Die Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein höhere Spannungen als 12
Volt schaltendes Relais, vorzugsweise ein Relais für 42-Volt-Bordnetze in
Kraftfahrzeugen, umfassend ein Gehäuse, zwei das Gehäuse durchsetzende
und über dieses überstehende Kontaktelemente, eine im Gehäuse angeordnete
Magnetspule, einen im Gehäuse schwenkbar gelagerten und mittels der
Magnetspule bewegbaren Anker, mittels welchem eine Kontaktbrücke zwischen
einer die Kontaktelemente elektrisch verbindenden Kontaktstellung und einer
Unterbrechungsstellung bewegbar ist.
Derartige Relais sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei bei der
konventionellen Bauweise der Relais stets das Problem der Ausbildung eines
Lichtbogens bei Spannungen von mehr als 12 Volt, insbesondere bei 42-Volt-Bordnetzen,
besteht.
Insbesondere sind die bekannten Relais auch problematisch, wenn sie als
Leistungsschalter eingesetzt sind, das heißt dazu dienen Ströme von mehr als
50 Ampere zu schalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Relais zu schaffen, das bei
höheren Spannungen als 12 Volt zuverlässig funktioniert.
Diese Aufgabe wird bei einem Relais der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß durch den Anker ein Sprungfederelement
zwischen zwei Sprungfederzuständen bewegbar ist und daß das Sprungfederelement
in einem Sprungfederzustand die Kontaktbrücke in der Kontaktstellung
und im anderen Sprungfederzustand in der Unterbrechungsstellung
hält.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch das
Sprungfederelement die Möglichkeit geschaffen ist, die Kontaktbrücke schnell
über große Kontaktabstände hinweg zu bewegen und somit die Ausbildung
eines Lichtbogens, insbesondere beim Übergang von der Kontaktstellung in die
Unterbrechungsstellung, weitgehend zu unterdrücken.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Sprungfederelement so ausgebildet
ist, daß es beim Wechsel von einem Sprungfederzustand zum anderen
die Kontaktbrücke mit größerer Winkelbeschleunigung bewegt, als sich dabei
der Anker bewegt, so daß das Sprungfederelement dazu dient, trotz
"langsamerer" Bewegung des Ankers die Kontaktbrücke mit größerer Winkelbeschleunigung
von der Kontaktstellung in die Unterbrechungsstellung oder
umgekehrt zu überführen.
Hinsichtlich der Sprungfederzustände sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten
denkbar.
Eine Möglichkeit ist die, die Sprungfederelemente durch federbeaufschlagte
Hebelmechanismen, beispielsweise federbeaufschlagte Kniehebelmechanismen
zu realisieren, die beispielsweise zwei stabile Knickzustände aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sprungfederzustände durch Formzustände
des Sprungfederelements gebildet sind, in welche dieses jeweils durch
den Anker überführt wird.
Die Sprungfederzustände können dabei so sein, daß ein Sprungfederzustand
ein stabiler Formzustand ist, während der andere Sprungfederzustand ein
instabiler Formzustand ist.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Sprungfederzustände in gleicher
Weise stabile Formzustände des Sprungfederelements sind, die über einen
instabilen Zwischenzustand voneinander getrennt sind.
Somit muß der Anker lediglich so ausgebildet sein, daß er beim Wechsel von
einem Sprungfederzustand zum anderen Sprungfederzustand die erforderliche
Kraft aufbringen kann, jedoch nicht so, daß er in einem der Sprungfederzustände
eine besonders hohe Kraft zum Halten desselben aufbringen muß.
Die Formzustände können dabei grundsätzlich mehrdimensionale Biegezustände
sein, also Biegezustände von tellerähnlichen Federelementen.
Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, daß die Formzustände eindimensionale
Biegezustände des Sprungfederelements sind.
Vorzugsweise lassen sich die eindimensionalen Biegezustände dadurch erreichen,
daß das Sprungfederelement zwischen Gegenlagern eingespannt ist
und aufgrund der Einspannung sich zwei unterschiedliche Biegezustände als
Formzustände ausbilden lassen.
Eine besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß das Sprungfederelement
als Blattfederelement ausgebildet ist und die Biegezustände durch Biegezustände
des Blattfederelements sind.
Eine bevorzugte Bauform des Relais sieht vor, daß das Sprungfederelement in
der Ausgangsstellung des Ankers die Kontaktbrücke in der Unterbrechungsstellung
hält und daß das Sprungfederelement in der angezogenen Stellung
der Ankers die Kontaktbrücke in der Kontaktstellung hält.
Die Biegezustände sind dabei vorzugsweise so gewählt, daß das Sprungfederelement
in einem ersten Biegezustand von den Kontaktelementen weggebogen
ist und in einem zweiten Biegezustand zu den Kontaktelementen hingebogen
ist.
Hinsichtlich der Lagerung des Sprungfederelements in dem Gehäuse sind die
unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
So wäre es beispielsweise denkbar, das Sprungfederelement unabhängig vom
Anker in dem Gehäuse zu lagern, beispielsweise zwischen Widerlagern eingespannt
zu lagern, und lediglich den Anker auf das Sprungfederelement wirken
zu lassen, um dieses zwischen den Sprungfederzuständen hin- und herzubewegen.
Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, daß das
Sprungfederelement über den Anker im Gehäuse gelagert ist.
Im einfachsten Fall ist dabei das Sprungfederelement fest mit dem Anker verbunden
und wird auch durch diesen im Gehäuse gelagert.
Um das Sprungfederelement zur Ausbildung der zwei Formstände spannen zu
können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Sprungfederelement mindestens
einen Federschenkel aufweist, der zwischen zwei Widerlagern eingespannt
und damit abgestützt ist.
Eine besonders günstige Lösung sieht dabei vor, daß das Sprungfederelement
einerseits über den Anker als Widerlager und andererseits über ein gehäusefest
angeordnetes Widerlager abgestützt ist.
Diese Möglichkeit erlaubt es, über den Anker das Sprungfederelement im Gehäuse
zu lagern und zusätzlich noch an einem gehäusefesten Widerlager abzustützen,
um dem Sprungfederelement die gewünschten Sprungfederzustände
zu verleihen.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das Widerlager auf einer der Kontaktbrücke
abgewandten Seite liegt.
Eine besonders vorteilhafte konstruktive Lösung sieht vor, daß das Sprungfederelement
zwei im Abstand voneinander angeordnete Federschenkel aufweist,
die sich von einem Kontaktbrückenhalter bis zu einem Widerlager erstrecken
und somit zwischen dem Kontaktbrückenhalter und dem Widerlager
eingespannt sind.
Vorzugsweise ist dabei zwischen den Federschenkeln ein mit dem Kontaktbrückenhalter
verbundener Betätigungsschenkel vorgesehen, der durch den
Anker betätigbar ist.
In dem Fall, daß das Sprungfederelement über den Anker gelagert ist, ist
dabei vorgesehen, daß der Betätigungsschenkel an dem Anker fixiert ist und
somit über den Betätigungsschenkel nicht nur ein Betätigen des Sprungfederelements
erfolgt sondern über den Betätigungsschenkel ein Festlegen des
Kontaktbrückenhalters über die schwenkbare Lagerung des Ankers, so daß
letztlich über den Betätigungsschenkel der Anker wiederum als Widerlager für
den Kontaktbrückenhalter wirkt.
Um zu verhindern, daß über den Betätigungsschenkel die Bewegung des
Kontaktbrückenhalters starr mit der Bewegung des Ankers gekoppelt ist, ist
vorzugsweise vorgesehen, daß der Betätigungsschenkel eine flexible Verbindung
zwischen dem Anker und dem Kontaktbrückenhalter bildet und somit
dem Sprungfederelement erlaubt, die Kontaktbrücke mit größerer Winkelbeschleunigung
zu bewegen, als sich der Anker bewegt.
Beispielsweise wäre es denkbar, die Kontaktbrücke separat vom Sprungfederelement
zu führen oder zu lagern.
Besonders einfach ist jedoch eine konstruktive Lösung, bei welcher das
Sprungfederelement die Kontaktbrücke trägt.
Vorzugsweise trägt dabei das Sprungfederelement die Kontaktbrücke mit dem
Kontaktbrückenhalter.
Um der Kontaktbrücke die Möglichkeit zu geben, sich in der Schaltstellung mit
möglichst gleicher Kraft an die Kontaktelemente anzulegen, ist vorzugsweise
vorgesehen, daß das Sprungfederelement mit einem die Kontaktbrücke
haltenden tordierbaren Element versehen ist, so daß nicht die Notwendigkeit
besteht, das die Kontaktbrücke haltende Sprungfederelement derart exakt zu
positionieren, daß die Kontaktbrücke in der Schaltstellung mit im wesentlichen
gleicher Kraft auf den Kontaktelementen aufliegt, da dies durch das tordierbare
Element ausgeglichen werden kann.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das tordierbare Element ein Federsteg
ist.
Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß das tordierbare
Element einstückig an das Sprungfederelement angeformt ist.
Eine konstruktiv besonders einfache und daher kostengünstige Lösung sieht
ferner vor, daß an das tordierbare Element ein Kontaktbrückenträger einstückig
angeformt ist, welcher dann die Gegenkontakte hält und vorzugsweise
gleichzeitig eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Gegenkontakten
herstellt.
Hinsichtlich der Verbindung der Anschlußelemente mit äußeren Leitungen
wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele
keine näheren Angaben gemacht.
So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kontaktelemente
über das Gehäuse überstehende Anschlußelemente aufweisen, und
daß jeweils ein Anschlußelement mit einem der Anschlußgegenstücke eine um
eine Längsachse desselben drehbare elektrische Verbindung bildet.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß durch die drehbare Verbindung
zwischen dem Anschlußgegenstück und dem entsprechenden Anschlußelement
die Möglichkeit geschaffen wurde, von Leitungen über das Anschlußgegenstück
aufgebrachte Torsionskräfte zu kompensieren, da sich das Anschlußgegenstück
relativ zum Anschlußelement entsprechend drehen kann.
Im Gegensatz dazu wurden bei den bislang bekannten Relais, insbesondere
wenn es sich um Leistungsschalter handelt, stets die Kontaktelemente mit den
Zuleitungen über eine Schraubverbindung verbunden, so daß die Kontaktelemente
so ausgebildet sein mußten, daß sie über Zuleitungen aufgebrachten
Torsionselementen Stand hielten.
Die Anschlußelemente können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein.
Eine besonders einfache Variante der Anschlußelemente sieht vor, daß diese
zur Längsachse kreiszylindrische Kontaktstifte sind.
Derartige Kontaktstifte sind besonders einfache Elemente, die sich einerseits
einfach herstellen lassen und andererseits eine einfache Verbindung mit den
Anschlußelemente, insbesondere wenn diese drehbar sein soll, erlauben.
Hinsichtlich der Ausbildung der Anschlußgegenstücke wurden bislang keine
näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß die Anschlußgegenstücke
Anschlußhülsen aufweisen.
Grundsätzlich wären diese Anschlußhülsen direkt mit den Kontaktstiften verbindbar.
Bei als Leistungsschaltern ausgebildeten Relais besteht jedoch die Notwendigkeit,
einen möglichst geringen Kontaktwiderstand zu erzeugen.
Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Anschlußhülsen mit
Kontakteinsätzen versehen sind.
Diese Kontakteinsätze können in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet
sein.
Beispielsweise wäre es denkbar, die Kontakteinsätze mit einzelnen Vorsprüngen
zu versehen, welche einen günstigen Kontakt mit den Kontaktstiften
ergeben.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Kontakteinsätze
als Kontaktkäfige ausgebildet sind, welche die Kontaktstifte umschließen
und somit für einen für hohe Ströme günstigen elektrischen Kontakt zwischen
diesen und den Anschlußhülsen sorgen.
Eine besonders günstige Ausbildung der Kontaktkäfige sieht vor, daß diese
Kontaktlamellen aufweisen, so daß über die Kontaktlamellen, die vorzugsweise
federnd und gebogen ausgebildet sind, ein guter elektrischer Kontakt erreichbar
ist.
Der für hohe Ströme geeignete elektrische Kontakt läßt sich besonders günstig
dann realisieren, wenn die Kontaktlamellen in Axialrichtung und in Azimutalrichtung
um eine Mittelachse des Kontaktkäfigs herum verlaufen. Ein derartiger
Verlauf der Kontaktlamellen erlaubt es, ein besonders günstiges Anschmiegen
derselben an die Kontaktstifte zu erreichen.
Vorzugsweise verlaufen dabei die Kontaktlamellen zumindest in Teilabschnitten
helixähnlich oder geschwungen um die Mittelachse des Kontaktkäfigs herum.
Um eine schnelle Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Anschlußgegenstücken
herzustellen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Anschlußgegenstücke
in einem Anschlußgehäuse angeordnet sind. Ein derartiges Anschlußgehäuse
ist beispielsweise ein Gehäuse aus einem isolierenden Material,
vorzugsweise Kunststoff.
Um dabei die Drehbarkeit der Anschlußgegenstücke zu gewährleisten, ist vorgesehen,
daß die Anschlußgegenstücke in dem Anschlußgehäuse drehbar angeordnet
sind, wobei mehrere Anschlußgegenstücke unabhängig voneinander
drehbar in dem Anschlußgehäuse angeordnet sind.
Hinsichtlich der Ausbildung der Kontaktelemente innerhalb des Gehäuses
wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Bei den bislang bekannten Lösungen sind die Kontaktelemente vielfach als
Winkel aus Flachmaterial ausgebildet.
Erfindungsgemäß sieht jedoch eine konstruktiv besonders einfache Lösung vor,
daß die Kontaktelemente freistehende Kontaktkörper bilden, die sich vorzugsweise
über einen Trägerkörper des Gehäuses erheben und beispielsweise
säulenähnlich geformt sind.
Zweckmäßigerweise sind dabei die Kontaktkörper stirnseitig, vorzugsweise an
den dem Trägerkörper gegenüberliegenden Seite mit Kontaktteilen versehen,
die ihrerseits dann mit der Kontaktbrücke wechselwirken, um einen elektrisch
leitenden Kontakt zwischen den Kontaktelementen mittels der Kontaktbrücke
herzustellen.
Unabhängig von der Art der Kontaktelemente wurden bislang bei Leistungsschaltern
stets auf die Kontaktelemente aufgenietete Kontaktteile verwendet.
Erfindungsgemäß hat es sich jedoch als konstruktiv besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn die Kontaktelemente mit aufplattierten Kontaktteilen versehen
sind.
Derartige aufplattierte Kontaktteile stellen einen erheblichen Fertigungs- und
Kostenvorteil dar.
Vorzugsweise sind dabei die Kontaktteile aus Silber oder Palladium-Silber hergestellt
und durch Aufplattierverfahren auf die Kontaktelemente aufgebracht.
Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- ein teilweise im Schnitt dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Relais mit in Unterbrechungsstellung
stehender Kontaktbrücke;
- Fig. 2
- eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, ähnlich Fig. 1
mit in Kontaktstellung stehender Kontaktbrücke;
- Fig. 3
- eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;
- Fig. 4
- eine Draufsicht in Richtung des Pfeils B in Fig. 1;
- Fig. 5
- eine Darstellung einer Verbindung zwischen einem Kontaktelement
und einem externen Anschluß mit einem erfindungsgemäßen
Anschlußgegenstück beim ersten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 6
- eine Darstellung ähnlich Fig. 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Relais;
- Fig. 7
- eine Darstellung ähnlich Fig. 4 des zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Relais und
- Fig. 8
- eine Darstellung ähnlich Fig. 3 eines dritten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Relais.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Relais, dargestellt in
den Figuren 1 bis 4, umfaßt einen einen Teil eines Gehäuses darstellenden und
als Ganzes mit 10 bezeichneten Trägerkörper, auf welchem ein unterer
Schenkel 12 eines als Ganzes mit 14 bezeichneten Jochs aufliegt.
Auf einer dem Trägerkörper 10 gegenüberliegenden Seite des unteren
Schenkels 12 sitzt eine mit 16 bezeichnete Magnetspule, welche einen mit dem
unteren Schenkel 12 des Jochs 14 verbundenen magnetisierbaren Kern 18
umschließt.
Der magnetisierbare Kern 18 weist eine dem unteren Schenkel 12 abgewandte
Stirnseite 20 auf, welcher ein Anker 22 gegenüberliegend angeordnet ist,
wobei der Anker 22 an einem quer zum unteren Schenkel 12 des Jochs 14
verlaufenden Querschenkel 24 des Jochs 14 um eine Achse 26 schwenkbar
gelagert ist.
Die schwenkbare Lagerung des Ankers 22 erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt,
durch einen Ausschnitt 28 im Querschenkel 24 des Jochs 14, wobei der Ausschnitt
28 eine dem Trägerkörper 10 zugewandte Auflagefläche 30 bildet, auf
welcher der Anker 22 mit einem Lagersteg 32 aufliegt, wobei der Lagersteg 32
zwischen Seitenwänden 34a und 34b des Ausschnitts 28 in Richtung der Achse
26 geführt ist.
Der Anker 22 umfaßt somit eine der Stirnseite 20 des magnetisierbaren Kerns
18 gegenüberliegende Ankerplatte 36, an welche sich der Lagersteg 32 anschließt
und auf einer der Ankerplatte 36 gegenüberliegenden Seite des Lagerstegs
32 einen Fortsatz 38, an welchem eine Zugfeder 40 mit einem Ende 42
angreift, während ein gegenüberliegendes Ende 44 der Zugfeder 40 entweder
am Trägerkörper 10 oder am unteren Schenkel 12 des Jochs 14 gelagert ist.
Bei nicht bestromter Spule 16 steht der Anker 22 in einer Ausgangsstellung, in
welcher die Zugfeder 40 die Tendenz hat, den Anker 22 möglichst weit von der
Stirnseite 20 des magnetisierbaren Kerns 18 weg zu bewegen. Diese Ausgangsstellung
ist festgelegt durch eine Anschlagnase 46, welche an einem mit
dem Querschenkel 24 des Jochs 14 verbundenen Anschlagarm 48 gehalten ist.
Vorzugsweise sitzt dabei die Anschlagnase 46 über der Ankerplatte 36 des
Ankers 22.
Zur unverschieblichen Lagerung des Ankers 22 quer zur Achse 26 ist einerseits
der Fortsatz 38 breiter als der Ausschnitt 28 ausgeführt, so daß der Fortsatz
38 mit seitlich über den Ausschnitt 28 überstehenden Nasen 50a und 50b an
dem Querschenkel 24 des Jochs 14 anliegt. Außerdem ist auch die Ankerplatte
36 breiter als der Ausschnitt 28 ausgeführt und liegt somit mit Vorsprüngen
52a, b seitlich des Lagerstegs 32 und somit auch seitlich des Ausschnitts 28 an
dem Querschenkel 24 des Jochs 14 auf den Nasen 50a bzw. 50b gegenüberliegenden
Seiten desselben an.
Auf der Trägerplatte 10 sind vorzugsweise auf einer dem Querschenkel 24
gegenüberliegenden Seite der Magnetspule 16 zwei Kontaktelemente 60 und
62 vorgesehen, welche Kontaktträgerkörper 64 und 66 aufweisen, die sich
säulen- oder zapfenähnlich über dem Trägerkörper 10 erheben und auf welche
stirnseitig Kontaktteile 68 bzw. 70 aufplattiert sind. Die Kontaktteile 68 und 70
sind dabei vorzugsweise aus Silber oder Palladium-Silber in Form von einer
Schicht auf eine dem Trägerkörper 10 abgewandte Stirnseite 72 bzw. 74 der
Kontaktträgerkörper 64 und 66 aufgetragen.
Zur sicheren Verankerung der Kontaktelemente 60 und 62 sind diese mit
Stützflanschen 76 und 78 versehen, die sich vorzugsweise in radialer Richtung
zu einer Längsachse 80 bzw. 82 des jeweiligen Kontaktelements 60 bzw. 62
über die Kontaktträgerkörper 64 und 66 hinaus erstrecken und auf einer entsprechenden
Stützfläche des Trägerkörpers 10 aufliegen.
Ferner durchsetzen die Kontaktelemente 60 und 62 mit Ansätzen 88 und 90
den Trägerkörper 10, wobei die Ansätze 88 und 90 durch zusätzliche Formschlußelemente
92 und 94 am Trägerkörper 10, beispielsweise durch verstemmte
Krallen, verankert sind.
An die Ansätze 88 und 90 schließen sich dann vorzugsweise koaxial zu den
Längsachsen 80 und 82 angeordnete Kontaktstifte 96 und 98 an.
Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Kontaktelemente 60 und 62 als
Drehteile ausgebildet, so daß die Kontaktstifte 96 und 98 und die Kontaktträgerkörper
64 und 96 sowie auch die Stützflansche 76 und 78 sowie die Ansätze
88 und 90 koaxial zueinander angeordnet sind.
Um nun eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 60 und
62, insbesondere den Kontaktteilen 68 und 70 derselben herstellen zu können,
ist eine als Ganzes mit 100 bezeichnete Kontaktbrücke vorgesehen, welche
einen Kontaktbrückenträger 102 sowie an diesem gehaltene Gegenkontakte
104 und 106 aufweist, die an den Kontaktteilen 68 bzw. 70 in einer Schaltstellung
des Relais, dargestellt in Fig. 2, anlegbar sind und in einer Unterbrechungsstellung
in ausreichend großem Abstand von diesen stehen.
Der Kontaktbrückenträger 102 ist nun seinerseits mit einem Sprungfederelement
110 verbunden, welches mit einem der Kontaktbrücke 100 zugewandten
vorderen Abschnitt 112 einen Kontaktbrückenhalter bildet, an welchem der
Steg 108 angreift, wobei der Steg 108 und der Kontaktbrückenträger 102 vorzugsweise
einstückig an das Sprungfederelement 110 angeformt sind und
diese aus einem Blattfederstück geformt, beispielsweise ausgestanzt, sind.
Der Steg 108 bildet dabei vorzugsweise ein Torsionsfederelement, welches ein
Verkippen des Kontaktbrückenträgers 102 um eine quer zur Achse 26 und
auch quer zum Kontaktbrückenträger 102 verlaufende Kippachse 114 aufweist,
die zwischen den Gegenkontakten 104 und 106 liegt, so daß in der Kontaktstellung
beide Gegenkontakte 104 und 106 an die entsprechenden Kontaktteile
68 und 70 angelegt werden, selbst wenn der Kontaktbrückenhalter 112 nicht
genau parallel zu den Kontaktteilen 68 und 70 ausgerichtet ist, wobei dann der
Steg 108 eine geringfügige Torsion erfährt.
Das Sprungfederelement 110 weist ferner zwei sich vom Kontaktbrückenhalter
112 in Richtung des Querschenkels 124 erstreckende Federschenkel 116 und
118 auf, die mit ihren dem Kontaktbrückenhalter 112 abgewandten Enden 120
und 122 sich seitlich des Ausschnitts 28 an dem Querschenkel 28 beispielsweise
in Aufnahmen 124 und 126 abstützen.
Ferner führt vom Kontaktbrückenhalter 112 noch ein Betätigungsschenkel 130
in Richtung des Ankers 22 und liegt vorzugsweise auf der der Stirnseite 20 des
magnetisierbaren Kerns abgewandten Seite der Ankerplatte 36 auf und ist beispielsweise
im Bereich einer Verbindungsstelle 132 entweder durch eine
Nietverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine ähnliche Verbindung
mit der Ankerplatte 36 fest verbunden, wobei der Betätigungsschenkel 130 des
Sprungfederelements 110 zwischen der Verbindungsstelle 132 und dem
Kontaktbrückenhalter 112 noch einen flexiblen Abschnitt 134 bildet, der es
erlaubt, daß der Kontaktbrückenhalter 112 eine von der Stellung der Ankerplatte
36 abweichende Position aufweisen kann.
Durch die Fixierung der Ankerplatte 36 quer zur Achse 26 relativ zum Querschenkel
24 ist es möglich, über die schwenkbare Lagerung des Ankers 22 und
den fest mit der Ankerplatte 36 verbundenen Betätigungsschenkel 130 den
Kontaktbrückenhalter 112 in einem Abstand von den Aufnahmen 124 und 126
zu halten, der geringer ist als die Länge der Federschenkel 116 und 118. Das
führt dazu, daß die Federschenkel 116 und 118 das Bestreben haben, sich in
Längsrichtung durchzubiegen, woraus zwei stabile Formzustände resultieren,
nämlich die in Fig. 1 dargestellte, von den Kontaktteilen 68 und 70 weggebogene
Stellung oder die in Fig. 2 dargestellte, zu den Kontaktteilen 68 und 80
hingebogene Stellung.
Diese unterschiedlichen Formzustände lassen sich durch Bewegen der Ankerplatte
36 um die Achse 26 herbeiführen.
Ist die Ankerplatte 36 in ihrer Ausgangsstellung, das heißt durch die Zugfeder
40 an der Anschlagnase 46 angelegt, wobei die Ankerplatte 36 mit dem auf
dieser aufliegenden Betätigungsschenkel 130 an der Anschlagnase 46 anliegt,
so sind die Federschenkel 116 und 118 in ihrer von den Kontaktteilen 68 weggebogenen
Stellung und somit das gesamte Sprungfederelement 110 ebenfalls
in dem ersten, von den Kontaktteilen 68 und 70 weggebogenen ersten Formzustand.
Wird jedoch durch Bestromen der Spule 16 die Ankerplatte 36 gegen die Stirnseite
20 des magnetisierbaren Kerns 18 in die angezogene Stellung gezogen,
so gehen die Federschenkel 116 und 118 aus ihrer zunächst von den Kontaktteilen
68 weggebogenen Stellung in einen instabilen Zustand über und dann in,
die in Fig. 2 dargestellte, in Richtung auf die Kontaktteile 68 gebogene
Stellung, so daß auch das ganze Sprungfederelement 110 in seinem zweiten
Formzustand steht, in welchem dieses in Richtung der Kontaktteile 68 gebogen
ist.
In dem zweiten Formzustand des Sprungfederelements hält dieses somit die
Kontaktbrücke 100 in der Kontaktstellung und legt dabei insbesondere die
Gegenkontakte 104 und 106 mit dem nötigen Kontaktdruck an den Kontaktteilen
68 und 70 an, während in dem ersten Formzustand die Kontaktbrücke
100 in ihrer Unterbrechungsstellung, dargestellt in Fig. 1, steht.
Die beiden Formzustände des Sprungfederelements 110 führen nun dazu, daß
sich bei Durchlaufen des instabilen Zwischenzustandes der erste Formzustand
plötzlich in den zweiten Formzustand ändert oder der zweite Formzustand
plötzlich in den ersten Formzustand, und zwar bei entsprechender Vorspannung
der Federschenkel 116 und 118 schneller als sich die Ankerplatte 36
bewegt.
Dabei dient der flexible Abschnitt 134 des Betätigungsschenkels 130 des
Sprungfederelements 110 dazu, dem Kontaktbrückenhalter 110 eine Bewegbarkeit
relativ zur Ankerplatte 36 zu verleihen, um Bewegungen über einen
größeren Winkelabstand auszuführen, als er dem Winkelabstand der Ankerplatte
36 zwischen der Ausgangsstellung und der an der Stirnseite 20 anliegenden
angezogenen Stellung entspricht.
Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Übergang der Kontaktbrücke 100
von der Unterbrechungsstellung in die Kontaktstellung oder - noch wichtiger -
von der Kontaktstellung in die Unterbrechungsstellung möglichst rasch durchzuführen
und insbesondere in der Unterbrechungsstellung einen möglichst
großen Kontaktabstand zwischen den Gegenkontakten 104 und 106 und den
Kontaktteilen 68 und 70 möglichst rasch zu erreichen, was insbesondere beim
Schalten großer Leistungen bei 42 Volt Spannung erforderlich ist, um ein möglichst
rasches Abreißen des sich beim Öffnen des Kontaktes ausbildenden
Lichtbogens zu erreichen.
Ferner läßt sich durch die zwei Formzustände des Sprungfederelements 110
noch ferner vorteilhafterweise ein Kontaktabstand in der Unterbrechungsstellung
der Kontaktbrücke 100 von den Kontaktteilen 68 und 70 erreichen,
der einem größeren Winkelabstand entspricht als dem Winkelabstand der
Ankerplatte 36 von der Stirnseite 20 in der Ausgangsstellung, so daß durch die
beiden Formzustände des Sprungfederelements 110 insbesondere für
Spannungen im 42 Volt-Bereich erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen
Relaiskonstruktionen erreichbar sind.
Bei als Leistungsschalter eingesetzten Relais sind üblicherweise die Kontaktelemente
60 und 62 durch eine Schraubverbindung mit den Zuleitungen verbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Relais sind im Gegensatz dazu die Kontaktelemente
60 und 62 mit Kontaktstiften 96 und 98 versehen.
Zur Aufnahme dieser Kontaktstifte ist für jeden der Kontaktstifte 96, 98 ein
Anschlußgegenstück 140 vorgesehen, welches eine Anschlußhülse 142 und
einen in die Anschlußhülse 142 eingesetzten Kontaktkäfig 144 umfaßt, welcher
eine mit hohen Strömen belastbare Verbindung zwischen der Anschlußhülse
146 und dem entsprechenden Kontaktstift 96 bzw. 98 herstellt.
Der Kontaktkäfig 144 ist dabei so ausgebildet, daß er einen oberen Lamellenträger
146 und einen unteren Lamellenträger 148 umfaßt, zwischen denen sich
im Abstand voneinander verlaufende Kontaktlamellen 150 erstrecken, die
jedoch nicht parallel zu einer Mittelachse 152 der Anschlußhülse 142 und somit
auch des Anschlußgegenstücks 150 verlaufen, sondern auch in Azimutalrichtung
um die Mittelachse 152 herum, beispielsweise helixähnlich, und sich in
dieser Weise auch an einer Außenseite der Kontaktstifte 96 oder 98 anlegen
können.
Darüber hinaus ist der Kontaktkäfig 144 so ausgebildet, daß die Lamellen 150
zwischen den Lamellenträgern 146 und 148 in Richtung der Mittelachse 152
gebogen sind und somit zwischen den Lamellenträgern 146 und 148 eine Art
Flaschenhalsform oder Eieruhrform mit einer radialen Verengung 154 aufweisen.
Durch die Vielzahl der im Abstand voneinander verlaufenden Kontaktlamellen
150 des Kontaktkäfigs 144, deren Biegung in Richtung der Mittelachse
152 unter Bildung einer Verengung 154 und deren Verlauf in Azimutalrichtung,
das heißt deren beispielsweise helixähnlichem Verlauf, wird eine mit
hohen Strömen belastbare Verbindung zwischen der Anschlußhülse 142 und
dem jeweiligen Kontaktstift 96 und 98 möglich, die noch den weiteren Vorteil
hat, daß die Anschlußhülse 142 trotz strombelastbarer elektrischer Verbindung
mit dem jeweiligen Kontaktstift 96 und 98 um die Längsachse 80 bzw. 82 des
jeweiligen Kontaktstifts 96 bzw. 98 drehbar ist.
Wird daher die Anschlußhülse 142 mit einem Kabel 160, beispielsweise durch
eine Quetschverbindung oder eine Lötverbindung mit den elektrischen Leitern
162 des Kabels 160, verbunden, so kann die Verbindung zwischen der
Anschlußhülse 142 und dem jeweiligen Kontaktstift 96 oder 98 von dem Kabel
160 ausgehende Torsionsbelastungen ausgleichen, nämlich dadurch, daß die
Anschlußhülse 142 sich um die jeweilige Längsachse 80 bzw. 82 des
entsprechenden Kontaktstifts 96 bzw. 98 dreht. Damit wird die Möglichkeit
geschaffen, die Kontaktelemente 60 zw. 62 von Torsionskräften, die über die
Kabel 160 eingeleitet werden, weitgehend freizuhalten, was wiederum die
Möglichkeit schafft, die Kontaktelemente 60 und 62 konstruktiv einfacher im
Trägerkörper 10 zu verankern, da diese weit geringeren Torsionsbelastungen
Stand halten müssen als die Kontaktelemente der bisher bekannten
leistungsschaltenden Relais.
Die Anschlußhülse 142 kann dabei von einem den Kontaktkäfig 144
aufnehmenden Abschnitt 164 geradegerichtet oder abgewinkelt zum mit den
jeweiligen elektrischen Leitern 162 verbundenen Abschnitt 166 verlaufen.
Sind die Anschlußgegenstücke 140 für die Kontaktstifte 96 oder 98 beispielsweise
in einem gemeinsamen Gehäuse 170 angeordnet, so sind vorzugsweise
beide Anschlußgegenstücke 140 in dem Gehäuse 170 unabhängig voneinander
drehbar gehalten.
Dies erfolgt im einfachsten Fall dadurch, daß die Anschlußhülse 142 mit einem
Vorsprung 172 versehen ist, der in eine Nut 174 des Gehäuses 170 eingreift,
während die gesamte Anschlußhülse 142 drehbar in einem zylindrischen
Durchbruch 176 des Gehäuses gehalten ist. Somit kann selbst bei stehendem
Gehäuse 170 sich die jeweilige Anschlußhülse 142 in diesem um die entsprechende
Längsachse 80 bzw. 82 des entsprechenden Kontaktstifts 96 bzw.
98 drehen und somit Torisionsbelastungen seitens des Kabels 160 ausgleichen.
Vorzugsweise besteht auch noch die Möglichkeit, zur Sicherung der elektrischen
Verbindung zwischen dem Anschlußgegenstück 140 und dem entsprechenden
Kontaktstift 96 bzw. 98 das Gehäuse 170 relativ zum Trägerkörper
10 als Teil eines insgesamt nicht dargestellten Gehäuses des Relais beispielsweise
durch eine Schnapp- oder Rastverbindung oder eine andere Verbindung
festzulegen und dadurch ein Abgleiten des jeweiligen Anschlußgegenstücks
140 von dem entsprechenden Kontaktstift 96 und 98 zu verhindern,
ohne dabei den Torsionsausgleich zwischen dem Anschlußgegenstück 140 und
dem entsprechenden Kontaktstift 96 bzw. 98 zu behindern.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Relais, dargestellt
in Fig. 6 und 7, sind die Gegenkontakte 104' und 106' nicht am
Kontaktbrückenträger 102 direkt gehalten, sondern an einer Trägerplatte 103,
welche mit dem Kontaktbrückenträger 102 verbunden ist.
Die Trägerplatte 103 erstreckt sich dabei über die Gegenkontakte 104' und
106' und stellt eine elektrische Verbindung zwischen diesen her.
Vorzugsweise sind dabei die Gegenkontakte 104' und 106' auf die Trägerplatte
103 durch Plattieren aufgetragen.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 8, sind die Gegenkontakte
104" und 106" durch eine gemeinsame Plattierung 105 gebildet,
welche auf die Trägerplatte 103 aufgebracht ist und sich über die gesamte
Trägerplatte 103 erstreckt, so daß sowohl der Gegenkontakt 104" als auch der
Gegenkontakt 106" durch die durchgehende Plattierung gebildet werden kann.