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Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Relais.
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Elektromechanische Relais werden häufig dort eingesetzt, wo eine galvanische Trennung zwingend oder vorteilhaft ist.
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So werden diese beispielsweise in Hochvolt-Bordnetzen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise um eine Hochvolt-Batterie vom übrigen Bordnetz abzutrennen. Typischerweise weisen Relais mindestens einen feststehenden und einen beweglichen Kontakt auf, wobei ein Magnetanker den beweglichen Kontakt zum feststehenden Kontakt bewegt, wenn eine Erregerspule bestromt wird. Insbesondere bei Anwendungen in einem Kraftfahrzeug können beispielsweise bei Unfällen so große Kräfte auftreten, dass der bewegliche Kontakt in Richtung des feststehenden Kontakts bewegt wird. Daher müssen Maßnahmen getroffen werden, um ein versehentliches Schließen zu verhindern. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Dimensionierung einer Rückstellfeder realisiert werden. Nachteilig ist, dass dann auch entsprechend große Kräfte beim regulären Schalten des Relais gegen die Rückstellfeder erzeugt werden müssen.
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Aus der
EP 0 280 759 A1 ist eine Anordnung für elektrische Energieversorgungsleitungen zur Verhinderung von Explosionen von Gas- und/oder Staub-Luft-Gemischen bekannt, wobei die Versorgungsleitung ein Stromnetz mit einer Last verbindet, wobei hinter der Einspeisung und bei reaktanzbehafteter Last auch vor der Last je ein schnellwirkender Trennschalter vorgesehen ist. Der Trennschalter wirkt zur Begrenzung des Spannungsabfalls mit einem schnellwirkenden Kurzschließer zusammen, der in Energieflussrichtung vor dem Trennschalter angeordnet ist. Weiter ist ein Erdschluss-Erfassungssystem vorgesehen, das zum Ansteuern des netzseitigen Trennschalters und bei reaktanzbehafteter Last auch des lastseitigen Trennschalters zusammen mit den Kurzschließern dient. Dabei sind zur Verklinkung des Trennschalters bei geöffneten Trennschalterkontakten auf eine ausgesparte Kontaktstange wirkende Kugeln vorgesehen, welche unter gemeinsamer Federvorspannung stehend auf der Kontaktstange abgestützt sind und bei deren Betätigung mit dem Linearantrieb in deren Aussparung einfallen.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein elektromechanisches Relais zu schaffen, bei dem ein versehentliches Kontaktieren des beweglichen Kontaktes verhindert wird, ohne die Schaltkräfte wesentlich zu erhöhen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein elektromechanisches Relais mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das elektromechanische Relais umfasst mindestens einen feststehenden Kontakt und einen beweglichen Kontakt. Vorzugsweise weist das elektromechanische Relais zwei feststehende Kontakte auf, die durch eine bewegliche Kontaktbrücke miteinander elektrisch verbunden werden. Weiter weist das elektromagnetische Relais eine Erregerspule, ein Magnetjoch und einen Magnetanker auf, wobei der Magnetanker mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist, wobei bei einem magnetischen Fluss durch das Magnetjoch der Magnetanker derart bewegt wird, dass der mindestens eine feststehende Kontakt und der bewegliche Kontakt eine Kontaktverbindung herstellen. Die Verbindung zwischen Magnetanker und beweglichem Kontakt muss dabei nicht unmittelbar sein. Vorzugsweise weist der Magnetanker einen ferromagnetischen Teil auf, der über eine Kontaktwelle mit einer Kontaktdruckfeder unterhalb des beweglichen Kontakts verbunden ist. Weiter vorzugsweise ist an der Kontaktwelle eine Rückstellfeder angeordnet. Der Magnetanker weist mindestens eine Aufnahme für mindestens ein Verriegelungselement auf, wobei das Verriegelungselement mindestens eine erste Position und mindestens eine zweite Position aufweist, wobei in der ersten Position eine Bewegung des Magnetankers gesperrt und in der zweiten Position eine Bewegung des Magnetankers freigegeben ist. Hierdurch wird ein versehentliches Schließen des Relais, insbesondere durch äußere Kräfte, sicher verhindert, ohne dass hierzu eine Rückstellfeder entsprechend stärker dimensioniert werden muss.
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In einer Ausführungsform weist der Magnetanker einen ferromagnetischen Teil und einen diamagnetischen Teil auf, wobei die Aufnahme im diamagnetischen Teil angeordnet ist. Hierdurch wird der Fluss durch den ferromagnetischen Teil nicht gestört.
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In einer Ausführungsform ist dem Verriegelungselement ein elektromechanischer Antrieb zugeordnet. Mittels des Antriebs kann dann das Verriegelungselement in die erste oder in die zweite Position bewegt werden. Vorzugsweise ist dabei der elektromagnetische Antrieb mit dem Stromkreis der Erregerspule verbunden, sodass eine separate Steuerung entfällt. Wird die Erregerspule bestromt, wird gleichzeitig der elektromechanische Antrieb bestromt und das Verriegelungselement in die zweite Position bewegt. Der elektromagnetische Antrieb ist beispielsweise ein Elektromagnet mit Feder, wobei das Verriegelungselement ein Stift ist, wobei im stromlosen Zustand die Feder das Verriegelungselement in die erste Position zurückdrückt.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht das Verriegelungselement aus einem ferromagnetischen Werkstoff, wobei das Verriegelungselement bei einem magnetischen Fluss in dem Magnetjoch in die zweite Position bewegt wird.
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In einer Ausführungsform weist das Magnetjoch mindestens eine Aufnahme auf, in die das Verriegelungselement in der zweiten Position eintaucht. Der Vorteil des ferromagnetischen Verriegelungselements ist, dass kein separater Steuerkreis oder Stromkreis notwendig ist. Vielmehr erfolgt die Entriegelung beim Aufbau des magnetischen Flusses automatisch.
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In einer Ausführungsform ist das Verriegelungselement als Kugel ausgebildet, sodass Verkantungen des Verriegelungselements vermieden werden. Des Weiteren ist dadurch der mechanische Verschleiß minimiert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist dem Verriegelungselement mindestens ein Rückstellelement zugeordnet, das vorzugsweise als Federelement ausgebildet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei Abschaltung des magnetischen Flusses das Verriegelungselement sicher in die erste Position zurückkehrt.
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Alternativ oder ergänzend kann die Aufnahme des Magnetankers und/oder die Aufnahme des Magnetjochs derart ausgebildet sein, dass diese eine Zwangsführung des Verriegelungselements in die erste Position bewirken. Beispielsweise ist eine Schräge vorgesehen, auf der das Verriegelungselement beim Entriegeln hochrutscht. Durch Abschalten der Erregung rutscht dann das Verriegelungselement aufgrund von Gravitation zurück in die erste Position.
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Vorzugsweise weist das elektromechanische Relais aus Symmetriegründen mindestens zwei Verriegelungselemente auf.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist in Hochvolt-Bordnetzen eines Kraftfahrzeuges.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Relais (Stand der Technik),
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2 eine schematische Teildarstellung eines elektromagnetischen Relais in einer ersten Ausführungsform und
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3 eine schematische Teildarstellung eines elektromagnetischen Relais in einer zweiten Ausführungsform.
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In der 1 ist ein elektroamagnetisches Relais 1 dargestellt, wobei anhand dieser Figur der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Arbeitsweise erläutert werden soll. Das elektromagnetische Relais 1 umfasst zwei feststehende Kontakte 2 und eine bewegliche Kontaktbrücke als beweglichen Kontakt 3. Weiter weist das elektromagnetische Relais 1 ein Magnetjoch 4, eine Erregerspule 5 und einen ferromagnetischen Magnetanker 6 auf. Der Magnetanker 6 ist mit einer Kontaktwelle 7 verbunden, die gegen eine Kontaktdruckfeder 8 unterhalb des beweglichen Kontakts 3 arbeitet. An der Kontaktwelle 7 ist eine Rückstellfeder 9 angeordnet. Gestrichelt ist eine Symmetrieachse 10 sowie ein Teilbereich 11 eingezeichnet. Zwischen dem Magnetanker 6 und dem Magnetjoch 4 liegt ein Luftspalt 13.
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Um den Kontakt zwischen den beiden feststehenden Kontakten 2 herzustellen, wird die Erregerspule 5 bestromt. Diese baut ein magnetisches Feld auf, sodass es zu einem magnetischen Fluss in dem Magnetjoch 4 und dem ferromagnetischen Magnetanker 6 kommt. Dabei kommt es zu einer Bewegung des Magnetankers 6 in Richtung Magnetjoch 4, um den magnetischen Widerstand zu verringern, wodurch der Luftspalt 13 verkleinert wird. Als Folge der Bewegung des Magnetankers 6 drückt die Kontaktwelle 7 gegen die Rückstellfeder 9 und die Kontaktdruckfeder 8 den beweglichen Kontakt 3 gegen die beiden feststehenden Kontakte 2. Soll die Verbindung wieder geöffnet werden, so wird der Strom durch die Erregerspule 5 abgeschaltet und die Rückstellfeder 9 drückt den Magnetanker 6 zurück in die Ausgangsstellung. Durch äußere Kräfte kann dabei der bewegliche Kontakt 3 in Richtung der feststehenden Kontakte 2 bewegt werden. Um dies zu verhindern, muss die Rückstellfeder 9 entsprechend dimensioniert werden, um eine unerwünschte Kontaktierung zu verhindern.
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Entsprechend groß muss dann aber auch der magnetische Fluss aufgrund der Erregerspule 5 sein, um im Normalbetrieb die Kontaktwelle 7 gegen die Rückstellfeder 9 zu betreiben.
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In der 2 ist eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform dargestellt, wobei aus Übersichtsgründen nur der Teilbereich 11 dargestellt ist. Der Magnetanker 6 weist einen diamagnetischen Teil 14 und einen ferromagnetischen Teil 15 auf, die an der Kontaktwelle 7 angeordnet sind. Der diamagnetische Teil 14 weist eine Aufnahme 16 auf. Weiter weist das elektromagnetische Relais 1 ein Verriegelungselement 18 in Form eines keilförmigen Stiftes auf, dem ein elektromechanischer Antrieb 19 zugeordnet ist. Vorzugsweise wird der elektromechanische Antrieb 19 durch den gleichen Stromkreis wie die Erregerspule 5 (siehe 1) bestromt. Das Verriegelungselement 18 kann mindestens eine erste Position und eine zweite Position einnehmen. In der ersten Position ist das Verriegelungselement 18 in die Aufnahme 16 eingetaucht und verhindert eine Bewegung des Magnetankers 6 nach oben. Diese erste Position ist in 2 dargestellt. Die feststehenden Kontakte 2 und der bewegliche Kontakt 3 (siehe 1) sind voneinander getrennt. Durch die Verriegelung ist ein versehentliches Schließen aufgrund äußerer Kräfte nicht möglich. Soll nun der Kontakt zwischen den Kontakten 2, 3 hergestellt werden, so werden die Erregerspule 5 und der elektromechanische Antrieb 19 bestromt, wobei der magnetische Fluss durch Pfeile im Magnetjoch 4 und dem ferromagnetischen Teil 15 dargestellt ist. Während des Aufbaus des magnetischen Flusses zieht der elektromechanische Antrieb 19 das Verriegelungselement 18 in Richtung elektromechanischen Antrieb 19 aus der Aufnahme 16, sodass die Bewegung des Magnetankers 6 freigegeben ist. Dies stellt die zweite Position dar. Soll der Kontakt zwischen den Kontakten 2, 3 wieder unterbrochen werden, so wird der Strom abgeschaltet und ein Rückstellelement 20 drückt das Verriegelungselement 18 wieder in der Aufnahme 16 zurück, wobei die Keilform das Eintauchen erleichtert.
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In der 3 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen dargestellt sind. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 2 ist das Verriegelungselement 18 als ferromagnetische Kugel 21 ausgebildet. Zusätzlich weist das Magnetjoch 4 eine Aufnahme 22 auf. In der 3 ist das Verriegelungselement 18 in der ersten Position dargestellt, wobei sich das Verriegelungselement 18 teilweise in der Aufnahme 16 befindet und teilweise herausragt. Das Verriegelungselement 18 sperrt in dieser Position eine ungewollte Bewegung nach oben, da die Kugel 21 an dem Magnetjoch 4 anschlagen würde. Soll der Kontakt zwischen den Kontakten 2, 3 (siehe 1) hergestellt werden, so wird die Erregerspule 5 bestromt und baut einen magnetischen Fluss auf. Als Folge wird die Kugel 21 in die Aufnahme 22 gezogen, um den Luftspalt in der Aufnahme 22 zu verkleinern. In dieser zweiten Position ist die Kugel 21 vollständig aus der Aufnahme 16 gedrückt, sodass die Bewegung des Magnetankers 6 freigegeben ist. Soll der Kontakt wieder geöffnet werden, so wird der Strom durch die Erregerspule 5 abgeschaltet und die Rückstellfeder 9 drückt den Magnetanker 6 nach unten. Die Kugel 21 rutscht wieder in die Aufnahme 16 und verriegelt den Magnetanker 6.
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Um den Rutschvorgang zu unterstützen, ist die Kugel 21 z.B. mit einem Rückstellelement 20 (z.B. einer Feder) ausgebildet.
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Dabei sei angemerkt, dass in den 2 und 3 aus Übersichtsgründen nur die eine Hälfte rechts von der Symmetrieachse 10 dargestellt ist, wobei in der konkreten Ausgestaltung die gleiche Anwendung (gespiegelt an der Symmetrieachse 10) links von der Symmetrieachse 10 angeordnet ist. Entsprechend weist das elektromechanische Relais 2 zwei Verriegelungselemente 18 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Relais
- 2
- feststehender Kontakt
- 3
- beweglicher Kontakt
- 4
- Magnetjoch
- 5
- Erregerspule
- 6
- Magnetanker
- 7
- Kontaktwelle
- 8
- Kontaktdruckfeder
- 9
- Rückstellfeder
- 10
- Symmetrieachse
- 11
- Teilbereich
- 13
- Luftspalt
- 14
- diamagnetischer Teil
- 15
- ferromagnetischer Teil
- 16
- Aufnahme
- 18
- Verriegelungselement
- 19
- elektromechanischer Antrieb
- 20
- Rückstellelement
- 21
- magnetische Kugel
- 22
- Aufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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