WO1983001343A1 - Small size bistable electromagnetic switch element - Google Patents

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WO1983001343A1
WO1983001343A1 PCT/EP1982/000215 EP8200215W WO8301343A1 WO 1983001343 A1 WO1983001343 A1 WO 1983001343A1 EP 8200215 W EP8200215 W EP 8200215W WO 8301343 A1 WO8301343 A1 WO 8301343A1
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contact part
yoke
yoke leg
force
coil
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PCT/EP1982/000215
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English (en)
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Inventor
Boveri & Cie Ag Brown
Original Assignee
Brungsberg, Heinrich
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H01H50/30—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/60—Contact arrangements moving contact being rigidly combined with movable part of magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/08—Contacts alternately opened and closed by successive cycles of energisation and de-energisation of the electromagnet, e.g. by use of a ratchet

Definitions

  • the invention relates to a bistable electromagnetic force switching element of small design with an electromagnet consisting of a coil, yoke and armature, which is generated by an electrical energy pulse. switches a contact part acted upon by a toggle spring into its bistable positions.
  • a force switching element of this type has become known from DE-OS 26 26 752.
  • This consists of three basic components, namely the magnetic drive consisting of coil, yoke and armature, a bistable contact system and a conversion part that converts the monostable switching path of the armature of the electromagnet into the bistable switching movement of the contact system.
  • This basic principle is used in a variety of forms in the known impulse switches of various types. In these systems, the switching status of the contacts changes after a full armature stroke. The electrical energy is only required up to the end of the stroke of the armature. For the switching status of the contacts, however, it does not matter if the electrical excitation is also present for a longer period. For this, only the permissible heating of the coil represents the limit.
  • the known device is already a relatively small construction, which can already be arranged in connection with an electronic contact switch in a small housing, for example in a 55 flush-mounting box for electrical installations can.
  • the object of the invention is to improve an electromagnetic force switching element with the properties of the known device with regard to switching power in such a way that it can be carried out by even fewer individual parts and thus can be reduced in size even further, the construction volume experiencing such miniaturization that.
  • Two relays, for example together with an electronic touch switch or other switching elements, can be accommodated in a 55 flush-mounted box.
  • this is achieved in that the contact part simultaneously represents the armature effective between the poles of the yoke and can be pivoted from its one rest position into its other rest position by a magnetic energy pulse.
  • the contact part on the one hand is pivotally mounted on a yoke leg by the toggle spring and on the other hand can be actuated at its free end by the free end of the other yoke leg when the coil is excited.
  • the free end of the other yoke leg has an angled portion that is designed to form a pole piece and is directed against the other yoke leg.
  • the pivot bearing of the contact part on one yoke leg and the pole piece of the other yoke leg lie on a common axis.
  • the axis of the pivot bearing of the contact part on one yoke leg and the axis of the pole piece of the other yoke leg are parallel to one another.
  • the magnetic force exerted on the contact part when the coil is excited is greater than the effective contact force of the rocker spring.
  • the electromagnetic force switching element according to the invention is shown in the drawing in several embodiments. It shows:
  • Fig. 3 is a partial representation of a side view of the force retaining member, wherein the axis of the pivot bearing of the contact part and that of the pole piece of the other yoke leg are parallel to each other and
  • Fig. 4 is a partial representation of a further embodiment.
  • the electromagnetic force switching element consists of a coil 1 and a coil yoke 2 with the yoke legs 3 and 4. Between the free ends of the yoke legs 3 and 4, which the
  • a contact part 7 acting as an anchor is pivotally mounted.
  • one yoke leg 3 has bends 5 at its free end with a swivel bearing 6 for one end of the contact part 7, which is pressed into the swivel bearing 6 by means of a toggle spring 8 which is held on a shoulder 9 of the one yoke leg 3.
  • the free end 10 of the other yoke leg is provided with a bend directed against the other yoke leg 3, whereby a defined pole piece is formed for the contact part 7 which acts as an anchor.
  • the power supply to the contact part 7 takes place on the one yoke leg 3 via the pivot bearing 6.
  • it can also be provided directly on the contact part 7 by a flexible connection, for example stranded wire, coming from a separate connecting terminal.
  • the contact part 7 can be designed as a changeover contact as shown in FIGS. 1 and 4.
  • the contact part 7 has a double contact rivet 11, which on the one hand can be combined with a stationary counter contact 12 and on the other hand with a further stationary counter contact 13.
  • a defined short-term excitation pulse e.g. a capacitor discharge
  • the free end of the contact part 7 is replaced by the pole piece of the other yoke leg 4 due to the magnetic force exerted in the process
  • the pivot bearing 6 of the contact part 7 is located on one yoke leg 3 and the pole piece of the other yoke leg 4 on a common axis A.
  • the direction of current of the excitation can be arbitrary. Characterized in that the magnetic tensile force exerted on the contact part 7 is greater than the effective contact force of the rocker spring 8, the contact part 7 is switched from its one rest position to the other rest position in this system with any defined excitation pulse of the coil 1.
  • the defined excitation pulse is to be provided so briefly that it has ended before the contact part 7 has reached the indifferent central position represented by the axis A.
  • the magnetic force that has taken effect has given the Konta part 7 so much kinetic energy that it is thrown over the indifferent position.
  • the force of the rocker spring 8 is effective, which presses the contact part 7 against the counter contact 12 or 13. 3 and 4, the axis A of the pivot bearing 6 of the contact part 7 is on a yoke leg 3 on a parallel to the axis B of the Pd Sharings of the other yoke leg 4 ..
  • the contact part 7 falls into a preferred position given by the parallel axes A, B, for example in FIG. 3 for the rest position at a stationary stop 14, whereby an exhibition can be provided.
  • a fixed contact part 12 is provided as the preferred position. It is not possible to excite the contact part 7 after an unintended permanent excitation, e.g. due to magnetic remanence fields to keep in an indifferent position. Due to the parallel axes A, B, there is a preferred position in which the contact part 7 switches after the excitation has ceased. This also makes it possible to hold the contact part in its indifferent position in the event of a predetermined longer excitation and thus to establish a contact opening position between two changeover contacts 12 and 13. For the formation of the parallel axes A, B, an embodiment according to FIG. 3 or the representations in FIG. 4 with beveled magnetic surfaces is possible.
  • the components of the electromagnetic force switching element are arranged in a stationary manner on a common insulating material plate (not shown), which can also be a printed circuit board. An exact fixation and, if necessary, adjustment of the electromagnetic system and the counter contacts 12 and 13 is thus possible.
  • an electromagnetic force switching element with small dimensions and low energy consumption for excitation with a switching capacity of 10 to 16 A and a contact opening of 3 mm, which is further characterized by low noise and an incredibly simple construction.
  • the force switching element can be used as a switching power part in a wide variety of controls, the defined excitation energy being applied by an electronic device. This gives an extremely short response time, which means that there is no heat load for the force switching element and the neighboring components, and thus a longer service life and contact quality can be achieved.
  • Construction volume Acquisition and operating costs.
  • the drive according to the Invention by an energy surge is of course not limited to use with relays.

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Description

Bistabiles elektromagnetisches Kraftschaltglied kleiner Bauart
Die Erfindung betrifft ein bistabiles elektromagnetisches Kraftschaltglied kleiner Bauart mit einem aus Spule, Joch und Anker bestehenden Elektromagneten, der durch einen elektrischen Energieimpuls. einen durch eine Kippfeder beaufschlagten Kontaktteil in seine bistabilen Lagen umschaltet.
Ein Kraftschaltglied dieser Art ist durch die DE-OS 26 26 752 bekanntgeworden. Dabei besteht dieses aus drei Grundkomponenten, nämlich dem aus Spule, Joch und Anker bestehenden magnetischen Antrieb, einem bistabilen Kontakt system und einem Umwandlungsteil, der den monostabil verlaufenden Schaltweg des Ankers des Elektromagneten in die bistabil verlaufende Schaltbewegung des Kontaktsystems umwandelt. Dieses Grundprinzip wird bei den bekannten Stromstoßschaltern der verschiedensten Bauarten in vielfältiger Form verwendet. Bei diesen Systemen erfolgt die Änderung des Schaltzustandes der Kontakte jeweils nach einem vollen Ankerhub. Die elektrische Energie wird hierbei nur bis zum Hubende des Ankers benötigt. Für den Schaltzustand der Kontakte stört es jedoch nicht, wenn die elektrische Erregung auch länger ansteht. Hierfür stellt nur die zulässige Erwärmung der Spule die Grenze dar. Die bekannte Einrichtung ist zwar schon eine relativ kleine Bauausführung, wobei diese bereits in Verbindung mit einem elektronischen Berührungsschalter in ein kleines Gehäuse, z.B. in eine 55-Unterputz-Einbaudose bei elektrischen Installationen angeordnet werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Kraftschaltglied mit den Eigenschaften der bekannten Einrichtung hinsichtlich Schaltleistung dahingehend zu verbessern, daß es durch noch weniger Einzelteile ausführbar wird und somit in seiner Baugröße noch weiter verkleinert werden kann, wobei das Bauvolumen eine solche Miniaturisierung erfährt, daß.zwei Relais, z.B. gemeinsam mit einem elektronischen Berührungsschalter oder anderen Schaltgliedern, innerhalb einer 55-UP-Einbaudose untergebracht werden können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der Kontaktteil gleichzeitig den zwischen den Polen des Joches wirksamen Anker darstellt und durch einen magnetischen Energieimpuls aus seiner einen Ruhelage in seine andere Ruhelage schwenkbar ist.
Nach weiterer Ausgestaltung ist der Kontaktteil einerseits durch die Kippfeder an einem Jochschenkel schwenkbar gelagert und andererseits an seinem freien Ende von dem freien Ende des anderen Jochschenkels bei Erregung der Spule betätigbar.
Dabei weist das freie Ende des anderen Jochschenkels eine zur Bildung eines Polstücks ausgeführte, gegen den anderen Jochschenkel gerichtete Anwinkelung auf.
Nach weiterer Erfindung liegen das Schwenklager des Kontaktteils an dem einen Jochschenkel und das Polstück des anderen Jochschenkels auf einer gemeinsamen Achse.
Nach einer anderen Ausgestaltung liegen die Achse des Schwenklagers des Kontaktteils an dem einen Jochschenkel und die Achse des Polstücks des anderen Jochschenkels parallel zueinander. Nach weiterer Erfindung ist die bei Erregung der Spule auf das Kontaktteil ausgeübte Magnetkraft größer als die wirksame Kontaktkraft der Kippfeder.
Das elektromagnetische Kraftschaltglied nach der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht des Kraftschaltgliedes,
Fig. 2 eine Ansicht des zwischen den Polschenkeln des Joches liegenden Kontaktteils,
Fig. 3 eine Teildarstellung einer Seitenansicht des Kraftsehaltgliedes, wobei die Achse des Schwenklagers des Kontaktteils und die des Polstücks des anderen Jochschenkels parallel zueinander liegen und
Fig. 4 eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsvariante.
Das elektromagnetische Kraftschaltglied besteht aus einer Spule 1 und einem Spulenjoch 2 mit den Jochschenkeln 3 und 4. Zwischen den freien Enden der Jochschenkel 3 und 4, die die
Pole des elektromagnetischen Systems darstellen, ist ein gleichsam als Anker wirksames Kontaktteil 7 schwenkbar gelagert. Hierzu hat der eine Jochschenkel 3 an seinem freien Ende Abwinkelungen 5 mit einem Schwenklager 6 für das eine Ende des Kontaktteils 7, das mit einer Kippfeder 8, die an einem Ansatz 9 des einen Jochschenkels 3 gehalten ist, in das Schwenklager 6 hineingedrückt wird. Das freie Ende 10 des anderen Jochschenkels ist mit einer gegen den anderen Jochschenkel 3 gerichteten Anwinkelung versehen, wodurch ein definiertes Polstück für das als Anker wirksame Kontaktteil 7 gebildet ist. Die Stromzufuhr zu dem Kontaktteil 7 erfolgt an dem einen Jochschenkel 3 über das Schwenklager 6. Sie kann jedoch auch unmittelbar an dem Kontaktteil 7 durch eine flexible Verbindung, z.B. Litzendraht, von einer separaten Anschlußklemme kommend vorgesehen sein.
Das Kontaktteil 7 kann gemäß der Darstellungen in den Fig. 1 und 4 als Umschaltkontakt ausgeführt sein. Hierzu hat das Kontaktteil 7 ein Doppelkontaktniet 11, das einer seits mit einem ortsfesten Gegenkontakt 12 und andererseits mit einem weiteren ortsfesten Gegenkontakt 13 in Verbindung gebfacht werden kann. Bei einem definierten kurzzeitigen Erregerimpuls (z.B. eine Kondensator-Entladung) wird das freie Ende des Kontaktteils 7 durch das Polstück des anderen Jochschenkels 4 aufgrund der dabei ausgeübten magnetischen
Zugkraft angezogen und dabei infolge der kinetischen Energie über die durch die Achse A dargestellte Mittellage hinausgeschleudert und danach durch die Kraft der Kippfeder 8 gegen den Gegenkontakt, z.B. 13, umgeschaltet und somit in seine andere Ruhelage gebracht. Wie in dem Beispiel der Fig. 1 gezeigt, befinden sich das Schwenklager 6 des Kontaktteils 7 an dem einen Jochschenkel 3 und das Polstück des anderen Jochschenkels 4 auf einer gemeinsamen Achse A. Die Stromrichtung der Erregung kann beliebig sein. Dadurch, daß die auf das Kontaktteil 7 ausgeübte magnetische Zugkraft größer ist als die wirksame Kontaktkraft der Kippfeder 8 wird bei diesem System bei jedem beliebig gerichteten definierten Erregungsimpuls der Spule 1 das Kontaktteil 7 von seiner einen Ruhelage in die andere Ruhelage umgeschaltet. Andererseits ist der definierte Erregerimpuls so kurzzeitig vorzusehen, daß dieser, bevor das Kontaktteil 7 die durch die Achse A dargestellte, indifferente Mittellage erreicht hat, beendet ist. Die wirksam gewordene Magnetkraft hat dem Konta teil 7 soviel kinetische Energie verliehen, daß dieser über die indifferente Lage geschleudert wird. Dann wird die Kraft der Kippfeder 8 wirksam, die den Kontaktteil 7 gegen den Gegenkontakt 12 bzw. 13 drückt. Bei den Darstellungen der Fig. 3 und 4 befindet sich die Achse A des Schwenklagers 6 des Kontaktteils 7 an dem einen Jochschenkel 3 zu der Achse B des Pdstücks des anderen Jochschenkels 4 auf einer Parallelen.. Hierdurch ist es möglich, bei einem längeren Erregerimpuls, z.B. 100 ms, den Kontaktteil 7 solange in der Mittellage festzuhalten, bis das magnetische Feld verschwindet. Danach fällt das Kontaktteil 7 in eine durch die parallelen Achsen A,B gegebene Vorzugslage, z.B. in Fig. 3 zur Ruhelage an einem ortsfesten Anschlag 14, wodurch eine Ausstellung vorgesehen werden kann.
In dem Beispiel der Fig. 4 ist dagegen als Vorzugslage ein ortsfester Kontaktteil 12 vorgesehen. Hierbei ist es nicht möglich, den Kontaktteil 7 nach einer unbeabsichtigten Dauer erregung, z.B. infolge magnetischer Remanenzfelder, in einer indifferenten Lage zu halten. Aufgrund der parallelen Achsen A, B ergibt sich eine Vorzugsstellung, in welche der Kontaktteil 7 nach Fortfall der Erregung umschaltet. Hierdurch ist es außerdem möglich, bei einer vorgebenden längeren Erregung den Kontaktteil in seiner indifferenten Lage zu halten und somit eine Kontakt öffnungsstellung zwischen zwei Umschaltkontakten 12 und 13 her zustellen. Für die Ausbildung der parallelen Achsen A, B ist eine Ausführung gemäß der Fig. 3 oder der Darstellungen in Fig. 4 mit abgeschrägten Magnetflächen möglich.
Es sei noch erwähnt, daß die Bauteile des elektromagnetischen Kraftschaltgliedes auf einer nicht dargestellten, gemeinsamen Isolierstoffplatte, die auch eine Leiterplatte sein kann, ortsfest angeordnet sind. Somit ist eine genaue Fixierung und ggf. Justage des elektromagnetischen Systems und der Gegenkontakte 12 und 13 möglich.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, ein elektromagnetisches Kraftschaltglied mit geringen Abmessungen und geringem Energieaufwand für die Erregung bei einem Schaltvermögen von 10 bis 16 A und einer Kontaktöffnung von 3 mm zu schaffen, welches sich weiterhin durch Geräuscharmut und einen verblüffend einfachen Aufbau auszeichnet. Das Kraftschaltglied kann dabei als Schaltleistungsteil in den verschiedensten Steuerungen Verwendung finden, wobei die definierte Erregungs-Energie durch eine elektronische Einrichtung aufgebracht wird. Hierbei ist eine äußerst geringe Ansprechzeit gegeben, wodurch keine Wärmebelastung für das Kraftschaltglied und die benachbarten Bauelemente und somit eine höhere Lebensdauer und Kontaktqualität erreichbar sind. Außerdem ist neben der Erhöhung der Zuverlässigkeit eine überaus wirksame Energieeinsparung gegeben sowie eine erhebliche Einsparung an
Bauvolumen, Anschaffungs- und Betriebskosten. Der erfindungs gemäße Antrieb durch einen Energiestoß ist natürlich nicht auf die Anwendung bei Relais beschränkt.

Claims

Bistabiles elektromagnetisches Kraftschaltglied kleiner BauartPatentansprüche
1. Bistabiles elektromagnetisches Kraftsehaltglied kleiner Bauart mit einem aus Spule, Joch und Anker bestehenden Elektromagneten, der durch einen elektrischen Energieimpuls einen durch eine Kippfeder beaufschla gten Kontaktteil in seine bistabilen Lagen umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktteil (7) gleichzeitig den zwischen den Polen des Joches (2) wirksamen Anker darstellt und durch einen magnetischen Energieimpuls aus seiner einen Ruhelage in seine andere Ruhelage schwenkbar ist.
2. Kraftsehaltglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Kontaktteil (7) einerseits durch die
Kippfeder (8) an einem Jochschenkel (3) schwenkbar gelagert und andererseits an seinem freien Ende von dem freien Ende (10) des anderen Jochschenkels (4) bei Erregung der Spule (1) betätigbar ist.
3. Kraftschaltglied nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (10) des anderen Jochschenkels (4) eine zur Bildung eines Polstücks ausgeführte, gegen den anderen Jochschenkel (3) ge richtete Anwinkelung aufweist.
4. Kraftsehaltglied nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager (6) des Kontakt teils (7) an dem einen Jochschenkel ( 3) und das Pol stück des anderen Jochschenkels ( 4) auf einer gemein samen Achse (A) liegen (Fig. 1).
5. Kraftsehaltglied nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) des Schwenklagers (6) des Kontaktteils (7) an dem einen Jochschenkel (3) und die Achse (B) des Polstücks des anderen Jochschenkels (4) parallel zueinander liegen (Fig. 3 und 4).
6. Kraftsehaltglied nach einem oder mehreren dεr Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Erregung der Spule (1) auf das Kontaktteil (7) ausgeübte Magnet kraft größer ist, als die wirksame Kontaktkraft der Kippfeder (8).
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EP0089973B1 (de) 1986-08-06
EP0089973A1 (de) 1983-10-05
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