EP1308976A1 - Relais - Google Patents

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Publication number
EP1308976A1
EP1308976A1 EP02405874A EP02405874A EP1308976A1 EP 1308976 A1 EP1308976 A1 EP 1308976A1 EP 02405874 A EP02405874 A EP 02405874A EP 02405874 A EP02405874 A EP 02405874A EP 1308976 A1 EP1308976 A1 EP 1308976A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slide
contact
monitoring device
relay
contacts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02405874A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elesta Relays GmbH
Original Assignee
Elesta Relays GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elesta Relays GmbH filed Critical Elesta Relays GmbH
Publication of EP1308976A1 publication Critical patent/EP1308976A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/541—Auxiliary contact devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/001—Means for preventing or breaking contact-welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/641—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part performing a rectilinear movement
    • H01H50/642—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part performing a rectilinear movement intermediate part being generally a slide plate, e.g. a card

Definitions

  • the invention relates to a relay with a number of load contacts each a movable contact spring, a slide that is connected to the movable Contact springs of the load contacts is engaged and a driving the slide Drive for switching the load contacts with the slide, and one non-contact monitoring device in the housing of the relay for Monitor the switching of the load contacts.
  • a contactor which has a base plate thereon Housing and in the housing has an actuating structure.
  • This Actuating structure has a U-shaped yoke with one on each leg of the U. Coil winding of a coil.
  • the U-shaped yoke works with a U-shaped anchor together.
  • the contactor has a number of stationary contact pairs, and to each stationary contact pair on a movable contact bridge.
  • the contact bridges are arranged on a movable contact carrier.
  • the stationary contacts are arranged on the housing of the contactor.
  • the contact carrier and the contact bridges are moved together with the anchor relative to the housing when the Coil is activated or deactivated.
  • the Contacts closed by the electromagnet.
  • the contacts are opened by the spring force of two spiral springs.
  • Such a Schütz only has a number of NO contacts as load contacts, but none NC contact as control contact.
  • An additional contact device for such a contactor is known from US-A-4,309,683.
  • This additional contact device has a second housing that is connected to the first housing of the Contactors can be attached.
  • This second case there is a fixed and a movable contact arranged on a second contact carrier.
  • the first Contact carrier of the contactor and the second contact carrier of the additional contact device are mechanically coupled, so that the second contact carrier prevents the movements of the must be involved in the first contact carrier.
  • the contact of the Additional contact device closed or opened.
  • For the connection of the two Contact carriers are provided in the first contact carrier slots, while on there are second contact carrier projections which engage in these slots. This connection of the contact carrier of the additional contact device with the Contact carrier of the contactor allows the spring means in the additional contact device dispense.
  • US-A-5,198,789 proposes a logical contactor according to US-A-3,821,771
  • Safety switch in front of the type of additional contact device according to US-A-4,309,683 can be attached to a contactor.
  • This safety switch has a plunger protruding from a housing of the safety switch, the taps the movement of the armature and therefore between the open position and the closed position of the contacts is moved back and forth.
  • logical sensors are arranged around the plunger and an activator is arranged on the plunger. The Depending on the position of the armature, the activator selectively activates the logic sensors, which sensors therefore have a logic corresponding to the position of the contact bridges Generate signal.
  • the tappet has its own Spring means that press the plunger against the anchor, making the safety switch the coil springs of the contactor are not loaded.
  • WO 92/00599 A1 describes an additional electronic contact to a contactor known.
  • the additional contact has at least one switching element that is "ON” and can have an "OFF" state to the position of a contact bridge in the Contactor.
  • the additional contact also has an actuating element that is mechanically connected to the contact bridge and actuate the switching element can.
  • the actuating element has an activator for activating the Switching element that has no mechanical connection to the switching element.
  • the additional contact is in a housing block on the outside of a contactor arranged.
  • the actuating element reaches into the inside of the contactor with a pin and is attached to the contact carrier there.
  • a carriage connected to the pen will together with the pin by moving the contact carrier around the same Distance moved like the contact carrier in the housing block.
  • the position of the Sled is detected by sensors.
  • the following sensors are proposed: Hall sensors, inductive or capacitive proximity sensors and optical Distance sensors.
  • the drives are designed so strong and the movement the contact bridges are so spacious that there is no adjustment effort to adjust of contacts is required.
  • the drive takes a correspondingly considerable Control current.
  • the contact bridges are so that the contact over a long Period can be reliably produced and interrupted, spring-loaded. However, this also requires long switching distances.
  • These shooters don't have one Control contact. By adding an electronic one, for example Additional contact can monitor the switching position of the contactor. adversely on these shooters, however, is their size, which for example does not allow the Attach contactor to a circuit board of an electronic control.
  • a disadvantage of this conventional monitoring of the switch position A relay's load contacts through a control contact is either the drive very powerful or the control contact must be adjusted. Has both Influence on the price of the relay. Choosing a powerful drive in favor of reduced adjustment effort also has an impact on the size of the relay. Conversely, the choice of a minimal drive has an increased adjustment effort result, which causes relatively high costs.
  • An electromechanical switching device is known from DE 199 60 399. This is in particular a safety relay module intended for a safety shutdown.
  • the switching device has at least one mechanical switching contact.
  • an optical sensor is provided which detects the switching position of the Switching contact monitored, so that a common positive control of the Switching contact with a control contact is omitted and still a high degree Security can be achieved.
  • the sensor is an optical sensor, the one Transmitter for emitting a light beam and a light-sensitive receiver includes.
  • the light beam lies in a plane in which the contact surfaces of the Bump the switch contact when the switch contact is closed.
  • the Light beam can also lie in a plane in which a switch contact pin of the Switch contact is in the closed or open state. Alternatively, you can the sensor can be designed as a reflection light barrier. On the contact pin is for this purpose, a reflective surface is formed.
  • This design is only suitable for monitoring a single contact.
  • a safety relay module arranged side by side
  • This document proposes to monitor, a fork light barrier to provide, the light beam emanating from the transmitter side by side arranged normally open contacts in the area of the contact surfaces.
  • Such monitoring is not suitable for relays with both make contacts also openers in a row. Nor can this monitoring indicate that one of the make contacts next to each other is still open, though only one is closed. Above all, this monitoring requires one Align the contacts along a line that is transverse to the direction of movement Switch contact pins runs. It is therefore not possible to monitor one of these Relay normally closed and normally open contacts with a common slide actuate. Moreover, such monitoring is only possible optically. At a Monitoring of a contact in the area of the contact surfaces with an optical Sensor is also only through a dynamic way of monitoring rule out that a voltage spark of a contact is not a wrong signal triggers. Furthermore, an optical sensor arranged in the region of the contacts is the Exposed to pollution.
  • the object of the invention is therefore to a relay of the type mentioned create a plurality of each other via a common slide actuable contacts regardless of whether they are NO or NC contacts with are monitored by a common monitoring device.
  • This relay the costs for both the drive and the adjustment effort should be low can be held. It should be possible without reinforcing the drive to reduce the adjustment effort, or without increasing the adjustment effort Reduce drive. Drive and adjustment effort can even be advantageously reduced become.
  • the monitoring device is therefore a contactlessly operated Monitoring device and has at least one arranged in the housing Sensor in the vicinity of the slide and the contacts which force the contacts at least one activator of the sensor arranged on the slide.
  • a with Mechanical control contact actuated by the same slide is therefore eliminated.
  • the contact spring of this control contact does not have to be moved accordingly, so that the power of the drive can be reduced.
  • at least one Contact spring can be adjusted less.
  • Monitoring the position of the slide has the advantage that the non-contact monitoring device does not must be arranged in the polluting area of the contact chambers. This also allows optimal separation of the load and control circuit in the relay.
  • the position allows of the sensor in the vicinity of the slide and the arrangement or training of the activator on, on or in the slide all with the common slide to monitor switched contacts simultaneously.
  • a single contact remains in one position, the slide also stays in place and with it all other contacts this position.
  • the monitoring device of the relay switches, generates or changes a current via one of the phenomena light, magnetism or capacitance or its tension.
  • the signal generated in this way can now be used to the position or movement of the slide and thus the contact monitor.
  • a relay with monitoring the switching of the load contacts can Monitoring device for monitoring the position or movement of the Have slide. With the monitoring device, an electrical current can generated or a predetermined electrical signal can be changed.
  • the location of the monitoring device can be chosen relatively freely in the relay. It can one, two or more monitoring devices can be provided in the relay. The Signals from such monitoring devices can be user specific used differently.
  • FIG. 1 schematically shows a relay 11 with two switch contacts 13, 15. These are in Engagement with a common slide 17 and positively guided by this.
  • the Slider is controlled by an electromagnetic drive 12.
  • the Forced operation ensures that either all or no contacts 13, 15 connect Join the switching movement. It can therefore be read from the position of the slide 17 whether the contacts 13, 15 are open or closed.
  • the information of the position of the Slider 17 must be able to be recognized electrically or electronically.
  • the position of the slide 17 is monitored with a optoelectric component.
  • This comprises a light emitting diode 21, a light sensitive one and signaling part 23 due to the action of light and an interrupter 25.
  • the interrupter is formed here by the slide 17 itself.
  • a light opening 27 is present in the slide 17 in the slide 17 .
  • the signal is the triggering light beam interrupted by the slide 17, since the contacts 13, 15 are closed.
  • light opening 27 is located in FIG. 2 between the light-emitting ones LED and the signaling part 23, since the contacts 13, 15 are open.
  • the light beam can also be deflected by the interrupter. He can in this case can be directed to different signaling parts 23.
  • Threshold monitoring is electronically adjustable and adjustable. This adjustment can be done internally in the relay or by the user outside the relay. can signaling part 23, however, only the presence or absence of light, only one end position, namely the Open position are recorded. Any differences in signal strength can be corrected electronically.
  • FIG. 3 shows an activated relay 11 with a make contact 13 and a break contact 16 shown.
  • a first optoelectric Component 21, 23 with the light opening 27 in the slide and a first interrupter 25 available.
  • a second optoelectric component 22, 24 with the same light opening 27 in the slide and a second interrupter 26 available.
  • the monitoring can also be done the other way round, namely so that the interruption of the light beam triggers a signal. Then there are 23.24 for two signaling parts two light openings and in between one via one or the other signaling Part 23.24 sliding breaker available. For security reasons however, the version shown is preferable because there is a loss of light emission, e.g. caused by a defect in the power supply, the signal for closed contacts. This position is in security applications from positively driven relay the relevant position.
  • the location of the light emission and light-receiving component can be adjusted. Or it the location of the light opening can be adjusted. These adjustments are made by local movement of the part achieved what compared to the conventional Bending a contact spring is much easier.
  • FIG. 4 and 5 is a variant with an inductive Detection of the position of the slide shown.
  • the induction component according to the figure 4 and 5 have a first coil 31 with a core and a second coil 32 with a Core, which coils 31, 32 are arranged parallel to one another and next to one another are.
  • the first coil 31 is supplied with an alternating current during operation.
  • the resulting alternating magnetic field is generated by the adjacent second coil 32 partially detected so that an alternating current is induced in their windings, which is weaker than that fed into the first coil 31.
  • By the move an iron bridge 33 in the area of the corresponding core ends of the two coils 31, 32 the magnetic field is deflected.
  • the bridge 33 is therefore expediently moved with the slide 17.
  • the induced current can now be measured and from this the position of the slide can be calculated.
  • By taking suitable measures in the area of relay 11 connected software can adjust the bridge 33 and the coils 31,32 entirely in electronics, e.g. the measured values to the Position of the contacts 13,15,16 are related. This advantage is with everyone Versions that can be used with the sliding position of the slide 17th generate changing signals.
  • a switching signal with only two switching states to reach without contact.
  • 6 and 7 is an example to illustrate this shown, in which a reed switch 41 in a manner known per se with a Permanent magnet 43 is switched.
  • the permanent magnet 43 is put together moved with the slider 17. He comes close to the reed switch 41 and switches this.
  • two reed switches 41, 42 can be used simultaneously be switched.
  • Two reed switches 41, 45 can also be connected in series become. This can e.g. both an opener and a closer through the Movement of a single magnet 43 are monitored.
  • this or the magnet 43 can be changed in position.
  • the magnet 43 which is changed with respect to the reed switch can switch the reed switch 41, by having a constantly existing one that goes in the opposite direction Magnetic field closing reed switch superimposed.
  • FIGS. 8 and 9 show an example in which the position of the slide 17 is capacitively determined.
  • the slide 17 has a capacitor plate 51 which is slidable with respect to a second capacitor plate 52.
  • the change in position also changes the measurable on the capacitor Characteristic value. This value can vary depending on the accuracy of work electronically adjusted or software-related to the position of the contacts become.
  • FIG. 12 shows that several Induction loops 53,54,57,58 on both sides of a magnet 43 (or metal part) in Direction of movement can be arranged side by side, each of the other reach differently in the area of influence of the displaceable magnet 43. This allows not only the movement but also the position of the slide 17 be determined.
  • loops 53,63,73 also transversely to the direction of movement can be arranged side by side to the location and movement of a the slider 17 displaceable rod 61 can be seen.
  • the following can be said: On, in or on one of the Contacts of a relay common slide is arranged an activator.
  • the A sensor which can be activated with the activator is arranged in the vicinity of the slide.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Auf, in oder an einem den Kontakten (13,15) eines Relais gemeinsamen Schieber (17) ist ein Aktivator angeordnet. In der Umgebung des Schiebers (17) ist ein mit dem Aktivator aktivierbarer Sensor angeordnet. Durch das berührungslose generieren eines Kontrollsignals mittels des Aktivators im Sensor bei der Überwachung der Schaltstellung oder der Schaltbewegung der Kontakte ist eine Justierung der Überwachungsvorrichtung elektronisch und/oder durch örtliche Veränderung der Teile der Überwachungsvorrichtung möglich. Dies erniedrigt den Justierungsaufwand erheblich und ermöglicht eine Verkleinerung des Antriebs, da weniger Federn bewegt werden müssen und daher die benötigte Kraft zum Schalten des Relais reduziert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Relais mit einer Anzahl von Lastkontakten mit jeweils einer beweglichen Kontaktfeder, einem Schieber, der mit den beweglichen Kontaktfedern der Lastkontakte in Eingriff ist und einem den Schieber antreibenden Antrieb zum Schalten der Lastkontakte mit dem Schieber, und einer berührungslosen Überwachungsvorrichtung im Gehäuse des Relais zum Überwachen der Schaltung der Lastkontakte.
Aus der US-A-3,821,771 ist ein Schütz bekannt, der eine Basisplatte, darauf ein Gehäuse und im Gehäuse eine Betätigungsstruktur aufweist. Diese Betätigungsstruktur besitzt ein U-förmiges Joch mit an jedem Schenkel des U einer Spulenwicklung einer Spule. Das U-förmige Joch wirkt mit einem U-förmigen Anker zusammen. Der Schütz weist eine Reihe stationärer Kontaktpaare, und zu jedem stationären Kontaktpaar eine bewegliche Kontaktbrücke auf. Die Kontaktbrücken sind an einem beweglichen Kontaktträger angeordnet. Die stationären Kontakte sind am Gehäuse des Schützes angeordnet. Der Kontaktträger und die Kontaktbrücken werden zusammen mit dem Anker gegenüber dem Gehäuse verschoben, wenn die Spule aktiviert oder deaktiviert wird. Bei einer Aktivierung der Spule werden die Kontakte durch den Elektromagneten geschlossen. Bei einer Deaktivierung der Spule werden die Kontakte durch Federkraft zweier Spiralfedern geöffnet. Ein solcher Schütz besitzt lediglich eine Anzahl von Schliessern als Lastkontakte, jedoch keinen Öffner als Steuerkontakt.
Aus der US-A-4,309,683 ist ein Zusatzkontaktgerät zu einem solchen Schütz bekannt. Dieses Zusatzkontaktgerät besitzt ein zweites Gehäuse, das an das erste Gehäuse des Schützes angegliedert werden kann. In diesem zweiten Gehäuse ist ein fester und ein beweglicher Kontakt auf einem zweiten Kontaktträger angeordnet. Der erste Kontaktträger des Schützes und der zweite Kontaktträger des Zusatzkontaktgeräts sind mechanisch gekoppelt, so dass der zweite Kontaktträger die Bewegungen des ersten Kontaktträgers zwingend mitmachen muss. Dabei wird der Kontakt des Zusatzkontaktgeräts geschlossen oder geöffnet. Für die Verbindung der beiden Kontaktträger sind im ersten Kontaktträger Schlitze vorgesehen, während am zweiten Kontaktträger Vorsprünge vorhanden sind, die in diese Schlitze eingreifen. Diese Verbindung des Kontaktträgers des Zusatzkontaktgeräts mit dem Kontaktträger des Schützes erlaubt, auf Federmittel im Zusatzkontaktgerät zu verzichten.
Die US-A-5,198,789 schlägt zu einem Schütz gemäss US-A-3,821,771 einen logischen Sicherheitsschalter vor, der in der Art des Zusatzkontaktgeräts gemäss US-A-4,309,683 an einen Schütz angegliedert werden kann. Dieser Sicherheitsschalter besitzt einen aus einem Gehäuse des Sicherheitsschalters herausragenden Stössel, der die Bewegung des Ankers abgreift und daher zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung der Kontakte hin und her bewegt wird. Im Gehäuse sind um den Stössel logische Sensoren und auf dem Stössel ein Aktivator angeordnet. Der Aktivator aktiviert je nach Stellung des Ankers selektiv die logischen Sensoren, welche Sensoren daher ein der Lage der Kontaktbrücken entsprechendes logisches Signal generieren. Als Aktivatoren und Sensoren werden vorgeschlagen: Permanentmagnet und Reedschalter, einen optischen Leiter auf dem Stössel und einen optischen Sender und Empfänger um den Stössel herum, ein Magnet und induktive Sensoren. In einer bevorzugten Ausführung besitzt der Stössel eigene Federmittel, die den Stössel gegen den Anker pressen, so dass der Sicherheitsschalter die Spiralfedern des Schützes nicht belastet.
Aus der WO 92/00599 A1 ist ein elektronischer Zusatzkontakt zu einem Schütz bekannt. Der Zusatzkontakt besitzt wenigstens ein Schaltelement, das einen "EIN"und einen "AUS"-Zustand aufweisten kann, um die Position einer Kontaktbrücke im Schütz anzuzeigen. Der Zusatzkontakt besitzt weiter ein Betätigungselement, das mechanisch mit der Kontaktbrücke verbunden ist und das Schaltelement betätigen kann. Dabei weist das Betätigungselement einen Aktivator zum Aktivieren des Schaltelements auf, der keine mechanische Verbindung zum Schaltelement besitzt. Der Zusatzkontakt ist in einem Gehäuseblock auf der Aussenseite eines Schützes angeordnet. Das Betätigungselement greift mit einem Stift ins Innere des Schützes und ist dort am Kontaktträger befestigt. Ein mit dem Stift verbundener Schlitten wird zusammen mit dem Stift durch die Bewegung des Kontaktträgers um dieselbe Distanz wie der Kontaktträger im Gehäuseblock verschoben. Die Position des Schlittens wird durch Sensoren erfasst. Als Sensoren werden vorgeschlagen: Hallsensoren, induktive oder kapazitive Näherungssensoren sowie optische Abstandsensoren.
Bei derartigen Schützen ist der Antriebe derart stark ausgelegt und die Bewegung der Kontaktbrücken derart grossräumig, dass keinerlei Justieraufwand zum Justieren der Kontakte erforderlich ist. Der Antrieb bezieht einen entsprechend erheblichen Steuerstrom. Die Kontaktbrücken sind, damit der Kontakt über einen langen Zeitraum zuverlässig hergestellt und unterbrochen werden kann, federnd gelagert. Dies bedingt jedoch auch lange Schaltwege. Diese Schütze besitzen keinen Steuerkontakt. Durch Hinzufügen eines beispielsweise elektronischen Zusatzkontakts kann die Schaltstellung des Schützes überwacht werden. Nachteilig an diesen Schützen ist jedoch deren Grösse, die beispielsweise nicht erlaubt, den Schütz auf einer Platine einer elektronischen Steuerung zu befestigen.
Relais der eingangs erwähnten Art sind hingegen wesentlich kleiner ausgebildet und die Kräfteverhältnisse zwischen Federkraft und Antrieb sind sehr ausgeglichen. Daher wird ein erheblicher Justieraufwand zum Justieren der Federelemente betrieben. Solche Relais weisen bisher wenigstens einen Steuerkontakt auf, der ähnlich oder gleich gebaut ist wie die Lastkontakte, und der mit demselben Schieber wie die Lastkontakte betätigt wird. Der Steuerkontakt muss in diesen Relais ein Öffner sein, wenn der Arbeitskontakt ein Schliesser ist, bzw. ein Schliesser, wenn der Arbeitskontakt ein Öffner ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Steuerkontakt nicht geschlossen werden kann, wenn der Last- oder Arbeitskontakt verschweisst oder sonstwie nicht öffnet, wenn er öffnen sollte.
Nachteilig an dieser herkömmlichen Überwachung der Schaltstellung der Lastkontakte eines Relais durch einen Steuerkontakt ist, dass entweder der Antrieb sehr kräftig ausgeführt oder der Steuerkontakt justiert werden muss. Beides hat Einfluss auf den Preis des Relais. Die Wahl eines kräftigen Antriebs zugunsten des verminderten Justieraufwandes hat zudem auch Einfluss auf die Grösse des Relais. Umgekehrt hat die Wahl eines minimalen Antriebs einen erhöhten Justieraufwand zur Folge, der relativ hohe Kosten verursacht.
Aus der DE 199 60 399 ist ein elektromechanisches Schaltgerät bekannt. Dieses ist insbesondere ein für ein Sicherheitsabschaltung bestimmter Sicherheits-Relais-Baustein. Das Schaltgerät besitzt zumindest einen mechanischen Schaltkontakt. Im Schaltgerät ist ein optischer Sensor vorgesehen, der die Schaltstellung des Schaltkontakts überwacht, so dass auf eine gemeinsame Zwangsführung des Schaltkontakts mit einem Kontrollkontakt verzichtet und dennoch ein hohes Mass an Sicherheit erreicht werden kann. Der Sensor ist ein optischer Sensor, der einen Sender zur Ausstrahlung eines Lichtstrahls und einen lichtempfindlichen Empfänger umfasst. Der Lichtstrahl liegt dabei in einer Ebene, in der die Kontaktflächen des Schaltkontakts aneinanderstossen, wenn der Schaltkontakt geschlossen ist. Der Lichtstrahl kann auch in einer Ebene liegen, in welcher ein Schaltkontaktstift des Schaltkontakts in geschlossenem oder geöffnetem Zustand befindet. Alternativ kann der Sensor als Reflexionslichtschranke ausgebildet sein. Auf dem Kontaktstift ist dazu eine reflektierende Fläche ausgebildet.
Diese Bauweise ist lediglich dazu geeignet, einen einzelnen Kontakt zu überwachen. Um jedoch mehrere nebeneinander angeordnete Kontakte eines Sicherheitsrelais-Bausteins zu überwachten, schlägt dieser Schrift vor, eine Gabel-Lichtschranke vorzusehen, deren vom Sender ausgehender Lichtstrahl die nebeneinander angeordneten Schliesserkontakte im Bereich der Kontaktflächen durchsetzt.
Eine solche Überwachung ist nicht geeignet für Relais mit sowohl Schliessern als auch Öffnern in einer Reihe. Diese Überwachung kann auch nicht anzeigen, dass einer der nebeneinander angeordneten Schliesskontakte noch geöffnet ist, wenn auch nur ein einziger geschlossen ist. Diese Überwachung erfordert vor allem eine Aufreihung der Kontakte entlang einer Linie, die quer zur Bewegungsrichtung der Schaltkontaktstifte verläuft. Daher ist es nicht möglich, bei einem derart überwachten Relais Öffner- und Schliesser-Kontakte mit einem gemeinsamen Schieber zu betätigen. Überdies ist eine solche Überwachung lediglich optisch möglich. Bei einer Überwachung eines Kontaktes im Bereich der Kontaktflächen mit einem optischen Sensor ist zudem nur durch eine dynamische Arbeitsweise der Überwachung auszuschliessen, dass ein Spannungsfunken eines Kontakts nicht ein falsches Signal auslöst. Weiter ist ein im Bereich der Kontakte angeordneter optischer Sensor der Verschmutzung ausgesetzt. Um Anforderungen bezüglich Potentialtrennung zwischen einem Sensor im Bereich der Laststrom führenden Teile und diesen Teilen sind ferner nicht geringe konstruktive Aufwände oder räumliche Ausmasse erforderlich. Ferner müssen bei einer solchen Anordnung sämtliche Kontaktflächen exakt in einer Linie angeordnet sein, damit die Optosensorik auch noch bei einem halben Millimeter Distanz zwischen den Kontaktflächen anzeigt, dass die Kontakte getrennt sind. Um dies zu erreichen, ist ein erhöhter Justieraufwand zu erwarten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Relais der eingangs angeführten Art zu schaffen, bei dem eine Mehrzahl von miteinander über einen gemeinsamen Schieber betätigbaren Kontakten unabhängig davon, ob sie Schliesser oder Öffner sind, mit einer gemeinsamen Überwachungsvorrichtung überwacht sind. Bei diesem Relais sollen die Kosten sowohl für den Antrieb als auch für den Justieraufwand tief gehalten werden können. Es soll ermöglicht werden, ohne Verstärkung des Antriebs den Justieraufwand zu reduzieren, bzw. ohne Erhöhung des Justieraufwandes den Antrieb zu reduzieren. Vorteilhaft können gar Antrieb und Justieraufwand reduziert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Überwachungsvorrichtung ist demnach eine berührungslos betätigbare Überwachungsvorrichtung und weist wenigstens einen im Gehäuse angeordneten Sensor in der Umgebung des die Kontakte zwangsführenden Schiebers und wenigstens einen auf dem Schieber angeordneten Aktivator des Sensors auf. Ein mit demselben Schieber betätigter mechanischer Steuerkontakt entfällt somit. Die Kontaktfeder dieses Steuerkontakts muss entsprechend nicht bewegt werden, so dass die Kraft des Antriebs reduziert werden kann. Zudem muss wenigstens eine Kontaktfeder weniger justiert werden. Die Überwachung der Stellung des Schiebers hat den Vorteil, dass die berührungslos arbeitende Überwachungsvorrichtung nicht im verschmutzenden Bereich der Kontaktkammern angeordnet sein muss. Dies erlaubt zudem eine optimale Trennung von Last- und Steuerstromkreis im Relais.
Da die Kontakte mit dem Schieber gemeinsam zwangsgeführt sind erlaubt die Lage des Sensors in der Umgebung des Schiebers und die Anordnung oder Ausbildung des Aktivators auf, am oder im Schieber alle mit dem gemeinsamen Schieber geschalteten Kontakte gleichzeitig zu überwachen. Verharrt ein einziger Kontakt in einer Position, so verharrt auch der Schieber und mit ihm alle anderen Kontakte in dieser Position.
Die Überwachungsvorrichtung des erfindungsgemässen Relais schaltet, erzeugt oder verändert über eines der Phänomene Licht, Magnetismus oder Kapazität einen Strom oder dessen Spannung. Das so erzeugte Signal kann nun dazu verwendet werden, die Position oder die Bewegung des Schiebers und damit des Kontakts zu überwachen.
Derartige Überwachungsvorrichtungen sind z.B.:
  • Ein Licht abstrahlendes Element (Sender) und ein lichtempfindliches Element (Sensor) diesseits und jenseits eines sich mit dem Schieber in den Lichtstrahl verschiebenden Unterbrechungsteils (Aktivator in Form eines Reflektors oder Fensters),
  • ein Elektromagnet (Sender), welches ein wechselndes Magnetfeld erzeugt und ein zweites Elektromagnet (Sensor), in welchem mit dem Wechselmagnetfeld über eine mit dem Schieber in das Magnetfeld verschieblichen Metallbrücke (Aktivator) ein Strom induziert wird;
  • eine Induktionsschlaufe (Sensor), welche ein Magnetfeld bildet und eine Bewegung eines sich mit dem Schieber verschiebenden Metallteils (Aktivator) überwacht;
  • eine passive Induktionsschlaufe (Sensor), welche eine Bewegung eines sich mit dem Schieber verschiebenden Permanentmagneten (Aktivator) überwacht;
  • ein Reedkontakt (Sensor), der auf einen mit dem Schieber verschieblichen Magneten (Aktivator) reagiert; ein Reedschalter kann in bekannter Betriebsweise als Öffner, Schliesser oder Wechsler eingesetzt werden;
  • ein magnetfeldabhängiger Widerstand (Sensor), der auf einen mit dem Schieber verschieblichen Permanentmagneten (Aktivator) anspricht;
  • ein Hallgenerator (Sensor) im Einflussbereich eines mit dem Schieber verschieblichen Magneten (Aktivator).
Ein Relais mit Überwachung der Schaltung der Lastkontakte kann eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen der Position oder der Bewegung des Schiebers aufweisen. Mit der Überwachungsvorrichtung kann ein elektrischer Strom erzeugt oder ein vorgegebenes elektrisches Signal verändert werden.
Derartige Überwachungsvorrichtungen sind zusätzlich zu den oben erwähnten berührungslosen Ausführungsbeispielen auch die folgenden, mit Berührung arbeitenden Ausführungsbeispiele:
  • Ein Piezokristall, der in der einen Endstellung des Schiebers unter Druck steht, und
  • ein Schiebewiderstand, dessen Widerstand durch die Verschiebung des Schiebers verändert wird.
Ein auswertbares Signal kann daher erreicht werden durch:
  • Erzeugen einer Spannung, z.B. durch Druck auf einen Piezokristall oder durch das einem Magnetfeld Aussetzen eines Hallgenerators,
  • Auslösen eines Stromflusses, z.B. durch Belichten einer Fotozelle oder eines Fototransistors, oder Betätigen eines Reedschalters durch Annähern eines Magneten an die Schaltlamellen des Reedschalters,
  • Verändern eines Stromflusses, z.B. durch Belichten eines Fotowiderstandes oder eines Fototransistors,
  • Verändern einer Spannung, z.B. durch Belichten eines Fotoelements oder einer Fotodiode,
  • Verändern der Kapazität eines Kondensators durch Veränderung der relativen Lage der beiden statisch aufgeladenen Metallschichten,
  • Verändern eines induzierten Stromes durch Bewegen eines Magnetfeldes oder eines Metallteils im Magnetfeld.
  • Induzieren eines Stromes in einer Induktionsschlaufe durch Bewegen eines Magnetfeldes relativ zur Induktionsschlaufe,
  • Induzieren eines Stromes in einer Induktionsspule durch Übertragen eines Wechselmagnetfeldes auf den Kern der Spule.
  • Verändern eines Widerstandes in einem magnetfeldabhängigen Widerstand durch Verändern der Lage eines Magnetfeldes bezüglich des Widerstand-Bauteils.
Diese Aufzählungen sind nicht abschliessend.
Bei vielen dieser Überwachungsvorrichtungen kann vorteilhaft deren Justierung, wenn eine solche überhaupt erforderlich ist, elektronisch, z.B. in einem im Relais vorliegenden Bauteil oder auch ausserhalb des Relais, vorgenommen werden und so das Ausgangssignal der Überwachungsvorrichtung auf einen wählbaren Wert eingestellt werden. Der produktionsbedingt innerhalb einer Bandbreite auftretende Signalwert kann auch, z.B. durch entsprechende Einstellung eines Anwenderprogrammes, bei der Anwendung des Relais individuell auf die jeweilige Stellung des Relais gelesen werden.
Der Ort der Überwachungsvorrichtung ist im Relais relativ frei wählbar. Es können im Relais eine, zwei oder mehr Überwachungsvorrichtungen vorgesehen sein. Die Signale solcher Überwachungsvorrichtungen können anwenderspezifisch unterschiedlich genutzt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren:
Es werden im Folgenden einzelne Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Darstellungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1
ein Relais mit zwei geschlossenen Schliessern als Lastkontakte und einer optoelektrischen Überwachungsvorrichtung,
Fig. 2
das Relais gemäss Figur 1 mit geöffneten Lastkontakten,
Fig. 3
ein Relais mit einem Schliesser und einem Öffner und zwei optoelektrischen Überwachungsvorrichtungen,
Fig. 4
eine induktive Überwachungsvorrichtung mit zwei elektromagnetischen Spulen und zwei beweglichen Eisenbrücken,
Fig. 5
die Überwachungsvorrichtung gemäss Figur 4 mit verschobenen Eisenbrücken,
Fig. 6
zwei Reedschalter mit einem beide gleichzeitig aktivierenden Permanentmagneten,
Fig. 7
zwei Reedschalter mit einem entweder den einen oder den anderen Reedschalter aktivierenden Permanentmagneten,
Fig. 8
ein Schieber mit einer Kondensatorfläche, welche zusammen relativ zur anderen Kondensatorfläche verschiebbar ist,
Fig. 9
der Schieber gemäss Figur 8, jedoch in verschobener Position,
Fig. 10
eine passive Induktionsschlaufe mit einem relativ zur Schlaufe verschieblichen Permanentmagneten,
Fig. 11
eine ein Wechselmagnetfeld erregende Induktionsschlaufe mit einem relativ dazu verschieblichen Eisenteil,
Fig. 12
eine Induktionsspulenanordnung mit mehreren getrennten Induktionsschlaufen und einem gegenüber diesen verschieblichen Magneten,
Fig. 13
eine zweite Induktionsspulenanordnung mit mehreren getrennten, aktiven Induktionsschlaufen und einem gegenüber diesen verschieblichen Eisenstab.
Figur 1 zeigt schematisch ein Relais 11 mit zwei Schaltkontakten 13,15. Diese sind in Eingriff mit einem gemeinsamen Schieber 17 und durch diesen zwangsgeführt. Der Schieber ist durch einen elektromagnetischen Antrieb 12 angesteuert. Die Zwangsführung stellt sicher, dass entweder alle oder keine Kontakte 13,15 die Schaltbewegung mitmachen. Daher ist an der Stellung des Schiebers 17 ablesbar, ob die Kontakte 13,15 geöffnet oder geschlossen sind. Die Information der Stellung des Schiebers 17 muss elektrisch oder elektronisch erkannt werden können.
Bisher wird dazu wenigstens einer der Kontakte des Relais verwendet. Mit diesem kann festgestellt werden, ob die Lastkontakte geöffnet oder geschlossen sind. Er muss geschlossen sein, wenn die Lastkontakte geöffnet sind, und geöffnet, wenn diese geschlossen sind.
Dies geschieht in der Regel von Hand durch geübtes Anwenden einer die Kontaktfeder verbiegenden Kraft auf eine Kontaktfeder des Steuerkontakts.
In Figur 1 geschieht die Überwachung der Stellung des Schiebers 17 mit einem optoelektrischen Bauteil. Dieses umfasst eine Leuchtdiode 21, ein lichtempfindliches und aufgrund der Lichteinwirkung signalgebendes Teil 23 und einen Unterbrecher 25. Der Unterbrecher ist hier durch den Schieber 17 selbst gebildet. Im Schieber 17 ist eine Lichtöffnung 27 vorhanden. In Figur 1 ist der Signal auslösende Lichtstrahl durch den Schieber 17 unterbrochen, da die Kontakte 13,15 geschlossen sind. Die Lichtöffnung 27 steht hingegen in Figur 2 zwischen der Licht emissionierenden Leuchtdiode und dem signalgebenden Teil 23, da die Kontakte 13,15 geöffnet sind.
Der Lichtstrahl kann durch den Unterbrecher auch umgelenkt werden. Er kann in diesem Fall auf verschiedene signalgebende Teile 23 gelenkt werden.
Ist das signalgebende Teil 23 sensibel auf die Menge des eintreffenden Lichts, können Zwischenpositionen des Schiebers erfasst werden. Eine solche Schwellwertüberwachung ist elektronisch einstellbar und justierbar. Diese Justierung kann intern im Relais oder anwenderseitig ausserhalb des Relais geschehen. Kann signalgebende Teil 23 hingegen lediglich das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Licht feststellen, so kann damit nur die eine Endstellung, nämlich die Offenstellung erfasst werden. Allfällige Unterschiede in der Signalstärke können elektronisch korrigiert werden.
In Figur 3 ist ein aktiviertes Relais 11 mit einem Schliesser 13 und einem Öffner 16 dargestellt. Zur Überwachung des Schliessers 13 ist ein erstes optoelektrisches Bauteil 21,23 mit der Lichtöffnung 27 im Schieber und einem ersten Unterbrecher 25 vorhanden. Für den Öffner 16 ist ein zweites optoelektrisches Bauteil 22,24 mit der gleichen Lichtöffnung 27 im Schieber und einem zweiten Unterbrecher 26 vorhanden.
Die Überwachung kann auch umgekehrt erfolgen, nämlich so dass der Unterbruch des Lichtstrahles ein Signal auslöst. Dann sind bei zwei signalgebenden Teilen 23,24 zwei Lichtöffnungen und dazwischen ein über das eine oder andere signalgebende Teil 23,24 verschiebbarer Unterbrecher vorhanden. Aus Sicherheitsüberlegungen ist jedoch die dargestellte Ausführung vorzuziehen, da ein Ausfall der Lichtemission, z.B. durch einen Defekt in der Stromzufuhr, das Signal verursacht, das für geschlossene Kontakte steht. Diese Stellung ist in Sicherheitsanwendungen von zwangsgeführten Relais die relevante Stellung.
Zur Justierung der Überwachungsvorrichtung braucht lediglich der Ort des Licht emissionierenden und des Licht empfangenden Bauteils justiert werden. Oder es kann der Ort der Lichtöffnung justiert werden. Diese Justierungen werden durch örtliches Verschieben des Teils erreicht, was im Vergleich mit dem herkömmlichen Verbiegen einer Kontaktfeder wesentlich einfacher ist.
Anstelle des optoelektrischen Bauteils kann auch ein Bauteil verwendet werden, das mit Induktion arbeitet. In Figur 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante mit induktiver Erfassung der Stellung des Schiebers dargestellt. Das Induktionsbauteil gemäss Figur 4 und 5 weist eine erste Spule 31 mit einem Kern und eine zweite Spule 32 mit einem Kern auf, welche Spulen 31,32 parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind. Die erste Spule 31 wird im Betrieb mit einem Wechselstrom versorgt. Das dadurch entstehende Wechselmagnetfeld wird durch die benachbarte zweite Spule 32 teilweise erfasst, so dass in ihren Wicklungen ein Wechselstrom induziert wird, welcher schwächer ist als der in die erste Spule 31 eingespeiste. Durch das verschieben einer eisernen Brücke 33 in den Bereich der entsprechenden Kernenden der beiden Spulen 31,32 wird das Magnetfeld umgelenkt. Daher wird je nach Stellung der Brücke 33 ein kräftigerer (Figur 4) oder schwächeren Wechselstrom (Figur 5) in der zweiten Spule 32 induziert. In Figur 4 und 5 sind zwei Brücken 33 und 34 vorgesehen, von denen die eine das Magnetfeld am einen Pol und die andere am anderen Pol anzieht.
Zweckmässigerweise wird daher mit dem Schieber 17 die Brücke 33 verschoben. Der induzierte Strom kann nun gemessen werden und daraus die Stellung des Schiebers errechnet werden. Durch geeignete Massnahmen im Bereich einer mit dem Relais 11 verbunden Software kann die Justierung der Brücke 33 und der Spulen 31,32 gänzlich in der Elektronik erfolgen, indem z.B. die gemessenen Messwerte auf die Stellung der Kontakte 13,15,16 bezogen werden. Dieser Vorteil ist bei allen Ausführungen nutzbar, die sich mit der Verschiebeposition des Schiebers 17 verändernde Signale generieren.
Es ist aber auch möglich, ein Schaltsignal mit lediglich zwei Schaltzuständen berührungslos zu erreichen. In Figur 6 und 7 ist, um dies zu illustrieren, ein Beispiel dargestellt, bei dem ein Reedschalter 41 in an sich bekannter Weise mit einem Permanentmagneten 43 geschaltet wird. Der Permanentmagnet 43 wird zusammen mit dem Schieber 17 verschoben. Dabei kommt er in die Nähe des Reedschalters 41 und schaltet diesen. Es können zur Sicherheit zwei Reedschalter 41,42 gleichzeitig geschaltet werden. Es können auch zwei Reedschalter 41,45 nacheinander geschaltet werden. Damit kann z.B. sowohl ein Öffner als auch ein Schliesser durch die Bewegung eines einzigen Magneten 43 überwacht werden. Zur Justierung eines Reedschalters 41 kann dieser oder der Magnet 43 lageverändert werden. Der bezüglich Reedschalter lageveränderte Magnet 43 kann den Reedschalter 41 schalten, indem er ein dauernd bestehendes in die Gegenrichtung gerichtetes, den Reedschalter schliessendes Magnetfeld überlagert.
In Figuren 8 und 9 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Stellung des Schiebers 17 kapazitiv eruiert wird. Der Schieber 17 weist dazu eine Kondensatorplatte 51 auf, die mit dem Schieber gegenüber einer zweiten Kondensatorplatte 52 verschiebbar ist. Durch die Lageveränderung verändert sich auch der am Kondensator messbare Kennwert. Dieser je nach Arbeitsgenauigkeit unterschiedlich ausfallende Wert kann elektronisch justiert oder software-mässig der Lage der Kontakte zugeordnet werden.
In Figur 10 ist ein Magnet 43 dargestellt, das mit dem Schieber 17 gegenüber einer Induktionsschlaufe 53 verschiebbar ist. In Figur 11 ist ein Metallteil 55 gegenüber einer aktivierten Induktionsschlaufe 53 verschiebbar. Mit diesen Anordnungen kann eine Bewegung des Schiebers eruiert werden. In Figur 12 ist dargestellt, dass mehrere Induktionsschlaufen 53,54,57,58 beidseits eines Magneten 43 (oder Metallteils) in Bewegungsrichtung nebeneinander angeordnet sein können, von den jeweils andere unterschiedlich stark im Einflussbereich des verschiebbaren Magneten 43 gelangen. Dadurch kann nicht nur die Bewegung, sondern auch die Lage des Schiebers 17 eruiert werden.
In Figur 13 ist gezeigt, dass die Schlaufen 53,63,73 auch quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander angeordnet sein können, um die Lage und die Bewegung eines mit dem Schieber 17 verschieblichen Stabes 61 zu erkennen.
Zusammenfassend kann folgendes gesagt werden: Auf, in oder an einem den Kontakten eines Relais gemeinsamen Schieber ist ein Aktivator angeordnet. In der Umgebung des Schiebers ist ein mit dem Aktivator aktivierbarer Sensor angeordnet. Durch das berührungslose generieren eines Kontrollsignals mittels des Aktivators im Sensor bei der Überwachung der Schaltstellung oder der Schaltbewegung der Kontakte ist eine Justierung der Überwachungsvorrichtung elektronisch und/oder durch örtliche Veränderung der Teile der Überwachungsvorrichtung möglich. Dies erniedrigt den Justierungsaufwand erheblich und ermöglicht eine Verkleinerung des Antriebs, da weniger Federn bewegt werden müssen und daher die benötigte Kraft zum Schalten des Relais reduziert ist.

Claims (9)

  1. Relais (11) mit einem Gehäuse, und im Gehäuse
    einer Anzahl von Lastkontakten (13,15,16) mit jeweils einer beweglichen Kontaktfeder,
    einem Schieber (17), der mit den beweglichen Kontaktfedern der Lastkontakte (13,15,16) in zwangsführendem Eingriff ist und
    einem den Schieber (17) antreibenden Antrieb (12) zum Schalten der Lastkontakte (13,15,16) mit dem Schieber (17), und einer Überwachungsvorrichtung (z.B. 21,23,25,27) im Gehäuse des Relais zum Überwachen der Schaltung der Lastkontakte (13,15,16),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Überwachungsvorrichtung (z.B. 21,23,25,27) berührungslos betätigbar ist,
    dass die Überwachungsvorrichtung (z.B. 21,23,25,27) wenigstens einen im Gehäuse angeordneten Sensor (23,24,32,41,42,45,52,53,54,57,58,63,73) in der Umgebung des Schiebers (17) aufweist,
    und dass die Überwachungsvorrichtung (z.B. 21,23,25,27) wenigstens einen auf, im oder am Schieber (17) angeordneten oder ausgebildeten Aktivator (25-26-27, 33,34,43,51,55, 61) des Sensors aufweist.
  2. Relais (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Überwachungsvorrichtung (z.B. 43,53) derart ausgelegt ist, dass eine Bewegung des Schiebers (17) in der Überwachungsvorrichtung (z.B. 43,53) ein Signal auslöst.
  3. Relais (11) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Überwachungsvorrichtung (z.B. 51,52) derart ausgelegt ist, dass je nach Position des Schiebers (17) in der Überwachungsvorrichtung (z.B. 51,52) ein unterscheidbares Signals ausgelöst wird.
  4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungsvorrichtung (z.B. 51,52) ein Signal kapazitiv ausgelöst wird.
  5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungsvorrichtung (z.B. 51,52) ein Signal optoelektrisch ausgelöst wird.
  6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Schieber (17) ein Reflektor angeordnet ist, um in einer Position des Schiebers (17) einen von einem Senders ausgestrahlten Lichtstrahl auf einen Empfänger zu reflektieren.
  7. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Schieber (17) ein Unterbrecher ausgebildet ist, der in einer Position des Schiebers (17) einen von einem Sender ausgestrahlten Lichtstrahl unterbricht, in einer andern Position jedoch dem Lichtstrahl ermöglicht, einen Empfänger zu erreichen.
  8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungsvorrichtung (z.B. 51,52) ein Signal induktiv ausgelöst wird.
  9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungsvorrichtung (z.B. 51,52) ein Signal magnetisch ausgelöst wird.
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