile des Stromrelais sind auf einer nicht dargestellten, gemeinsamen Isolierstoffplatte, beispielsweise einer Leiterplatte ortsfest angeordnet. Somit ist eine genaue Fixierung und ggf. Justage des elektromagnetischen Systems und der Gegenkontakte 12 und 13 möglich. Das Stromrelais kann als Schalter in den verschiedensten Steuerungen Verwendung finden, wobei die definierte Erregungs-Energie durch eine elektronische Einrichtung aufgebracht wird.

Claims (4)

1. Bistabiles, elektromagnetisches Stromstossrelais kleiner Bauart, dessen Spulenkern (2) beidseitig je einen Jochschenkel (3, 4) besitzt, zwischen deren beiden, die Pole des Magnetkreises bildenden, freien Enden sich der Anker (7) erstreckt, dessen Fuss im Bereich des freien Endes des ersten Jochschenkels (3) schwenkbar gelagert ist und der unter Einwirkung einer Kippfeder (8) seine beiden Endlagen aufsucht, dadurch gekennzeichnet, dass das am freien Ende des ersten Jochschenkels (3) vorgesehene Schwenklager (6) zu dem am zweiten Jochschenkel (4) ausgebildeten Pol (10) so angeordnet ist und die Kippfeder (8) so am Anker (7), der gleichzeitig als beweglicher Kontakt dient, angreift, dass der Anker ausgehend von einer Mittellage, die er bei einem längeren Erregerimpuls einnimmt, in eine als Vorzugslage definierte Schaltstellung wechselt.
2. Stromstossrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des zweiten Jochschenkels (4) zum ersten Jochschenkel (3) hin abgewinkelt ist.
3. Stromstossrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Jochschenkel (3) an seinem freien Ende eine Abwinklung (5) aufweist, an der das Schwenklager (6) für den Ankerfuss (7) liegt und dass die an einem Ansatz (9) des Jochschenkels gehaltene Kippfeder (8) den Anker (7) in das Schwenklager (6) hineindrückt.
4. Stromstossrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzufuhr zu dem Anker (7) über das Schwenklager (6) an dem ersten Jochschenkel (3) erfolgt.
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