EP0646282B1

EP0646282B1 - Elektromagnetisches relais

Info

Publication number: EP0646282B1
Application number: EP93909803A
Authority: EP
Inventors: Horst Hendel; Bernhard Kleine-Onnebrink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2013-06-01
Also published as: DE59305970D1; EP0646282A1; DE4219933A1; ATE150900T1; US5612658A; WO1993026030A1; JPH07507654A; CZ298194A3; CZ283883B6

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 Gegenkontaktelement, 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 Gegenkontaktelement sich zumindest mit einem Anschlußabschnitt außerhalb dieses Eisenkreises befinden.

Mit der in dieser Konstruktion vorgesehenen Anordnung der Kontaktfeder zwischen Anker und Spule läßt sich ein kompakter Relaisaufbau schaffen, wobei die Kontaktfeder auf einfache Weise unmittelbar durch den Anker bei dessen Anziehung an den Kern betätigbar ist. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung der Kontaktfeder bei der Konstruktion eines Umschaltrelais, bei dem auf dem Grundkörper zwei getrennt ansteuerbare Spulen mit je einer Wicklung und je einem Kern im wesentlichen zueinander axial ausgerichtet sind, wobei zwischen den einander zugewandten inneren Kernenden ein Luftspalt gebildet ist und die äußeren Kernenden mit einem Joch verbunden sind. Durch einen an einem Mittelbereich des Joches gelagerten Anker können dort jeweils zwischen Anker und Spule angeordnete Kontaktfedern durch den Anker wahlweise zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition umgeschaltet werden, wobei mindestens zwei im Grundkörper verankerte, feststehende Gegenkontaktelemente jeweils zumindest mit einer Kontaktfeder in mindestens 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 Lagerstift und das Gegenkontaktelement bei geschlossenem Kontakt eine durch den Eisenkreis von Kern, Joch und Anker geführte Stromschleife gebildet werden kann, deren Magnetfeld sich dem Erregerflußkreis der Spule überlagert. Je nach Flußrichtung in dieser Stromschleife kann der zusätzlich 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 festhält, der Anker also nicht mehr abfallen kann. Solange nur ein einfaches Relais mit einer Kontaktfeder und einem Anschlußstift 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 zwischenliegenden Anker und mit Kontaktfedern auf jeder Seite des Ankers läßt sich eine solche Kompensation aber nur in einer Richtung durchführen, so daß das erwähnte Problem bei extrem hohen Schaltströmen auftreten kann.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, durch konstruktive Ausgestaltung eines Relaisaufbaus der eingangs genannten Art die Möglichkeit zu schaffen, daß die Schleifenwirkung 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 Kontaktfeder gegenüberliegenden Seite des Ankers oder des Joches im Grundkörper verankert ist und über einen den Anker bzw. das Joch übergreifenden Bügelabschnitt mit der Kontaktfeder leitend verbunden ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird also die Möglichkeit geschaffen, den Haltestift der betreffenden Kontaktfeder nicht als Stromanschluß zu verwenden, sondern den Schaltstrom über den Anker bzw. das Joch hinweg über den Bügelabschnitt der Kontaktfeder zuzuführen, so daß keine geschlossene Stromschleife den Eisenkreis des Magnetsystems durchzieht.
Für den eingangs erwähnten bevorzugten Anwendungsfall eines Umschaltrelais mit zwei Magnetsystemen und einem zwischenliegenden Anker ist die erfindungsgemäße Lösung des geschilderten Problems dadurch erreicht, daß die Anschlußstifte beider Kontaktfedern im Bereich zwischen dem Anker und der einen Spule im Grundkörper verankert sind, wobei der eine Anschlußstift als Hal stift für die eine Kontaktfeder dient und der andere durch einen den Anker übergreifenden 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 dieser weitere Anschlußstift anstelle des gegenüberliegenden Anschlußstiftes oder zusätzlich zu diesem zur Führung des Laststroms herangezogen werden. Somit kann für Anwendungsfälle, bei der die Schleifenwirkung erwünscht ist, für beide Kontaktfedern jeweils deren Haltestift auch als Anschlußstift 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 geschaltet 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 Anschlußbügel über den Anker greifend mit beiden Enden im Grundkörper befestigt, wobei ein erster Schenkel den Anschlußstift und ein zweiter Schenkel einen Haltestift für die mit dem Anschlußstift verbundene Kontaktfeder bildet. Dieser U-förmige Anschlußbügel wird zweckmäßigerweise steckbar im Grundkörper befestigt, während der separate Anschluß- und Haltestift der ersteren Kontaktfeder im Grundkörper eingebettet sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 ein elektromagnetisches Umschaltrelais mit zwei Spulen und einem zwischenliegenden Anker in Draufsicht,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines etwa in der Mitte im Bereich des Ankers geschnittenen Relais gemäß Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Einzelrelais mit nur einer Spule und einem Anker.

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Relais besitzt einen Grundkörper 1, welcher zwei einstückig verbundene Spulenkörper 2 und 3 sowie einen zwischen den beiden Spulenkörpern gebildeten Kontaktraum 4 aufweist. Auf dem Spulenkörper 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 Wicklungsananschlüsse 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 Anschlußstift 53 durch den Boden des Grundkörpers geführt ist. Ein weiteres Kontaktblech 6 bildet ein Mittelkontaktelement 61 und einen durch den Boden des Grundkörpers geführten Anschlußstift 62. Die Außenkontaktelemente 51 und 52 sind jeweils mit einem Kontaktstück, das Mittelkontaktelement 61 mit zwei Kontaktstücken versehen. Weiterhin sind in der Kontaktkammer 4 zwei Kontaktfedern 7 und 8 angeordnet, welche aus Blattfedermaterial bestehen. Jede Kontaktfeder ist an einem Befestigungsende zu einer Spannhülse gebogen und mit dieser auf einen Anschluß- und Haltestift 9 bzw. 10 aufgesteckt. Entgegengesetzt zu den Befestigungsenden bilden die Kontaktfedern jeweils kontaktgebende Enden 72 bzw. 82, welche jeweils beiderseits mit Kontaktstücken versehen sind und zwischen dem Mittelkontaktelement 61 und jeweils einem Gegenkontaktelement 51 bzw. 52 umschaltbar sind.
Die Kontaktfedern 7 und 8 sind jeweils zu dem Mittelkontaktelement 61 hin vorgespannt. In ihrem Mittelteil besitzen die Kontaktfedern jeweils einen nicht sichtbaren Ausschnitt, 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 aufgesteckt. Am Mittelabschnitt 123 des Joches ist außerdem ein Anker 13 gelagert, der mit Haltelappen 131 und 132 in entsprechenden 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 erkennbar. 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, wobei er die zugehörige Kontaktfeder 7 oder 8 mit dem entsprechenden 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 anderen Haltestift fließt, so kann bei sehr hohen Schaltströmen durch die auf diese Weise gebildete Stromschleife im Eisenkreis von Kern, Joch und Anker ein derart starkes zusätzliches Magnetfeld erzeugt werden, daß unter Umständen der Anker in dem 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 Einstecken 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 verschweißen oder sonstwie zu befestigen.
Bei dieser Anordnung beider Anschlüsse im Bereich der einen 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 Stromschleifenwirkung entsteht, solange der Haltestift 9 den Schaltstrom nicht führt. Soll jedoch gezielt eine Stromschleifenwirkung erzeugt werden, so kann der Haltestift 9 auch als Anschlußstift anstelle des Stiftes 110 Verwendung finden. 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 Schleifenwirkung von etwa 50 % gegenüber der vollen Schleifenwirkung, was bei bestimmten Lastfällen, z. B. bei Lampenlast, von Vorteil sein kann.
Figur 3 zeigt in einer leichten Abwandlung gegenüber Figur 2 ein Einzelrelais, bei dem ebenfalls ein Haltestift zwischen dem Anker und der nunmehr einzigen Spule angeordnet ist, jedoch die Stromschleifenwirkung ausgeschaltet wird. Bei diesem Aufbau trägt ein Grundkörper 201 einen Spulenkörper 202 mit einer Wicklung 223, einen Kern 214 und einem Joch 212. Ein Anker 213 ist an dem Joch 212 in ähnlicher Weise wie bei der Ausführung von Figur 2 gelagert. Außerdem ist zwischen dem Anker 213 und einem Spulenflansch 222 eine Kontaktfeder 207 befestigt. Diese Kontaktfeder 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 entsprechend angepaßt sind.
Um auch in diesem Fall die Stromschleifenwirkung ausschalten zu können, ist die Kontaktfeder 7 zwar auf einem Haltestift 209 befestigt, doch erfolgt die Stromzuführung über einen Anschlußstift 210, der über einen Bügelabschnitt 211 mit der Kontaktfeder leitend verbunden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist im übrigen der Anschlußstift 210 mit dem Bügelabschnitt 211 und dem Haltestift 209 einteilig als U-förmig gebogenes Drahtelement ausgebildet, 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 die Stromschleifenwirkung ganz auszuschalten oder durch zusätzlichen Anschluß des Haltestiftes 209 diese Stromschleifenwirkung ganz oder teilweise mit zu nutzen.

Claims

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 Gegenkontaktelement (51, 52, 61; 251, 261), welches in einer bestimmten Schaltposition des Ankers mit der Kontaktfeder 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 Anschlußabschnitt 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 Kontaktfeder leitend verbunden ist.
Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, welches aufweist:
- zwei auf dem Grundkörper (1) angeordnete, getrennt ansteuerbare 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 Kernenden 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 Anschlußstift (10) als Haltestift für die eine Kontaktfeder (8) dient und der andere durch einen den Anker (13) übergreifenden Bügelabschnitt (111) mit der anderen Kontaktfeder (7) leitend verbunden ist.
Relais nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestift (9) der anderen Kontaktfeder (7) zusätzlich als Anschlußstift ausgebildet ist
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiger Anschlußbügel (110, 111, 9; 210, 211, 209) über den Anker (13; 213) greifend mit beiden Enden im Grundkörper (1; 201) befestigt ist, wobei ein erster Schenkel den Anschlußstift (110; 210) und ein zweiter Schenkel einen Haltestift (9; 209) für die Kontaktfeder (7; 207) bildet.
Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Anschlußbügel steckbar im Grundkörper befestigt ist.