EP3850653A1 - Relais - Google Patents

Relais

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EP3850653A1
EP3850653A1 EP19758974.0A EP19758974A EP3850653A1 EP 3850653 A1 EP3850653 A1 EP 3850653A1 EP 19758974 A EP19758974 A EP 19758974A EP 3850653 A1 EP3850653 A1 EP 3850653A1
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EP
European Patent Office
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switching element
switching
relay
electromagnetic relay
armature
Prior art date
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EP19758974.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3850653B1 (de
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Stefan Benk
Christian Adam
Ralf Hoffmann
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP3850653A1 publication Critical patent/EP3850653A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3850653B1 publication Critical patent/EP3850653B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/36—Relay coil or coils forming part of a bridge circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits

Definitions

  • the present invention relates to a relay, in particular an electromagnetic relay.
  • a known solution consists in assigning pulse width modulation (PWM) to the supply voltage and in this way reducing the coil current to an advantageous value for the desired period of time.
  • PWM pulse width modulation
  • the disclosure is based on the knowledge that the above object is achieved by a relay, which makes it possible to reduce the coil current by increasing the total resistance of the excitation coil or the excitation coils with unchanged supply voltage and thus to reduce the relay power or the electrical power and thus the heat dissipation power .
  • the disclosure relates to an electromagnetic relay, having a yoke and an armature pivotably arranged on the yoke, which has an open position and a contact position with respect to the yoke, and which is designed from a magnetic field to be attracted from the open position into the contact position and to be held in the contact position, a first circuit branch which has a first capacitor and a first excitation coil connected in series therewith, a second circuit branch which has a second capacitor and a second excitation coil connected in series , wherein the first excitation coil and the second excitation coil are designed to provide the magnetic field for attracting and holding the armature, and a switching element which is arranged between the first circuit branch and the second circuit branch and has a first switching state and a second switching state, in which first switching state of the switching element, the first circuit branch and the second circuit branch are arranged in a parallel circuit, and wherein in the second switching state of the switching element the first excitation coil and the second excitation coil are arranged in a series circuit,
  • the coil power of the first and second excitation coils is automatically increased from a pull-in power that must be provided to attract the armature from the open position to the contact position, to a lower holding power must be lowered in order to keep the armature in the contact position as soon as the armature is fully tightened in the contact position.
  • the contact position of the armature is the position of the armature in which contact is established between the armature and the yoke and the relay is closed, that is to say the relay has fully pulled through.
  • the design of the present relay with two excitation coils interconnected enables the total resistance R tot of the first and second excitation coils with individual resistances Ri and R 2 to be changed by converting the circuit arrangement of the two excitation coils from a parallel connection into a series connection of the excitation coils .
  • Switching the parallel connection of the first and second circuit branches into the series connection of the first and second excitation coils thus increases the overall resistance of the first and second excitation coils. If the supply voltage remains unchanged, the increase in the total resistance of the series-connected first and second excitation coils in turn leads to a decrease in the coil current flowing through the first and second excitation coils. A reduced coil current in turn leads to a reduction in the magnetic flux through the first and second excitation coils and, associated therewith, to a reduction in the magnetic field of the first and second excitation coils.
  • the first and second circuit branches Due to the low resistance of the first and second capacitors for the period in which the switching element is in the first switching state, the first and second circuit branches are arranged in parallel and the first and second capacitors are charged, the resistances of the first and second capacitors are used for the calculation the total resistance for this period is negligible.
  • I represents the coil current and NI , 2 the number of windings of the first and second excitation coils.
  • a reduction in the heat development of the excitation coils is achieved by reducing the coil current and thus reducing the coil power.
  • a reduction in the development of heat is advantageous due to the low thermal capacity of the components.
  • the first and second capacitors are designed to provide the first and second excitation coils with a charging current which is suitable for causing the magnetic field of the first and second excitation coils to attract and hold the armature.
  • the first and second capacitors are charged by the applied operating voltage and consequently a charging current in the first and second circuit branches flows.
  • the first and second capacitors are of low resistance and are dimensioned such that a high charging current flows, and thus a coil current is provided to the first and second excitation coils that is suitable for inducing magnetic flux and a magnetic field in the first and second excitation coils , by means of which the armature can be pulled into the contact position.
  • the first and second capacitors are high-resistance in the second switching state.
  • the first and second capacitors act as high-resistance resistors and ensure that the first and second excitation coils are supplied with a coil current which is suitable for inducing a magnetic field in the first and second excitation coils which is sufficient to hold the armature in the contact position.
  • the first ohmic series resistor is an ohmic resistor of a coil which is connected upstream of the third diode and / or the plurality of third diodes connected in series.
  • the switching element comprises a reed switch.
  • the switching process of the switching element can be directly coupled to the armature tightening, in that both the switching process of the switching element and the armature tightening are effected by the magnetic field of the first and second excitation coils. This can also prevent a switching operation of the switching element from taking place without the armature having been fully tightened into the contact position beforehand
  • the magnetic field of the first and second excitation coils flows through the reed switch.
  • the switching point in time of the switching element can be matched as precisely as possible to the point in time at which the armature is fully pulled into the contact position.
  • the switching element comprises a reed relay.
  • the switching element is designed as a robust component with high switching accuracy and switching reliability.
  • the reed relay is preceded by an RC element with a time constant.
  • the switching time of the switching element can be matched to the point in time at which the armature is fully pulled into the contact position by means of the time constant of the RC element.
  • the RC element has a third ohmic resistor and a third capacitor.
  • the third ohmic resistor and the third capacitor are in theirs Dimensioning matched to the first and second capacitors.
  • the first and second capacitors are in turn dimensioned such that a complete charging of the first and second capacitors corresponds to a complete tightening of the armature into the contact position. A time at which the armature is fully drawn into the contact position can thus be determined over the duration of the charging of the first and second capacitors.
  • the time constant of the RC element is preferably selected such that at the switching time of the switching element or the reed relay, the voltage across the switching element has decayed to almost zero and an almost identical voltage drops at the first and second excitation coils. As a result, high current peaks that can otherwise occur during the switching process of the switching element on the first and second capacitors can be avoided.
  • the switching element comprises a transistor.
  • the switching element is designed as a robust component with high switching accuracy and switching reliability.
  • the transistor is a bipolar transistor.
  • the transistor is a pnp bipolar transistor.
  • the transistor is an npn bipolar transistor.
  • the transistor is a MOSFET transistor.
  • the transistor is preceded by an RC element and a voltage divider, a time constant being defined via the RC element and the voltage divider.
  • the switching time of the switching element can be set via the dimensioning of the RC element and the voltage divider.
  • the RC element has a third ohmic resistor and a third capacitor.
  • the voltage divider further comprises a fourth ohmic resistor and a fifth ohmic resistor. If the dimensions of the RC element and the voltage divider with regard to the time constant are furthermore adjusted in relation to the dimensioning of the first and second capacitors with regard to the duration of the charging, the switching point in time of the transistor can be matched to the point in time at which the anchor is fully drawn into the contact position.
  • the RC element is connected to the base connection of the transistor via the voltage divider, so that the time at which the transistor is switched to a conductive state and thus switches can be regulated via the time constant of the RC element and the voltage divider.
  • the time constant of the RC element and of the voltage divider is preferably selected such that a positive influence on current peaks of the collector-emitter current of the transistor, which can occur when switching off, and the current steepness when switching on and off can be achieved. Furthermore, current peaks and voltage steepnesses of the collector-emitter current of the transistor can be reduced by the choice of the resistance ratio of the resistances of the RC element and the voltage divider.
  • the first circuit branch further comprises a first diode and the second circuit branch further comprises a second diode, the first diode on the first circuit branch being arranged between the first excitation coil and the first capacitor, and the second diode on the second circuit branch between the second capacitor and the second excitation coil is arranged.
  • the switching element comprises a diode.
  • the switching element is designed here as a diode, in particular as a third diode, which is operated in the flow direction when the two coils are connected in series. Switching from parallel to series connection can be done by the
  • Breakdown voltage of the diode That is, a voltage below that
  • Breakdown voltage corresponds to a first switching state and a voltage equal to the breakdown voltage or higher corresponds to the second switching state.
  • a plurality of diodes and / or a series resistor to the diode can be arranged between the first circuit branch and the second circuit branch in order to vary the switching instant. Due to the additional voltage drop across the diode and the resistor, the current in series connection of the coils can be further reduced. The heat losses can be reduced.
  • the switching element comprises a third diode and a first ohmic series resistor connected in series with the third diode.
  • the switching element is easy to manufacture and the switching process runs automatically.
  • the switching process of the switching element which converts the parallel connection of the first and second circuit branches into the series connection of the first and second excitation coils, begins as soon as the voltage difference between the first and second circuit branches corresponds at least to the breakdown voltage of the third diode. Furthermore, the additional voltage drop across the third diode and the first ohmic series resistor of the switching element in the circuit branch between the first and second circuit branches can further reduce the current in the series connection of the first and second excitation coils, so that the heat losses through the first and second excitation coils are also reduced can be reduced.
  • the switching element comprises a plurality of third diodes connected in series and a first ohmic series resistor connected in series.
  • the switching instant of the switching element can be varied by the plurality of third diodes and the first ohmic series resistor adapted to the resistance value of the plurality of third diodes.
  • the switching element comprises a transistor and a Hall sensor.
  • the switching element is designed as a robust component with high switching accuracy and switching reliability. Furthermore, the technical advantage is achieved that the switching operation of the transistor is coupled via the Hall sensor to the magnetic field of the first and second excitation coils causing the armature to be pulled into the contact position.
  • the Hall sensor is electrically connected to the transistor and flows through the magnetic field of the first and second excitation coils.
  • the Hall sensor is preferably arranged adjacent to the first and second excitation coils and positioned in a region in which a magnetic stray flux of the first and second excitation coils occurs.
  • a voltage divider is arranged between the Hall sensor and the base connection of the transistor.
  • the magnetic field flowing through the Hall sensor of the first and second excitation coils in the Hall sensor causes a Hall voltage corresponding to the magnetic field, which in turn is applied to the base connection of the transistor. If the magnetic field of the first and second excitation coils reaches a corresponding limit value, the transistor is turned on by the corresponding Hall voltage in the base connection of the transistor transferred the conductive state.
  • the Hall sensor is arranged parallel to a zener diode.
  • the electromagnetic relay further comprises a first connection contact, a second connection contact, a third connection contact and a fourth connection contact, which serve to apply a supply voltage to the first and second excitation coils, the first connection contact being electrical with the winding start of the first excitation coil is connected, the second connection contact being connected to the winding end of the first excitation coil, the third connection contact being electrically connected to the winding start of the second excitation coil, and the fourth connection contact being connected to the winding end of the second excitation coil.
  • the relay can be designed as a relay with a narrow design, in particular a narrow width, and can be used for a terminal block, in particular a 6.2 mm terminal block or 3.5 mm terminal block. Furthermore, the technical advantage is achieved that the first and second excitation coils can be arranged in a parallel connection.
  • the reed switch is electrically connected to the second and third connection contacts.
  • the technical advantage of a space-saving design of the relay is achieved in that the switching element is formed directly on the relay. Furthermore, the technical advantage is achieved that the reed switch spatially as close as possible to the Coils arranged and thus it is ensured that the reed switch is optimally flooded by the magnetic field of the first and second excitation coils. As a result, the switching accuracy of the switching element is increased, and switching is possible at exactly the point in time at which the armature is fully drawn into the contact position.
  • the electromagnetic relay further comprises a printed circuit board which is arranged adjacent to the first and second excitation coils and is electrically connected to the first, second, third and fourth connection contacts.
  • the switching element is formed on the circuit board, electrically connected to the second and third connection contacts and arranged adjacent to the first and second excitation coils.
  • the switching element can be used to switch the parallel connection of the first and second excitation coils into a series connection of the first and second excitation coils.
  • the reed relay is formed on the printed circuit board, electrically connected to the second and third connection contacts, and arranged adjacent to the first and second excitation coils.
  • the technical advantage is achieved that the parallel connection of the first and second excitation coils can be switched into a series connection of the first and second excitation coils via the reed relay.
  • the transistor is formed on the printed circuit board, the emitter connection of the transistor being electrically connected to the second connection contact and the collector connection of the transistor being connected to the third connection contact.
  • the Hall sensor is formed on the printed circuit board and is arranged adjacent to the first and second excitation coils.
  • the technical advantage is achieved that the Hall sensor is arranged as close as possible to the coils, thus ensuring that the Hall sensor is optimally flooded by the magnetic field of the first and second excitation coils. As a result, the switching accuracy of the switching element is increased, and switching is possible at exactly the point in time at which the armature is fully drawn into the contact position.
  • the yoke is designed as a U-shaped yoke with two legs arranged parallel and opposite one another.
  • the armature is designed to be pivotable at one end of one of the legs of the U-shaped yoke.
  • the first and second excitation coils are each arranged on the legs of the yoke.
  • the present relay can be designed to be as space-saving as possible, in which the windings required to attract and hold the armature can be divided into two spatially separate coils.
  • Figure 1 is an equivalent circuit diagram of the relay according to an embodiment of the present invention.
  • 1A is an equivalent circuit diagram of the relay according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the relay according to a further embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic front view of the relay according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7a is a schematic front view of the relay according to another
  • Fig. 7b is a schematic bottom view of the relay in Fig. 7a;
  • Fig. 8a is a schematic front view of the relay according to another
  • Fig. 8b is a schematic bottom view of the relay in Fig. 8a.
  • Fig. 9 is a schematic front view of the relay according to another
  • the electromagnetic relay 100 comprises a yoke 601 and an armature 602 pivotably arranged on the yoke 601 (both not shown in FIG. 1), wherein the armature 602 has an open position and a contact position relative to the yoke 601, and wherein the armature 602 is designed to be attracted by a magnetic field from the open position to the contact position and to be held in the contact position.
  • the electromagnetic relay 100 further comprises a first circuit branch 101, which has a first capacitor 101-2 and a first exciting coil 101-1 connected in series therewith, a second circuit branch 102, which has a second capacitor 102-2 and one in series therewith has connected second excitation coil 102-1, wherein the first excitation coil 101-1 and the second excitation coil 102-1 are designed to provide the magnetic field for attracting and holding the armature 602, and a switching element 103 which is connected between the first circuit branch 101 and the second Circuit branch 102 is arranged and has a first switching state and a second switching state, wherein in the first switching state of the switching element 103, the first circuit branch 101 and the second circuit branch 102 are arranged in a parallel circuit, and wherein in the second switching state of the switching element 103 the first excitation coil 101 -1 and the second excitation coil 102-1 in a row are arranged, and wherein the switching element 103 is designed to switch from the first switching state to the second switching state when the armature 602 is attracted to the contact position by the magnetic field
  • the first Excitation coil 101-1 has a first ohmic resistor 101-1 1 and a first inductance 101-12
  • the second excitation coil 102-1 has a second ohmic resistor 2-1 1 and a second inductance 102-12.
  • the switching element 103 is arranged between the first circuit branch 101 and the second circuit branch 102 such that the switching element 103 is arranged between the first excitation coil 101 -1 and the first capacitor 101 -2 and the second capacitor 102-2 and the second excitation coil 102-1 is.
  • first switching state of the switching element 103 which is preferably an open switching state of the switching element 103 in which the switching element 103 has a high resistance
  • the first circuit branch 101 and the second circuit branch 102 are arranged in parallel with one another.
  • the application of a supply voltage by the voltage source 104 causes the first capacitor 101-2 and the second capacitor 102-2 to be charged.
  • corresponding charging currents flow through the first and second excitation coils 101-1, 101-2 of the first and second circuit branches 101, 102.
  • the first and second capacitors 101-2, 102 -2 are dimensioned such that the charging currents flowing through the first and second excitation coils 101-1, 102-1 are suitable for causing a magnetic flooding of the first and second excitation coils 101-1, 102-1 and a corresponding magnetic field which is suitable is to fully pull the armature 602 of the relay 100 into the contact position.
  • the first and second capacitors 101-2, 102-2 are also dimensioned such that when the armature 602 is fully drawn into the contact position, the first and second capacitors 101-2, 102-2 are fully charged and are therefore high-impedance.
  • switching element 103 When switching element 103 is switched to the second switching state, which is preferably a closed state of switching element 103, in which switching element 103 is low-resistance, the parallel connection of first and second circuit branches 101, 102 becomes a series connection of second and second excitation coils 101-1 , 102-1 switched.
  • the first and second capacitors 101-2, 102-2 which are high-resistance at the time of switching element 103 and are not part of the series connection of first and second excitation coils 101-1, 102-1, ensure that a primary current path along the series connection of first and second excitation coils 101-1, 102-1.
  • the switching process of the switching element 103 from the first switching state to the second switching state takes place after the armature 602 has been fully drawn into the contact position.
  • 1A an equivalent circuit diagram of the relay 100 according to another embodiment is shown.
  • the switching element 103 comprises a third diode 103-1 and a first ohmic series resistor 103-3 connected in series with the third diode 103-1.
  • the third diode 103-1 and the series-connected first ohmic series resistor 103-3 is the point in time of the switching process of the switching element 103 at which the parallel connection of the first and second circuit branches 101, 102 into the series connection of the first and second excitation coils 101-1, 102-1 is transferred, can be coupled to the voltage difference between the first and second circuit branches 101, 102.
  • the switching element 103 accordingly switches as soon as the voltage difference between the first and second circuit branches 101, 102 corresponds to the breakdown voltage of the third diode 103-1.
  • the switching element 103 comprises a plurality of third diodes 103-1 connected in series and a plurality of first ohmic series resistors 103-3 connected in series. In this way, the time of the switching process of the switching element 103 can be made variable.
  • the first ohmic series resistor 103-3 is an ohmic resistor of a coil which is connected upstream of the third diode 103-1 and / or the plurality of third diodes 103-1 connected in series.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of relay 100 according to a further embodiment of the present invention.
  • the switching element 103 comprises a reed switch 201.
  • the switching process of the switching element 103 can be triggered via the magnetic field of the first and second excitation coils by the reed switch 201 switching as soon as the magnetic field of the first and second excitation coils 101 -1, 102-1 exceeds a predetermined limit value , which corresponds to a magnetic field sufficient to fully attract the armature 602 to the contact position.
  • the switching element 103 comprises a reed relay 301.
  • the reed relay 301 is also connected to an RC element 302, which comprises a third ohmic resistor 302-1 and a third capacitor 302-2.
  • the switching time of the reed relay 301 can be set, so that the switching process of the reed relay 301 is achieved by coordinating the time constant of the RC element 302 with the period of charging of the first and second capacitors 101 -2, 102-2 exactly after armature 602 has been fully tightened into the contact position.
  • the switching element 103 comprises a transistor 401.
  • the transistor 401 is connected via the base connection to a voltage divider 405, which comprises a fourth ohmic resistor 405-1 and a fifth ohmic resistor 405-2, and an RC element 302, which has a third ohmic resistor 302-1 and a third capacitor 302 -2 comprises, connected.
  • the switching time of the transistor 401 can be coordinated with the time at which the armature 602 is fully drawn into the contact position via the dimensioning of the RC element 302 and the fourth and fifth ohmic resistors 405-1, 405-2 of the voltage divider 405.
  • the first circuit branch 101 further has a first diode 402 and the second circuit branch 102 has a second diode 403.
  • the first and second diodes 402, 403 are arranged between the first excitation coil 101 -1 and the first capacitor 101 -2 and the second capacitor 102-2 and the second excitation coil 102-1 such that the first and second diodes 402, 403 are parts of the series connection of the first and second excitation coils 101-1, 102-1 when the transistor 401 is in the conductive state and the switching element 103 is thus in the second switching state.
  • the switching element 103 comprises a transistor 401 and a Hall sensor 501.
  • the Hall sensor 501 is connected to the base connection of the transistor 401 via the voltage divider 405 and enables the switching operation of the transistor 401 to be coupled to the magnetic field of the first and second excitation coils 101 -1, 102-1. If the magnetic field of the first and second excitation coils 101-1, 102-1 exceeds a predetermined limit value, the Hall voltage of the Hall sensor 501 applied to the base connection of the transistor 401 causes the switching process of the transistor 401 from a non-conductive to a conductive state and thus the switching process of the switching element 103 from the first switching state to the second switching state.
  • a Zener diode 502 is also connected in parallel.
  • FIG. 6 shows a schematic front view of relay 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the relay 100 comprises a yoke 601 and an armature 602 which is pivotably mounted on the yoke 601.
  • the yoke 601 is designed as a U-shaped yoke with two legs arranged opposite one another in parallel, the armature 602 at the end of one of the legs is designed to be pivotable (not shown in FIG. 6) and is in the contact position when the armature 602 contacts the end of the respective other leg of the yoke 601.
  • the first and second excitation coils 101-1, 102-1 are each arranged on the two legs of the yoke 601 arranged in parallel opposite directions.
  • the relay 100 comprises a first connection contact 604, a second connection contact 605, a third connection contact 606 and a fourth connection contact 607. Furthermore, according to one embodiment, the first connection contact 604 with the winding start of the first excitation coil 101 is -1 and the second connection contact 605 connected to the winding end of the first excitation coil 101-1, while the third connection contact 606 is connected to the start of the winding of the second excitation coil 102-1 and the fourth connection contact 607 is connected to the winding end of the second excitation coil 102-1. Furthermore, the relay 100 has two connection pins 603, which are suitable for connecting the relay 100 to a corresponding terminal block.
  • the reed switch 201 is arranged between the first and second excitation coils 101 -1, 102-1 and connected to the third and fourth connection contacts 606, 607. According to one embodiment, the reed switch 201 is arranged adjacent to the first and second excitation coils 101-1, 102-1 and is positioned in an area in which a magnetic stray flux of the first and second excitation coils 101-1, 102-1 occurs.
  • a printed circuit board 701 is formed in the front region of the connecting section of the two legs of the yoke 601. Circuit board 701 is electrically connected to the first, second, third and fourth connection contacts 604, 605, 606, 607 and serves to accommodate the switching element 103 and further electronic components.
  • the reed relay 301 is formed on the printed circuit board 701.
  • transistor 401 is formed on circuit board 701.
  • FIG. 9 shows a further schematic view of the relay 100 according to a further embodiment of the present invention.
  • the Hall sensor 501 is formed on the printed circuit board 701.

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Abstract

Elektromagnetisches Relais (100), wobei das Relais (100) ein Joch (601) und einen am Joch (601) schwenkbar angeordneten Anker (602) aufweist, der gegenüber dem Joch (601) eine geöffnete Stellung und eine Kontaktstellung aufweist, und der ausgebildet ist, von einem Magnetfeld aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung angezogen und in der Kontaktstellung gehalten zu werden, mit einem ersten Schaltungszweig (101), der einen ersten Kondensator (101-2) und eine dazu seriell verschaltete erste Erregerspule (101-1) aufweist, einem zweiten Schaltungszweig (102), der einen zweiten Kondensator (102-2) und eine dazu seriell verschaltete zweite Erregerspule (102-1) aufweist, wobei die erste Erregerspule (101-1) und die zweite Erregerspule (102-1) ausgebildet sind, das Magnetfeld zum Anziehen und Halten des Ankers 602 bereitzustellen, und einem Schaltelement (103), das zwischen dem ersten Schaltungszweig 101 und dem zweiten Schaltungszweig (102) angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements (103) der erste Schaltungszweig (101) und der zweite Schaltungszweig (102) in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements (103) die erste Erregerspule (101-1) und die zweite Erregerspule (102-1) in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement (103) ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn der Anker (602) durch das Magnetfeldder ersten und zweiten Spulen in die Kontaktstellung angezogen ist.

Description

Relais
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein elektromagnetisches Relais.
Bei elektromagnetischen Relais besteht das Problem der Erwärmung aufgrund hoher Spulenströme, die zum Anziehen des Ankers von einer geöffneten Stellung in eine Kontaktstellung, zum Schließen des Relais, benötigt werden. Da zum Anziehen aber ein stärkeres Magnetfeld und damit eine größere magnetische Durchflutung der Erregerspule als zum Halten des Ankers in der Kontaktstellung benötigt wird, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösung bekannt, die magnetische Durchflutung der Erregerspule nach Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung und für den Zeitraum, in dem der Anker in der Kontaktstellung gehalten wird, herabzusetzen und somit die Leistung und folglich die Erwärmung des Relais, für den Zeitraum, in dem das Relais geschlossen gehalten wird, zu reduzieren. Eine bekannte Lösung besteht darin, die Versorgungsspannung mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) zu belegen und hierüber den Spulenstrom für den gewünschten Zeitraum auf einen vorteilhaften Wert herabzusetzen. Für die PWM-Ansteuerung werden jedoch komplexe mikroelektronische Bauteile und entsprechend komplexe Schaltarchitekturen benötigt, sodass die PWM-Ansteuerung für viele Anwendungen ungeeignet ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Relais, insbesondere ein verbessertes elektromagnetisches Relais, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
Die Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch ein Relais gelöst wird, das ermöglicht, über eine Steigerung des Gesamtwiderstands der Erregerspule oder der Erregerspulen bei unveränderter Versorgungsspannung den Spulenstrom zu verringern und damit die Relaisleistung beziehungsweise die elektrische Leistung und damit die Wärmeverlustleistung herabzusetzen.
Nach einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein elektromagnetisches Relais, mit einem Joch und einem am Joch schwenkbar angeordneten Anker, der gegenüber dem Joch eine geöffnete Stellung und eine Kontaktstellung aufweist, und der ausgebildet ist, von einem Magnetfeld aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung angezogen und in der Kontaktstellung gehalten zu werden, einem ersten Schaltungszweig, der einen ersten Kondensator und eine dazu seriell verschaltete erste Erregerspule aufweist, einem zweiten Schaltungszweig, der einen zweiten Kondensator und eine dazu seriell verschaltete zweite Erregerspule aufweist, wobei die erste Erregerspule und die zweite Erregerspule ausgebildet sind, das Magnetfeld zum Anziehen und Halten des Ankers bereitzustellen, und einem Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements der erste Schaltungszweig und der zweite Schaltungszweig in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements die erste Erregerspule und die zweite Erregerspule in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn der Anker durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Spulen in die Kontaktstellung angezogen ist.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Relais bereitgesellt ist, dessen Spulenleistung der ersten und zweiten Erregerspulen automatisch von einer Anzugsleistung, die erbracht werden muss, um den Anker aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung anzuziehen, auf eine geringere Halteleistung, die aufgebracht werden muss, um den Anker in der Kontaktstellung zu halten, herabgesetzt wird, sobald der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Die Kontaktstellung des Ankers ist hierbei die Stellung des Ankers, in der eine Kontaktierung zwischen Anker und Joch stattfindet und das Relais geschlossen ist, sprich das Relais vollständig durchgezogen hat.
Die Ausbildung des vorliegenden Relais mit zwei miteinander verschalteten Erregerspulen ermöglicht mittels einer Überführung der Schaltungsanordnung der zwei Erregerspulen von einer Parallelschaltung in eine Reihenschaltung der Erregerspulen den Gesamtwiderstand Rges der ersten und zweiten Erregerspulen mit Einzelwiderständen Ri und R2 zu verändern.
So ergibt sich für eine Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen der Gesamtwiderstand gemäß: 1 _ 1 1
Rges Rl R2
Für eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen ergibt sich hingegen der Gesamtwiderstand gemäß:
Rges- Ri + 2
Durch das Schalten der Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige in die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen wird somit der Gesamtwiderstand der ersten und zweiten Erregerspulen erhöht. Bei unveränderter Versorgungsspannung führt die Erhöhung des Gesamtwiderstands der seriell verschalteten ersten und zweiten Erregerspulen wiederum zu einer Verringerung des durch die ersten und zweiten Erregerspulen fließenden Spulenstroms. Ein verringerter Spulenstrom führt wiederum zu einer Herabsetzung der magnetischen Durchflutung der ersten und zweiten Erregerspulen und damit verbunden zu einer Herabsetzung des Magnetfelds der ersten und zweiten Erregerspulen.
Aufgrund der Niederohmigkeit der ersten und zweiten Kondensatoren für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet, die ersten und zweiten Schaltungszweige parallel angeordnet sind und die ersten und zweiten Kondensatoren aufgeladen werden, sind die Widerstände der ersten und zweiten Kondensatoren für die Berechnung der Gesamtwiderstands für diesen Zeitraum vernachlässigbar.
Die ersten und zweiten Erregerspulen sind in Bezug auf den jeweiligen Wickelsinn vorzugsweise derart angeordnet, dass sich für den zweiten Schaltzustand des Schaltelements, sprich die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen, die realisierte magnetische Durchflutung Gges=IN des aus den ersten und zweiten Erregerspulen Q=IN gebildeten magnetischen Systems aus den magnetischen Durchflutungen Qi,2=INi,2 der ersten und zweiten Erregerspulen wie folgt ergibt:
Gges= 01+ 02= I NI+IN2=I(NI +N2)
wobei I den Spulenstrom und NI,2 die Wicklungszahlen der ersten und zweiten Erregerspulen darstellen. Über das Herabsetzen des Spulenstroms und damit das Herabsetzen der Spulenleistung wird eine Verringerung der Wärmeentwicklung der Erregerspulen erreicht. Speziell bei Bauteilen mit geringer Baugröße ist aufgrund der geringen Wärmekapazität der Bauteile eine Reduzierung der Wärmeentwicklung vorteilhaft.
Nach einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Kondensatoren ausgebildet, im ersten Schaltzustand des Schaltelements den ersten und zweiten Erregerspulen einen Ladestrom bereitzustellen, der geeignet ist, das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen zum Anziehen und Halten des Ankers zu bewirken.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet und die ersten und zweiten Schaltungszweige parallel zueinander angeordnet sind, die ersten und zweiten Kondensatoren durch die anliegende Betriebsspannung aufgeladen werden und folglich ein Ladestrom in den ersten und zweiten Schaltungszweigen fließt. Die ersten und zweiten Kondensatoren sind in diesem Stadium niederohmig und derart dimensioniert, dass einer hoher Ladestrom fließt, und den ersten und zweiten Erregerspulen damit ein Spulenstrom bereitgestellt ist, der geeignet ist, in den ersten und zweiten Erregerspulen eine magnetische Durchflutung und ein Magnetfeld zu induzieren, mittels dem der Anker in die Kontaktstellung angezogen werden kann.
Nach einer Ausführungsform sind im zweiten Schaltzustand die ersten und zweiten Kondensatoren hochohmig.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet und die ersten und zweiten Erregerspulen in einer Parallelschaltung angeordnet sind, die die ersten und zweiten Kondensatoren als hochohmige Widerstände fungieren und gewährleisten, dass die ersten und zweiten Erregerspulen mit einem Spulenstrom versorgt sind, der geeignet ist, in den ersten und zweiten Erregerspulen ein Magnetfeld zu induzieren, das ausreichend ist, den Anker in der Kontaktstellung zu halten.
Nach einer Ausführungsform ist der erste ohmsche Vorwiderstand ein ohmscher Widerstand einer Spule, die der dritten Diode und/oder der Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden vorgeschaltet ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Reed-Schalter. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement magnetisch ansprechbar ist. Somit kann der Schaltvorgang des Schaltelements direkt mit dem Anziehen des Ankers gekoppelt werden, indem sowohl der Schaltvorgang des Schaltelements als auch das Anziehen des Ankers durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen bewirkt werden. Damit kann ferner verhindert werden, dass ein Schaltvorgang des Schaltelements stattfindet, ohne dass zuvor ein vollständiges Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung stattgefunden hat
Nach einer Ausführungsform ist der Reed-Schalter von dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen durchströmt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Schaltzeitpunkt des Schaltelements möglichst präzise auf den Zeitpunkt, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist, abgestimmt werden kann. Indem der Reed-Schalter ausgebildet ist, zu schalten, sobald das Magnetfeld am Ort des Reed-Schalters eine magnetische Feldstärke erreicht hat, die am Ort des Ankers dem zum Anziehen und Halten des Ankers benötigten Magnetfeld entspricht und das Anziehen des Ankers bewirkt, wird ein Schaltvorgang des Schaltelements dann bewirkt, wenn zuvor ein vollständiges Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung stattgefunden hat. Vorzugsweise ist der Reed-Schalter zu den ersten und zweiten Erregerspulen benachbart angeordnet und in einem Bereich positioniert, in dem ein magnetischer Streufluss der ersten und zweiten Erregerspulen auftritt.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement ein Reed-Relais.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist.
Nach einer Ausführungsform ist dem Reed-Relais ein RC-Glied mit einer Zeitkonstante vorgeschaltet.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mittels der Zeitkonstante des RC- Glieds der Schaltzeitpunkt des Schaltelements auf den Zeitpunkt abgestimmt werden kann, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Hierzu weist das RC-Glied einen dritten ohmschen Widerstand und einem dritten Kondensator auf. Der dritte ohmsche Widerstand und der dritte Kondensator sind hierbei in ihrer Dimensionierung auf die ersten und zweiten Kondensatoren abgestimmt. Die ersten und zweiten Kondensatoren sind wiederum derart dimensioniert, dass eine vollständige Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren einem vollständigen Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung entspricht. Über die Zeitdauer der Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren kann somit ein Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Über die Abstimmung der Dimensionierung des RC-Glieds im Hinblick auf das Verhältnis der Zeitkonstante des RC-Glieds zu der Zeitdauer der Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren kann folglich eine Abstimmung des Schaltzeitpunkts des Schaltelements mit dem Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des Ankers in der Kontaktstellung erreicht werden. Vorzugsweise ist die Zeitkonstante des RC-Glieds darüber hinaus derart gewählt, dass zum Schaltzeitpunkt des Schaltelements, beziehungsweise des Reed-Relais, die Spannung über dem Schaltelement nahezu auf Null abgeklungen ist und an den ersten und zweiten Erregerspulen eine nahezu identische Spannung abfällt. Hierdurch können, hohe Stromspitzen die ansonsten beim Schaltvorgang des Schaltelements an den ersten und zweiten Kondensatoren auftreten können, vermieden werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Transistor.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist.
Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein Bipolar-Transistor.
Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein pnp-Bipolar-Transistor.
Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein npn-Bipolar-Transistor.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass nach Abschluss des
Schaltvorgangs in der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen ein geringer Erregerstrom fließt.
Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein MOSFET-Transistor.
Hierdurch wir der technische Vorteil erreicht, dass Spannungsspitzen an der zweiten Erregerspule vermieden werden. Darüber hinaus ist der Transistor während des Schaltvorgangs stromlos, sodass das Auftreten einer Verlustleistung während des Schaltvorgangs am Schaltelement vermieden wird.
Nach einer Ausführungsform sind dem Transistor ein RC-Glied und ein Spannungsteiler vorgeschaltet, wobei über das RC-Glied und den Spannungsteiler eine Zeitkonstante definiert ist.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass über die Dimensionierung des RC- Glieds und des Spanungsteilers der Schaltzeitpunkt des Schaltelements einstellbar ist. Hierzu weist das RC-Glied einen dritten ohmschen Widerstand und einen dritten Kondensator auf. Ferner umfasst der Spannungsteiler einen vierten ohmschen Widerstand und einen fünften ohmschen Widerstand. Werden die Dimensionierungen des RC-Glieds und des Spannungsteilers im Hinblick auf die Zeitkonstante ferner in Relation zu der Dimensionierung der ersten und zweiten Kondensatoren im Hinblick auf die Zeitdauer der Aufladung abgestimmt, kann der Schaltzeitpunkt des T ransistors auf den Zeitpunkt abgestimmt werden kann, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Das RC-Glied ist hierbei über den Spannungsteiler an den Basisanschluss des T ransistors angeschlossen, so dass über die Zeitkonstante des RC-Glieds und des Spannungsteilers der Zeitpunkt regelbar ist, zu dem der Transistor in einen leitenden Zustand versetzt wird und somit schaltet. Vorzugsweise ist die Zeitkonstante des RC-Glieds und des Spannungsteilers derart gewählt, dass eine positive Beeinflussung von Stromspitzen des Kollektor-Emitter-Stroms des Transistors, die beim Ausschalten auftreten können, und der Stromsteilheit beim Ein-und Ausschalten erreicht werden kann. Ferner können durch die Wahl des Widerstandsverhältnisses der Widerstände des RC-Glieds und des Spannungsteilers Stromspitzen und Spannungssteilheiten des Kollektor-Emitter-Stroms des Transistors reduziert werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst der erste Schaltungszweig ferner eine erste Diode und der zweite Schaltungszweig umfasst ferner eine zweite Diode, wobei die erste Diode auf dem ersten Schaltungszweig zwischen der ersten Erregerspule und dem ersten Kondensator angeordnet ist, und wobei die zweite Diode auf dem zweiten Schaltungszweig zwischen dem zweiten Kondensator und der zweiten Erregerspule angeordnet ist.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Stromrichtungen auf den ersten und zweiten Schaltungszweigen festgelegt sind. Dies ist insbesondere für den Schaltvorgang des Transistors vorteilhaft, um ungewollte rückwärts gerichtete Ströme zu verhindern, die beim Schaltvorgang auftreten können und der intendierten Stromrichtung der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen entgegen laufen.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine Diode.
Das Schaltelement ist hier als Diode, insbesondere als dritte Diode, ausgeführt, welche bei Reihenschaltung der beiden Spulen in Durchflussrichtung betrieben wird. Dabei kann das Umschalten von Parallel- auf Reihenschaltung durch den
Spannungsunterschied zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig erfolgen. Dieser ist dabei mindestens gleich der
Durchbruchspannung der Diode. D.h., dass eine Spannung unterhalb der
Durchspruchspannung einem ersten Schaltzustand und eine Spannung in Höhe der Durchbruchspannung oder höher dem zweiten Schaltzustand entspricht. Zudem können mehrere Dioden in Reihe und/oder ein Vorwiderstand zu der Diode zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig angeordnet sein, um den Schaltzeitpunkt zu variieren. Durch den zusätzlichen Spannungsabfall über der Diode und dem Widerstand, kann der Strom in Reihenschaltung der Spulen weiter reduziert werden. Die Wärmeverluste können verringert werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine dritte Diode und einen zur dritten Diode seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement einfach fertigbar ist und der Schaltvorgang automatisch abläuft. Dabei setzt der Schaltvorgang des Schaltelements, der die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige in die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen überführt, ein, sobald der Spannungsunterschied zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen mindestens der Durchbruchspannung der dritten Diode entspricht. Darüber hinaus kann durch den zusätzlichen Spannungsabfall über der dritten Diode und dem ersten ohmschen Vorwiderstand des Schaltelements im Schaltungszweig zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen der Strom in der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen weiter reduziert werden, sodass die Wärmeverluste durch die ersten und zweiten Erregerspulen ebenfalls verringert werden können. Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden und einen seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Mehrzahl von dritten Dioden und den vom Widerstandswert der Mehrzahl von dritten Dioden angepassten ersten ohmschen Vorwiderstand der Schaltzeitpunkt des Schaltelements variierbar ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Transistor und einen Hall-Sensor.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über den Hall-Sensor der Schaltvorgang des Transistors an das das Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung bewirkende Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen gekoppelt ist.
Nach einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor mit dem Transistor elektrisch verbunden und von dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen durchströmt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass über den Hall-Sensor das Schaltverhalten des Transistors an das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen koppelbar ist. Hierdurch kann vermieden werden, dass ein Schaltvorgang des Schaltelements ohne vorheriges vollständiges Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung stattfindet. Vorzugsweise ist der Hall-Sensor zu den ersten und zweiten Erregerspulen benachbart angeordnet und in einem Bereich positioniert, in dem ein magnetischer Streufluss der ersten und zweiten Erregerspulen auftritt.
Nach einer Ausführungsform ist zwischen dem Hall-Sensor und dem Basisanschluss des Transistors ein Spannungsteiler angeordnet.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das den Hall-Sensor durchströmende Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen in dem Hall-Sensor eine dem Magnetfeld entsprechende Hallspannung bewirkt, die wiederum dem Basisanschluss des T ransistors beaufschlagt ist. Erreicht das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen einen entsprechenden Grenzwert, wird der Transistor durch die entsprechende dem Basisanschluss des Transistors beaufschlagte Hallspannung in den leitenden Zustand versetzt. Durch entsprechende Konfiguration des Sensors beziehungsweise durch entsprechende Anpassung der an dem Basisanschluss anliegende Spannung über entsprechende Dimensionierung des Spannungsteilers kann somit erreicht werden, dass der Transistor für einen Wert des Magnetfeldes der ersten und zweiten Erregerspulen in den leitenden Zustand versetzt wird, der ausreichend ist, den Anker vollständig in die Kontaktstellung anzuziehen.
Nach einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor parallel zu einer Zenerdiode angeordnet.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass über die parallel geschaltete Zenerdiode die anliegende Spannung auf die Nennversorgungsspannung des Hall- Sensors begrenzt ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst das elektromagnetische Relais ferner einen ersten Anschlusskontakt, einen zweiten Anschlusskontakt, einen dritten Anschlusskontakt und einen vierten Anschlusskontakt, die dazu dienen, die ersten und zweiten Erregerspulen mit einer Versorgungsspannung zu beaufschlagen, wobei der erste Anschlusskontakt mit dem Wicklungsanfang der ersten Erregerspule elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Anschlusskontakt mit dem Wicklungsende der ersten Erregerspule verbunden ist, wobei der dritte Anschlusskontakt mit dem Wicklungsanfang der zweiten Erregerspule elektrisch verbunden ist, und wobei der vierte Anschlusskontakt mit dem Wicklungsende der zweiten Erregerspule verbunden ist.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Relais als ein Relais mit schmaler Bauform, insbesondere schmaler Baubreite ausgebildet werden kann und für eine Reihenklemme, insbesondere eine 6,2mm-Reihenklemme oder 3,5mm- Reihenkleme verwendbar ist. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass die ersten und zweiten Erregerspulen in einer Parallelschaltung angeordnet werden können.
Nach einer Ausführungsform ist der Reed-Schalter mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten elektrisch verbunden.
Hierdurch wird der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht, indem das Schaltelement direkt am Relais ausgebildet ist. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass der Reed-Schalter räumlich möglichst nah an den Spulen angeordnet und somit gewährleistet ist, dass eine optimale Durchflutung des Reed-Schalters durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen stattfindet. Hierdurch wird die Schaltgenauigkeit des Schaltelements erhöht, und eine Schaltung zu genau dem Zeitpunkt ermöglicht, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst das elektromagnetische Relais ferner eine Leiterplatte, die benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet und mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlusskontakten elektrisch verbunden ist.
Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht, indem die für das Schaltelement benötigten elektronischen Bauteile direkt und platzsparend am Relais ausgebildet werden können.
Nach einer Ausführungsform ist das Schaltelement auf der Leiterplatte ausgebildet, mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten elektrisch verbunden und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet.
Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über das Schaltelement die Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen in eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen geschaltet werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist das Reed-Relais auf der Leiterplatte ausgebildet, mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten elektrisch verbunden und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet.
Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über das Reed-Relais die Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen in eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen geschaltet werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist der Transistor auf der Leiterplatte ausgebildet, wobei der Emitteranschluss des Transistors mit dem zweiten Anschlusskontakt und der Kollektoranschluss des Transistors mit dem dritten Anschlusskontakt elektrisch verbunden sind. Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über den Transistor die Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen in eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen geschaltet werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor auf der Leiterplatte ausgebildet und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet.
Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass der Hall- Sensor räumlich möglichst nah an den Spulen angeordnet und somit gewährleistet ist, dass eine optimale Durchflutung des Hall-Sensors durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen stattfindet. Hierdurch wird die Schaltgenauigkeit des Schaltelements erhöht, und eine Schaltung zu genau dem Zeitpunkt ermöglicht, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist.
Nach einer Ausführungsform ist das Joch als ein U-förmiges Joch mit zwei parallel gegenüber liegend angeordneten Schenkeln ausgebildet.
Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass das Joch zwei Erregerspulen aufnehmen kann.
Nach einer Ausführungsform ist der Anker an einem Ende eines der Schenkel des U- förmigen Jochs schwenkbar ausgebildet.
Nach einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Erregerspulen jeweils an den Schenkeln des Jochs angeordnet.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das vorliegenden Relais möglichst platzsparend ausgebildet werden kann, in dem zum Anziehen und Halten des Ankers benötigten Wicklungen auf zwei räumlich getrennte Spulen aufgeteilt werden können.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1A ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7a eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7b eine schematische Bodenansicht des Relais in Fig. 7a;
Fig. 8a eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8b eine schematische Bodenansicht des Relais in Fig. 8a; und
Fig. 9 eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektromagnetisches Relais 100 umfasst ein Joch 601 und einen am Joch 601 schwenkbar angeordneten Anker 602 (beide in Fig. 1 nicht gezeigt), wobei der Anker 602 gegenüber dem Joch 601 eine geöffnete Stellung und eine Kontaktstellung aufweist, und wobei der Anker 602 ausgebildet ist, von einem Magnetfeld aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung angezogen und in der Kontaktstellung gehalten zu werden.
Gemäß Fig. 1 umfasst das elektromagnetische Relais 100 ferner einen ersten Schaltungszweig 101 , der einen ersten Kondensator 101 -2 und eine dazu seriell verschaltete erste Erregerspule 101 -1 aufweist, einen zweiten Schaltungszweig 102, der einen zweiten Kondensator 102-2 und eine dazu seriell verschaltete zweite Erregerspule 102-1 aufweist, wobei die erste Erregerspule 101 -1 und die zweite Erregerspule 102-1 ausgebildet sind, das Magnetfeld zum Anziehen und Halten des Ankers 602 bereitzustellen, und ein Schaltelement 103, das zwischen dem ersten Schaltungszweig 101 und dem zweiten Schaltungszweig 102 angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements 103 der erste Schaltungszweig 101 und der zweite Schaltungszweig 102 in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements 103 die erste Erregerspule 101 -1 und die zweite Erregerspule 102-1 in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement 103 ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn der Anker 602 durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Spulen in die Kontaktstellung angezogen ist.
Gemäß Figur 1 weist die 1 . Erregerspule 101 -1 einen ersten ohmschen Widerstand 101 - 1 1 und eine erste Induktivität 101 -12 auf, während die zweite Erregerspule 102-1 einen zweiten ohmschen Widerstand 2-1 1 und eine zweite Induktivität 102-12 aufweist.
Das Schaltelement 103 ist zwischen dem ersten Schaltungszweig 101 und dem zweiten Schaltungszweig 102 derart angeordnet, dass das Schaltelement 103 zwischen der ersten Erregerspule 101 -1 und dem ersten Kondensator 101 -2 und dem zweiten Kondensator 102-2 und der zweiten Erregerspule 102-1 angeordnet ist.
In einem ersten Schaltzustand des Schaltelements 103, der vorzugsweise ein geöffneter Schaltzustand des Schaltelements 103 ist, in dem das Schaltelement 103 hochohmig ist, sind der erste Schaltungszweig 101 und der zweite Schaltungszweig 102 parallel zueinander angeordnet. Das Anlegen einer Versorgungsspannung durch die Spannungsquelle 104 bewirkt eine Aufladung des ersten Kondensators 101-2 und des zweiten Kondensators 102-2. Während des Aufladens der ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 fließen entsprechende Ladeströme durch die ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 101-2 der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102. Die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 sind derart dimensioniert, dass die durch die ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 fließenden Ladeströme geeignet sind, eine magnetische Durchflutung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 und ein entsprechendes Magnetfeld zu bewirken, das geeignet ist, den Anker 602 des Relais 100 vollständig in die Kontaktstellung anzuziehen. Die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 sind ferner so dimensioniert, dass zum Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des Ankers 602 in die Kontaktstellung die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 vollständig aufgeladen und somit hochohmig sind.
Mit Schalten des Schaltelements 103 in den zweiten Schaltungszustand, der vorzugsweise ein geschlossener Zustand des Schaltelements 103 ist, in dem das Schaltelement 103 niederohmig ist, wird die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102 in eine Reihenschaltung der zweiten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 geschaltet.
Die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2, die zum Schaltzeitpunkt des Schaltelement 103 hochohmig sind und nicht Teil der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 sind, gewährleisten, dass ein primärer Strompfad entlang der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 verläuft.
Mit Umschalten der Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102 zur Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 ist der Gesamtwiderstand der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 erhöht. Dies hat eine Verringerung der Spulenströme, bei gleichbleibender äußerer angelegter Spannung, und eine damit verbundene Verringerung der magnetischen Durchflutung und des Magnetfeldes der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 zur Folge, wodurch die Verlustleistung reduziert werden kann.
Der Schaltvorgang des Schaltelements 103 vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand findet statt, nachdem der Anker 602 vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. In Fig. 1A ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einerweiteren Ausführungsform gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 eine dritte Diode 103-1 und einen der dritten Diode 103-1 seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand 103-3. Mittels der dritten Diode 103-1 und dem seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand 103-3 ist der Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schaltelements 103, bei dem die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102 in die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 überführt wird, an den Spannungsunterschied zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen 101 , 102 koppelbar. Das Schaltelement 103 schaltet demnach sobald der Spannungsunterschied zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen 101 , 102 der Durchbruchspannung der dritten Diode 103-1 entspricht.
Nach einer Ausführungsform (in Fig. 1A nicht gezeigt) umfasst das Schaltelement 103 eine Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden 103-1 und eine Mehrzahl seriell vorgeschalteter erster ohmscher Vorwiderstände 103-3. Hierdurch kann der Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schaltelements 103 variierbar gestaltet werden.
Nach einer Ausführungsform (in Fig. 1A nicht gezeigt) ist der erste ohmsche Vorwiderstand 103-3 ein ohmscher Widerstand einer Spule, die der dritten Diode 103-1 und/oder der Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden 103-1 vorgeschaltet ist.
In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 einen Reed-Schalter 201 . Mittels des Reed-Schalters 201 kann der Schaltvorgang des Schaltelements 103 über das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen ausgelöst werden, indem der Reed-Schalter 201 schaltet, sobald das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, der einem Magnetfeld entspricht, das ausreichend ist, den Anker 602 vollständig in die Kontaktstellung anzuziehen.
In Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 ein Reed-Relais 301 . Das Reed-Relais 301 ist ferner mit einem RC- Glied 302 verbunden, das einen dritten ohmschen Widerstand 302-1 und einen dritten Kondensator 302-2 umfasst. Über die Abstimmung der Zeitkonstante des RC-Glieds 302 ist der Schaltzeitpunkt des Reed-Relais 301 einstellbar, sodass über eine Abstimmung der Zeitkonstante des RC-Glieds 302 mit dem Zeitraum der Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren 101 -2, 102-2 erreicht wird, dass der Schaltvorgang des Reed-Relais 301 exakt nach vollständigem Anziehen des Ankers 602 in die Kontaktstellung stattfindet.
In Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 einen Transistor 401 . Der Transistor 401 ist über den Basisanschluss mit einem Spannungsteiler 405, der einen vierten ohmschen Widerstand 405-1 und einen fünften ohmschen Widerstand 405-2 umfasst, und einem RC-Glied 302, das einen dritten ohmschen Widerstand 302-1 und einen dritten Kondensator 302-2 umfasst, verbunden. Über die Dimensionierung des RC-Glieds 302 und der vierten und fünften ohmschen Widerstände 405-1 , 405-2 des Spannungsteilers 405 ist der Schaltzeitpunkt des Transistors 401 mit dem Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des Ankers 602 in die Kontaktstellung abstimmbar.
Gemäß Fig. 4 weisen der erste Schaltungszweig 101 ferner eine erste Diode 402 und der zweite Schaltungszweig 102 eine zweite Diode 403 auf. Die ersten und zweiten Dioden 402, 403 sind derart zwischen der ersten Erregerspule 101 -1 und dem ersten Kondensator 101 -2 und dem zweiten Kondensator 102-2 und der zweiten Erregerspule 102-1 angeordnet, dass die ersten und zweiten Dioden 402, 403 Teile der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 sind, wenn sich der Transistor 401 im leitenden Zustand und das Schaltelement 103 sich damit im zweiten Schaltzustand befindet.
In Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 einen Transistor 401 und einen Hall-Sensor 501 . Der Hall-Sensor 501 ist über den Spannungsteiler 405 mit dem Basisanschluss des Transistors 401 verbunden und ermöglicht, den Schaltvorgang des Transistors 401 mit dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 zu koppeln. Überschreitet das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 einen vorbestimmten Grenzwert, bewirkt die an den Basisanschluss des Transistors 401 anliegende Hallspannung des Hall-Sensors 501 den Schaltvorgang des Transistors 401 von einem nichtleitenden in einen leitenden Zustand und damit den Schaltvorgang des Schaltelements 103 vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand. Somit wird erreicht, dass der Schaltvorgang des Transistors 401 exakt nach vollständigem Anziehen des Ankers 601 in die Kontaktstellung stattfindet. Zur Begrenzung der Versorgungsspannung der Spannungsquelle 104 auf die Nennversorgungsspannung des Hall-Sensors 501 ist diesem ferner eine Zenerdiode 502 parallel geschaltet.
In Fig. 6 ist eine schematische Frontansicht des Relais 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Relais 100 ein Joch 601 und einen am Joch 601 schwenkbar gelagerten Anker 602. Gemäß einer Ausführungsform ist das Joch 601 als ein U-förmiges Joch mit zwei gegenüberliegend parallel angeordneten Schenkeln ausgebildet, wobei der Anker 602 am Ende eines der Schenkel schwenkbar ausgebildet ist (in Fig. 6 nicht gezeigt) und sich in Kontaktstellung befindet, wenn der Anker 602 das Ende des jeweils anderen Schenkels des Jochs 601 kontaktiert. Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 jeweils an den zwei parallel gegenüberliegend angeordneten Schenkeln des Jochs 601 angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Relais 100 einen ersten Anschlusskontakt 604, einen zweiten Anschlusskontakt 605, einen dritten Anschlusskontakt 606 und einen vierten Anschlusskontakt 607. Ferner ist nach einer Ausführungsform der erste Anschlusskontakt 604 mit dem Wicklungsanfang der ersten Erregerspule 101 -1 und der zweite Anschlusskontakt 605 mit dem Wicklungsende der ersten Erregerspule 101 -1 verbunden, während der dritte Anschlusskontakt 606 mit dem Wicklungsanfang der zweiten Erregerspule 102-1 und der vierte Anschlusskontakt 607 mit dem Wicklungsende der zweiten Erregerspule 102-1 verbunden sind. Ferner weist das Relais 100 zwei Anschlussstifte 603 auf, die geeignet sind, einen Anschluss des Relais 100 mit einer entsprechenden Reihenklemme zu bewirken.
Nach einer Ausführungsform ist der Reed-Schalter 201 zwischen den ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 angeordnet und mit den dritten und vierten Anschlusskontakten 606, 607verbunden. Nach einer Ausführungsform ist der Reed- Schalter 201 zu den ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 benachbart angeordnet und in einem Bereich positioniert, in dem ein magnetischer Streufluss der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 auftritt.
In Fig. 7a und Fig. 7b sind schematische Ansichten unterschiedlicher Perspektiven des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform ist im Frontbereich des Verbindungsabschnitts der beiden Schenkel des Jochs 601 eine Leiterplatte 701 ausgebildet. Die Leiterplatte 701 ist mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlusskontakten 604, 605, 606, 607 elektrisch verbunden und dient zur Aufnahme des Schaltelements 103 sowie weitere elektronischer Bauteile. Gemäß einer Ausführungsform ist das Reed-Relais 301 an der Leiterplatte 701 ausgebildet.
In Fig. 8a und Fig. 8b sind schematische Ansichten unterschiedlicher Perspektiven des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Transistor 401 an der Leiterplatte 701 ausgebildet.
In Fig. 9 ist eine weitere schematische Ansicht des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor 501 an der Leiterplatte 701 ausgebildet.
Bezugszeichenliste
100 Relais
101 erster Schaltungszweig 101-1 erste Erregerspule
101-1 1 erster ohmscher Widerstand
101-12 erste Induktivität
101-2 erster Kondensator
102 zweiter Schaltungszweig 102-1 zweite Erregerspule
102-1 1 zweiter ohmscher Widerstand
102-12 zweite Induktivität
102-2 zweiter Kondensator
103 Schaltelement
103-1 dritte Diode
103-3 erster ohmscher Vorwiderstand
104 Spannungsquelle
201 Reed-Schalter
301 Reed-Relais
302 RC-Glied
302-1 dritter ohmscher Widerstand 302-2 dritter Kondensator
401 Transistor
402 erste Diode
403 zweite Diode
405 Spannungsteiler
405-1 vierter ohmscher Widerstand 405-2 fünfter ohmscher Widerstand
501 Hall-Sensor
502 Zener-Diode
601 Joch
602 Anker 603 Anschlussstift
604 erster Anschlusskontakt
605 zweiter Anschlusskontakt
606 dritter Anschlusskontakt 607 vierter Anschlusskontakt
701 Leiterplatte

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Elektromagnetisches Relais (100), wobei das Relais (100) ein Joch (601 ) und einen am Joch (601 ) schwenkbar angeordneten Anker (602) aufweist, der gegenüber dem Joch (601 ) eine geöffnete Stellung und eine Kontaktstellung aufweist, und der ausgebildet ist, von einem Magnetfeld aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung angezogen und in der Kontaktstellung gehalten zu werden, mit: einem ersten Schaltungszweig (101 ), der einen ersten Kondensator (101 -2) und eine dazu seriell verschaltete erste Erregerspule (101 -1 ) aufweist, einem zweiten Schaltungszweig (102), der einen zweiten Kondensator (102-2) und eine dazu seriell verschaltete zweite Erregerspule (102-1 ) aufweist, wobei die erste Erregerspule (101 -1 ) und die zweite Erregerspule (102-1 ) ausgebildet sind, das Magnetfeld zum Anziehen und Halten des Ankers (602) bereitzustellen; und einem Schaltelement (103), das zwischen dem ersten Schaltungszweig (101 ) und dem zweiten Schaltungszweig (102) angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements (103) der erste Schaltungszweig (101 ) und der zweite Schaltungszweig (102) in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements (103) die erste Erregerspule (101 -1 ) und die zweite Erregerspule (102-1 ) in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement (103) ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn der Anker (602) durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Spulen in die Kontaktstellung angezogen ist.
2. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 1 , wobei die ersten und zweiten Kondensatoren (101 -2, 102-2) ausgebildet sind, im ersten Schaltzustand des Schaltelements (103) den ersten und zweiten Erregerspulen (101 -1 , 102-1 ) einen Ladestrom bereitzustellen, der geeignet ist, das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen (101 -1 , 102-1 ) zum Anziehen und Halten des Ankers (602) zu bewirken.
3. Elektromagnetisches Relais (100) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei im zweiten Schaltzustand die ersten und zweiten Kondensatoren (101 -2, 102-2) hochohmig sind.
4. Elektromagnetisches Relais (100) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das Schaltelement (103) einen Reed-Schalter (201 ) umfasst.
5. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 4, wobei der Reed-Schalter (201 ) von dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen (101 -1 , 102-1 ) durchströmt ist.
6. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 1 , wobei das Schaltelement (103) ein Reed-Relais (301 ) umfasst.
7. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 6, wobei dem Reed-Relais (301 ) ein RC-Glied (302) mit einer Zeitkonstante vorgeschaltet ist.
8. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 1 , wobei das Schaltelement (103) eine Diode (103-1 ) umfasst.
9. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 1 , wobei das Schaltelement (103) einen T ransistor (401 ) umfasst.
10. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 9, wobei dem T ransistor (401 ) ein RC-Glied (302) und ein Spannungsteiler (405) vorgeschaltet sind, und wobei über das RC-Glied (302) und den Spannungsteiler (405) eine Zeitkonstante definiert ist.
1 1 . Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 1 , wobei das Schaltelement (103) einen Transistor (401 ) und einen Hall-Sensor (501 ) umfasst.
12. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 1 1 , wobei der Hall-Sensor (501 ) mit dem Transistor (401 ) elektrisch verbunden ist und von dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen (101 -1 , 102-1 ) durchströmt ist.
13. Elektromagnetisches Relais (100) nach einem voranstehenden Anspruch, ferner mit einem ersten Anschlusskontakt (604), einem zweiten Anschlusskontakt (605), einem dritten Anschlusskontakt (606) und einem vierten Anschlusskontakt (607), die dazu dienen die ersten und zweiten Erregerspulen (101-1 , 102-1 ) mit einer
Versorgungsspannung zu beaufschlagen, wobei der erste Anschlusskontakt (604) mit dem Wicklungsanfang der ersten Erregerspule (101-1 ) elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Anschlusskontakt (605) mit dem Wicklungsende der ersten Erregerspule (101-1 ) verbunden ist, wobei der dritte Anschlusskontakt (606) mit dem Wicklungsanfang der zweiten Erregerspule (102-1 ) elektrisch verbunden ist, und wobei der vierte Anschlusskontakt (607) mit dem Wicklungsende der zweiten Erregerspule (102-1 ) verbunden ist.
14. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 13, ferner mit einer Leiterplatte (701 ), die benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen (101-1 , 102-1 ) angeordnet und mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlusskontakten (604, 605, 606, 607) elektrisch verbunden ist.
15. Elektromagnetisches Relais (100) nach Anspruch 14, wobei das Schaltelement (103) auf der Leiterplatte (701 ) ausgebildet ist, mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten (605, 606) elektrisch verbunden ist und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen (101-1 , 102-1 ) angeordnet ist.
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