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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltelement, insbesondere Relais oder Schütz, umfassend eine Spulenanordnung, einen um eine Drehachse drehbaren, von der Spulenanordnung antreibbaren Anker und eine Kontaktanordnung mit mindestens einer schaltbaren Kontaktfeder.
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Elektrische Schaltelemente in Form von Relais oder Schützen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese weisen eine elektromagnetische Antriebseinrichtung in Form der Spulenanordnung auf, die den Anker um die Drehachse antreibt, sodass der Anker in einem mindestens zwei Schaltzustände umfassenden Winkelbereich mittels der Spulenanordnung rotiert wird. Aufgrund des Aufbaus spricht man auch von einem Drehanker.
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Die Lösungen des Standes der Technik weisen zur Übertragung der Drehbewegung des Ankers auf die Kontaktfeder ein Kopplungselement auf, welches das Federelement auslenkt und schaltet. Das im Stand der Technik als separates Bauteil ausgestaltete Kopplungselement benötigt eine Abstützung bzw. Führung, um die Drehbewegung des Ankers in geeigneter Weise auf das Federelement zu übertragen. Diese Abstützung bzw. Führung wird üblicherweise vom Gehäuse des elektrischen Schaltelementes zur Verfügung gestellt.
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Somit haben die Lösungen des Standes der Technik den Nachteil, dass deren Aufbau nicht platzsparend realisiert werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein elektrisches Schaltelement zu schaffen, das platzsparend aufgebaut ist.
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Das elektrische Schaltelement der eingangs genannten Art löst diese Aufgabe dadurch, dass die wenigstens eine Kontaktfeder unmittelbar bewegungsübertragend mit dem Anker verbunden ist.
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Dies hat den Vorteil, dass ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kopplungselement eingespart werden kann, was die Kosten reduziert, den Zusammenbau vereinfacht und die gesamten Toleranzen verringert.
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Zudem kann auf eine Abstützung bzw. Führung des Kopplungselementes verzichtet werden, sodass sich der Aufbau des elektrischen Schaltelementes vereinfacht und dieses zum Beispiel auch im teilmontierten, d.h. nicht finalen, Zustand Funktionstests oder Messungen unterzogen werden kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch die folgenden jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
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In einer Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes weist der Anker wenigstens einen zu einem Ausleger verlängerten Fortsatz auf, der mit der Kontaktfeder verbunden ist. Ein solcher Fortsatz hat den Vorteil, dass dieser nicht zusätzlich am Anker befestigt werden muss, sondern durch seine bevorzugt monolithische Ausgestaltung einen Teil des Ankers darstellt.
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Bevorzugt kann der Fortsatz ein zum Ausleger verlängertes Ankerblech des Ankers sein, der am Ausleger mit der Kontaktfeder verbunden ist.
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Bevorzugt ist lediglich ein Fortsatz, zum Beispiel in Form eines Ankerbleches zu einem Ausleger verlängert, wobei auch beide, einen Dauermagneten des Ankers umgebende Ankerbleche zu jeweils einem Ausleger verlängert sein können.
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Das Ankerblech kann zu einer oder zu beiden Seiten zu jeweils einem Ausleger verlängert sein. Eine beidseitige Verlängerung kann das gleichzeitige Schalten von zwei separaten Kontaktfedern ermöglichen.
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Sind mehrere Ausleger zu einer Seite des Ankers vorgesehen, so kann jeder der Ausleger mit einer separaten schaltbaren Kontaktfeder unmittelbar bewegungsübertragend verbunden sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes ist der mindestens eine Ausleger im Wesentlichen parallel zur mindestens einen Kontaktfeder orientiert. Dies hat den Vorteil, dass das elektrische Schaltelement eine flache Bauform aufweisen und platzsparend realisiert werden kann. Eine leichte und kompakte bzw. flache Bauform ist insbesondere im Automobilbau vorteilhaft.
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Da die mindestens eine Kontaktfeder im Allgemeinen an einem Ende fest eingespannt und um diesen Befestigungsbereich auslenkbar ist, kann die Kontaktfeder aufgrund ihrer Biegung lediglich abschnittsweise parallel zum Ausleger des Ankers orientiert sein. Eine im Rahmen ihrer vorgeschriebenen Betriebsbedingungen ausgelenkte und durchgebogene Kontaktfeder ist als parallel zum Ausleger orientiert anzusehen, was durch den Begriff ‘im Wesentlichen‘ beschrieben wird.
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Unter einer bewegungsübertragenden Verbindung zwischen der mindestens einen Kontaktfeder und dem Anker ist zu verstehen, dass eine Rotation des Ankers in Schaltrichtung, als auch in Gegenschaltrichtung auf die Kontaktfeder übertragen wird. Die Verbindung zwischen der Kontaktfeder und dem Anker kann lösbar oder unlösbar sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes ist die Kontaktfeder in den Ausleger eingehängt. Ein Einhängen der Kontaktfeder in den Ausleger hat den Vorteil, dass eine derartige Verbindung keine weiteren Verbindungselemente, wie zum Beispiel Schrauben, Muttern oder Niete erfordert, der Zusammenbau des elektrischen Schaltelementes einfach durchführbar ist.
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Die Kontaktfeder kann zum Einhängen eine Öffnung aufweisen, in welcher der Ausleger zumindest abschnittsweise aufgenommen ist. Bevorzugt sind hierbei die Kontaktfeder und der Ausleger im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert und die Öffnung in Richtung des Ankers gerichtet. Beim Einhängen kann der Ausleger durch eine zwischen dem Ausleger und dem Schenkel stattfindende kombinierte Eindrehbewegung in der Öffnung des Schenkels aufgenommen werden. Dabei kann die Öffnung zu Beginn des Eindrehens in Richtung eines hakenförmigen Endes des Auslegers gerichtet sein und die Eindrehbewegung eine Rotation der Öffnung des Schenkels hin zum Anker mit einer linearen Bewegung des Schenkels in Richtung des Ankers kombinieren. Diese relative Eindrehbewegung zwischen Ausleger und Schenkel kann durch eine Bewegung des Auslegers, eine Bewegung des Schenkels oder eine Bewegung beider Elemente erreicht werden.
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Die Öffnung kann an ihrer Innenseite zwei Betätigungsflächen aufweisen, über die eine Bewegung des Ankers in Schaltrichtung bzw. entgegen der Schaltrichtung, d.h. in eine Öffnungsrichtung, auf die Kontaktfeder übertragen werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes weist die mindestens eine Kontaktfeder einen abstehenden Schenkel auf, der bewegungsübertragend mit dem Anker verbunden ist. Der abstehende Schenkel hat den Vorteil, dass das elektrische Schaltelement platzsparend und kompakt aufgebaut werden kann. Die Bewegung des Ankers kann dabei mittels des abstehenden Schenkels auf die mindestens eine Kontaktfeder übertragen werden. Der Schenkel kann einem verlängerten Abschnitt der Kontaktfeder entsprechen.
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Bevorzugt steht in einer weiteren Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes der Schenkel im Wesentlichen im rechten Winkel von der Kontaktfeder ab. Dies hat den Vorteil, dass der abstehende Schenkel bevorzugt entlang seiner Längserstreckung bewegt und auch belastet wird und zudem die auf die Kontaktfeder wirkende Kraft tangential und somit lediglich zur Auslenkung der Kontaktfeder dienend, an der Kontaktfeder anliegt. Anteile der Kraft, die entlang der Längserstreckung der Kontaktfeder wirken, können somit minimiert oder gänzlich vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes ist der abstehende Schenkel an einem distal von einer Biegestelle gelegenen Ende mit dem Anker verbunden. Der abstehende Schenkel überbrückt somit einen Abstand zwischen dem Anker und der Kontaktfeder, welcher beispielsweise für weitere Bauelemente benötigt werden kann. Denkbar ist zum Beispiel, dass sich innerhalb des vom Schenkel überbrückten Abstandes ein fester Gegenkontakt angeordnet ist, der durch die schaltbare Kontaktfeder kontaktiert werden kann.
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Die Biegestelle der Kontaktfeder ist somit als Angriffspunkt der vom Anker auf den Schenkel übertragenen Kraft anzusehen, mit welcher die Kontaktfeder in die gewünschte Schaltstellung bewegt wird.
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Das distal von der Biegestelle gelegene Ende kann eine oben beschriebene Öffnung aufweisen, in die der Ausleger des Ankers eingehängt werden kann.
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Die Biegestelle kann sich bevorzugt in der Nähe eines elektrischen Kontaktbereiches befinden, mittels dem die Kontaktfeder einen festen Kontakt des elektrischen Schaltelementes elektrisch kontaktiert.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes liegt mindestens eine Schaltrichtung der mindestens einen Kontaktfeder und mindestens eine Drehrichtung des Ankers im Wesentlichen in einer gemeinsamen, senkrecht zur Drehachse orientierten Ebene. Dies hat den Vorteil, dass das elektrische Schaltelement mit einer geringen Höhe ausgestaltet werden kann. Die Spulenanordnung und die mindestens eine Kontaktfeder sind dabei bevorzugt nebeneinander angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die mindestens eine Schaltrichtung der mindestens einen Kontaktfeder in einer Ebene liegen, die sich von der Ebene der mindestens einen Drehrichtung des Ankers unterscheidet und zu letzterer entlang der Drehachse parallelverschoben ist. In einem solchen Aufbau können die Spulenanordnung und die mindestens eine Kontaktfeder entlang einer parallel zur Drehachse verlaufenden Richtung übereinander angeordnet sein.
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Der Schenkel der Kontaktfeder kann bei einer solchen Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes parallel zur Drehachse des Ankers von der Kontaktfeder abstehen. Diese Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes mit übereinander angeordneter Kontaktfeder und Spulenanordnung ist jedoch für größere Kräfte ungeeignet, da eine Orientierung des Schenkels senkrecht zur Schaltrichtung der Kontaktfeder und senkrecht zur Drehrichtung des Ankers sowohl in die Kontaktfeder, als auch in den Ausleger des Ankers Querkräfte einbringt, die, zum Beispiel durch ein Verklemmen des Ankers, die Funktion des elektrischen Schaltelementes beeinträchtigen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes ist der abstehende Schenkel an einer Überhubfeder der Kontaktfeder vorgesehen. Die Kontaktfeder kann als Federpaket betrachtet werden, welches mindestens zwei Teilfedern und eine Überhubfeder umfasst. Letztere gewährleistet einen Überhub des Kontaktelementes, das heißt, dass die Überhubfeder auch nach dem Kontaktieren der Kontaktbereiche, die in Form von Kontaktkuppen an der Kontaktfeder und/oder dem festen Kontakt ausgestaltet sein können, weiter in Schaltrichtung beweglich und auslenkbar ist. Durch diese Maßnahmen kann ein unvermeidlicher Abbrand der Kontaktbereiche ausgeglichen und eine elektrische Kontaktierung eines beweglichen Kontaktelements der Kontaktfeder und eines festen Kontaktelementes stets sichergestellt werden.
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Der Schenkel kann nach dem Kontaktieren der Kontaktfeder des festen Kontaktelementes lediglich die Überhubfeder weiter auslenken, wohingegen beim Öffnen der elektrischen Verbindung zwischen Kontaktfeder und festem Kontaktelement sowohl die Überhubfeder, als auch die mindestens eine weitere Teilfeder des Federpakets in die Gegenschaltrichtung, d.h. in Öffnungsrichtung auslenken. Das Federpaket kann eine richtungsabhängige Steifigkeit aufweisen, welche im Falle des Festbrennens der Kontaktbereiche der Kontaktfeder und des festen Kontaktelementes ein Lösen der festgebrannten Kontaktbereiche erleichtern kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes weist der Ausleger an seinem distal vom Anker liegenden Ende einen Anschlag auf, welcher die Bewegung des Schenkels weg vom Anker begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass die bewegungsübertragende Verbindung zwischen dem Ausleger und dem Schenkel nicht versehentlich gelöst werden kann. In einem Montagezustand des elektrischen Schaltelementes, d.h. im zusammengebauten Zustand, sind somit der Ausleger des Ankers und der Schenkel der Kontaktfeder unlösbar miteinander verbunden. Lediglich beim Ausbau der Komponenten des elektrischen Schaltelementes unter Befolgung der dazu notwendigen Demontageschritte kann die bewegungsübertragende Verbindung zwischen dem Schenkel und dem Ausleger gelöst werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch ein Aushängen des Schenkels aus dem Ausleger, wofür eine Verkippung der Kontaktfeder um die Längsachse des Schenkels notwendig sein kann. Eine solche Verkippung tritt im Allgemeinen im Betrieb des elektrischen Schaltelementes nicht auf, sodass ein derartiges Lösen der bewegungsübertragenden Verbindung zwischen Ausleger und Schenkel im zusammengebauten Zustand des elektrischen Schaltelementes nicht auftritt.
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Eine mögliche Bewegung des Schenkels im Wesentlichen entlang der Längserstreckung des Auslegers kann zudem auch in einer auf den Anker weisenden Richtung limitiert sein. Dazu ist in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes ein weiterer Anschlag vorgesehen. Dieser begrenzt die Bewegung des Schenkels hin zum Anker und kann bevorzugt zwischen dem Anschlag und dem Anker angeordnet sein.
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Da die Bewegung des Auslegers auf einer Kreisbahn erfolgt, können die auf den Schenkel übertragenen Kräfte abschnittsweise und insbesondere in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Auslegers zur Drehachse entlang des Auslegers gerichtet sein. Diese im Wesentlichen senkrecht zur Schaltrichtung der Kontaktfeder gerichteten Querkräfte können dazu führen, dass der Schenkel entlang des Auslegers verschoben wird bzw. verrutscht.
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Diese Auslenkung des Schenkels kann vom Anker weg durch den Anschlag und zum Anker hin durch den weiteren Anschlag begrenzt werden. Somit kann ein sich zwischen dem Anschlag und dem weiteren Anschlag befindlicher Bereich des Auslegers in die Öffnung des Schenkels aufgenommen sein, wobei der Schenkel zwischen dem Anschlag und dem weiteren Anschlag des Auslegers ein Spiel aufweisen kann. Das Spiel zwischen dem Anschlag und dem weiteren Anschlag ermöglicht es, den Ausleger ohne möglicherweise schädliche Krafteinwirkung in den Schenkel der Kontaktfeder einzuhängen.
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Der Anschlag und/oder der weitere Anschlag können als monolithischer Teil des Auslegers ausgestaltet sein, zum Beispiel als monolithische Nase bzw. Ausbuchtung, die sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Auslegers und im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Schenkels erstrecken kann.
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Der weitere Anschlag kann eine monolithisch ausgestaltete Kante bzw. Stufe des Auslegers sein, die sich ebenso senkrecht zu den Längserstreckungen des Auslegers und des Schenkels erstrecken kann. Der Anschlag und/oder der weitere Anschlag haben ferner den Vorteil, dass die in einer Betätigungsebene vom Ausleger über den Schenkel in das Federelement eingebrachte Kraft im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Die Anschläge verhindern, dass der Schenkel näher zum bzw. weiter weg vom Anker rutscht und das Hebelverhältnis des Auslegers verändert. Ferner wird durch die Anschläge sichergestellt, dass eine durch den Ausleger auf die Kontaktfeder übertragene Auslenkung durch ein Verrutschen nicht verringert wird, sodass in der Offenstellung der Kontaktfeder stets ein vorbestimmter definierter Kontaktabstand gewährleistet werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes entspricht ein entlang des Auslegers gemessener Abstand zwischen dem Anschlag und dem weiteren Anschlag dem Zwei- bis Zehnfachen einer entlang der Längserstreckung des Auslegers gemessenen Dicke des Schenkels. Ein solch gewählter Abstand zwischen den Anschlägen hat den Vorteil, dass der Schenkel der Kontaktfeder ohne möglicherweise schädliche Krafteinwirkung in den Ausleger eingehängt werden kann. Ferner ermöglicht ein gewisses Spiel des eingehängten Schenkels, dass auf den Anker wirkende Querkräfte nicht vollständig über den Ausleger auf den Anker wirken, sondern zumindest partiell in einer Verschiebung des Schenkels resultieren. So kann ein Schenkel beispielsweise eine Materialdicke von 0,25 mm aufweisen und der Abstand zwischen den Anschlägen 1 mm betragen. In einer solchen Ausgestaltung hat der in den Ausleger eingehängte Schenkel ein Spiel von 0,75 mm.
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In einer weiteren Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes ist der Anker im Wesentlichen bistabil ausgestaltet. Die bistabile Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zwei auch im stromlosen Zustand des elektrischen Schaltelementes stabile Zustände des Ankers vorhanden sind. In beiden Zuständen wird zur Beibehaltung besagter Zustände keine Energie verbraucht, lediglich das Schalten von einem Zustand in den anderen Zustand benötigt elektrische Energie. In beiden stabilen Zuständen hält ein Permanentmagnet den Anker im jeweiligen Schaltzustand.
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Auf einfache Weise, zum Beispiel durch zusätzliche Trennbleche auf den Polflächen der Joche kann mit dieser Bauart auch ein monostabiles Relais abgebildet werden. Die Trennbleche können in der entsprechenden Schaltstellung als Luftspalt wirken und somit das Magnetsystem schwächen, was ein Rücksetzen des Relais durch die Federkraft ermöglicht. Die stabile Schaltposition wird durch die Federkraft, die andere, instabile Schaltposition durch die Spulenenergie aufrechterhalten.
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Im Folgenden wird mit Bezug zu den angehängten Zeichnungen die Erfindung anhand beispielhafter jeweils für sich vorteilhafter Ausgestaltungen näher beschrieben. Gleiche technische Merkmale sowie technische Merkmale mit der gleichen technischen Wirkung werden dabei der Übersichtlichkeit halber mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 elektrisches Schaltelement aus dem Stand der Technik;
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2 eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes in Offenstellung in einer Draufsicht;
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3 das elektrische Schaltelement der 2 in perspektivischer Ansicht;
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4 das elektrische Schaltelement der 2 und 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht und Detailansicht;
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5 eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes in Geschlossenstellung in perspektivischer Ansicht;
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6 das elektrische Schaltelement der 5 in einer Draufsicht;
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7 das elektrische Schaltelement der 5 und 6 in einer weiteren perspektivischen Ansicht und Detailansicht;
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8 die erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes in Geschlossenstellung in perspektivischer Ansicht;
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9 das elektrische Schaltelement der 8 in einer Draufsicht;
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10 das elektrische Schaltelement der 8 und 9 in einer weiteren perspektivischen Ansicht.
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Die 1 zeigt ein elektrisches Schaltelement 1 aus dem Stand der Technik in einer Draufsicht 3. Das elektrische Schaltelement 1 ist als Relais 5 oder Schütz 7 ausgestaltet und umfasst eine Spulenanordnung 9, die in einem Antriebsabschnitt 11 angeordnet ist. An den Antriebsabschnitt 11 schließt sich ein Übertragungsabschnitt 13 und ein Kontaktabschnitt 15 an.
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Die im Antriebsabschnitt 11 befindliche Spulenanordnung 9 umfasst eine Spule 17, die von Steuer- und Versorgungsleitungen 19 mit Strom versorgt bzw. gesteuert wird, sowie einen Anker 21, der als Drehanker 23 ausgestaltet ist und um eine Drehachse 25 drehbar ist.
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Der Anker 21 weist einen verlängerten Fortsatz 32 auf, der zu einem Ausleger 31 verlängert ist. Ein Joch 22 ist in 1 verdeckt (siehe 2 bis 10).
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Der verlängerte Fortsatz 32 kann ein verlängertes Ankerblech 27 sein. Die 1 zeigt zwei Ankerbleche 27, von denen lediglich das obere Ankerblech 27 sichtbar ist. Zwischen den Ankerblechen 27 ist ein Permanentmagnet 29 angeordnet.
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Der als verlängertes Ankerblech 27 ausgestaltete Fortsatz 32 weist somit einen mit dem Ankerblech 27 monolithisch ausgestalteten Ausleger 31 auf, welcher sich bei Rotation des Ankers 21 um die Drehachse 25 mit diesem mit bewegt.
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Der Ausleger 31 ist mit einem Kopplungselement 33 bewegungsübertragend verbunden, sodass eine Schwenkbewegung 35 des Auslegers 31 um die Drehachse 25 in eine Linearbewegung 37 des Kopplungselementes 33 umgesetzt wird. Die Schwenkbewegung umfasst eine erste Drehrichtung 35a und eine zweite Drehrichtung 35b.
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Das Kopplungselement 33 erstreckt sich vom Antriebsabschnitt 11 über den Übertragungsabschnitt 13 bis in den Kontaktabschnitt 15 und überträgt die Schwenkbewegung 35 des Auslegers 31 in Form einer Linearbewegung 37 auf eine Kontaktfeder 39 des Kontaktabschnittes 15.
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Das Kopplungselement 33 ist im Wesentlichen senkrecht zum Ausleger 31 und senkrecht zur Kontaktfeder 39 orientiert. An jeweiligen Befestigungsstellen 41 ist der Ausleger 31 bzw. die Kontaktfeder 39 am Kopplungselement 33 bewegungsübertragend befestigt.
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Die Kontaktfeder 39 ist an einem Befestigungsende 43 mit einem Lastkontakt 45 fest verbunden, wohingegen ein distal zum Befestigungsende 43 gelegenes freies Ende 47 mittels des Kopplungselementes 33 entlang einer Schaltrichtung 49 bzw. einer Öffnungsrichtung 51 auslenkbar ist.
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Das elektrische Schaltelement 1 der 1 ist in einer Offenstellung 53 gezeigt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein bewegliches Kontaktelement 55 und ein am weiteren Lastkontakt 45 befestigtes festes Kontaktelement 57 einen Kontaktabstand 59 zueinander aufweisen.
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Die festen und beweglichen Kontaktelemente 55, 57 sowie die Kontaktfeder 39a stellen eine Kontaktanordnung 16 dar.
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Im Folgenden wird eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 beschrieben. Diese ist in den 2–4 und 8–10 in unterschiedlichen Ansichten gezeigt, wobei sich das elektrische Schaltelement 1 in den 2–4 in der Offenstellung 53 befindet und in den 8–10 in einer Geschlossenstellung 61.
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Das erfindungsgemäße elektrische Schaltelement 1 umfasst ebenso einen Antriebsabschnitt 11 mit einer Spulenanordnung 9, einen Übertragungsabschnitt 13 und einen Kontaktabschnitt 15.
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Die Spule 17 wird über in einem Anschlussstecker 63 aufgenommene Steuer- und Versorgungsleitungen 19 versorgt und angesteuert.
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Auch der Anker 21 des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 weist den zum Ausleger 31 verlängerten Fortsatz 32 auf, der mitsamt dem Anker 21 um die Drehachse 25 die Schwenkbewegung 35 durchführt. Der Anker 21 wird abschnittsweise vom Joch 22 umschlossen. Die Schwenkbewegung 35 ist jeweils nur in den 2, 3 und 9 eingezeichnet und kann auf die weiteren Figuren übertragen werden.
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In 3 ist zudem eine Polfläche des Jochs 22a gezeigt, an welcher zur Ausgestaltung eines monostabilen elektrischen Schaltelements Trennbleche zur Schwächung des Magnetsystems vorgesehen sein können. In den Figuren sind Trennbleche und ein solches mögliches monostabiles elektrisches Schaltelement nicht gezeigt.
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Das erfindungsgemäße elektrische Schaltelement 1 weist ebenso eine Kontaktfeder 39 auf, die in den gezeigten Figuren als Federpaket 65 ausgestaltet ist. Das Federpaket 65 umfasst eine Überhubfeder 39a und in der gezeigten Ausgestaltung zwei Teilfedern 39b.
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Auch im erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelement 1 ist die Kontaktfeder 39 im Wesentlichen parallel zum Ausleger 31 orientiert, wobei in den gezeigten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 die Schaltrichtung 49 und Öffnungsrichtung 51 entgegengesetzt zu jenen der Lösung des Standes der Technik der 1 orientiert sind. Sowohl im Stand der Technik als auch im erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelement führt die erste Drehrichtung 35a zu einer Bewegung der Kontaktfeder in Schaltrichtung 49 und die zweite Drehrichtung 35b zu einer Bewegung in Öffnungsrichtung 51.
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Die Überhubfeder 39a des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 umfasst eine Biegestelle 67 an welcher die Kontaktfeder 39 in einem Winkel 69 umgebogen ist, welcher im Wesentlichen 90° beträgt, wobei eine Verlängerung 71 der Überhubfeder 39a einen Schenkel 73 ausbildet, der von der Kontaktfeder 39 im Winkel 69 absteht.
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Der Schenkel 73 ist an der Befestigungsstelle 41 in den Ausleger 31 eingehängt, sodass die Schwenkbewegung 35 des Auslegers 31 in die Linearbewegung 37 des Schenkels 73 übertragen wird, welcher über die Biegestelle 67 die Kontaktfeder 39 auslenkt.
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Das erfindungsgemäße elektrische Schaltelement 1 weist somit kein Kopplungselement 33 (siehe 1) auf, sodass auf eine in 1 nicht näher beschriebene Führung des Kopplungselementes 33 und auf das Kopplungselement 33 selbst verzichtet werden kann. Dies verringert die aufzuaddierenden Toleranzen des elektrischen Schaltelementes 1.
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Wie in den Lösungen des Standes der Technik (1) sind das bewegliche Kontaktelement 55 und das feste Kontaktelement 57 in der Offenstellung 53 voneinander im Kontaktabstand 59 beabstandet, sodass die Lastkontakte 45 nicht elektrisch miteinander verbunden sind.
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Die in den 2–4 und 8–10 gezeigte erste Ausgestaltung und die zweite Ausgestaltung der 5–7 des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 weisen einen Anschlag 75 auf, der am vom Anker 21 distalen Ende des Auslegers 31 angeordnet ist und sich entlang einer Höhenrichtung 77 (siehe 3), d.h. senkrecht zur Schaltrichtung 49 und zur Öffnungsrichtung 51 weg vom Ausleger 31 erstreckt.
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Der Anschlag 75 ist somit senkrecht zu einer Ebene 79 orientiert, welche von der Schaltrichtung 49 und einer Längserstreckung 81 der Kontaktfeder 39 bzw. des Auslegers 31 aufgespannt wird und die Schwenkbewegung 35 enthält. Die Ebene 79 ist lediglich in 3 im Bereich der Kontaktfeder 39 angedeutet.
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Der Anschlag 75 des elektrischen Schaltelementes 1 ist in den 2–10 als monolithische Nase 89 ausgestaltet.
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Die in den 2–4 und 8–10 gezeigte erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 weist ferner einen weiteren Anschlag 83 auf, der in einer Vergrößerung 85 der 4 gut zu erkennen ist. Der in der Vergrößerung 85 gezeigte weitere Anschlag 83 ist in Form einer Stufe 87 ausgestaltet, welche den Ausleger 31 entgegen seiner Längserstreckung 81 in Richtung des Ankers 21 gesehen in einer Richtung entgegen der Höhenrichtung 77 vergrößert.
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Zwischen dem Anschlag 75 und dem weiteren Anschlag 83 besteht ein Abstand 91, der größer ist als eine in Längserstreckung 81 des Auslegers 31 bzw. der Kontaktfeder 39 gemessene Dicke 93 des Schenkels 73. Dies ist in der Vergrößerung 85 der 4 dargestellt.
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In den 5–7 ist eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 in der Geschlossenstellung 61 gezeigt.
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Die zweite Ausgestaltung unterscheidet sich zur ersten Ausgestaltung dahingehend, dass der Ausleger 31 des Ankers 21 zwar den Anschlag 75 aufweist, jedoch kein weiterer Anschlag 83 vorgesehen ist.
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Die Offenstellung 53 ist für die zweite Ausgestaltung nicht gezeigt, ist aber ähnlich der Offenstellung 53 der ersten Ausgestaltung des elektrischen Schaltelementes 1. In der Offenstellung 53 kann eine Bewegung des Schenkels 73 zwar in Längserstreckung 81 des Auslegers 31 begrenzt werden, bei einer Betätigung des Ankers 21 bzw. der Kontaktfeder 39 in Schaltrichtung 49 kann der Schenkel 73 jedoch um die Befestigungsstelle 41 um ein Spiel 95 entlang des Auslegers 31 verrutschen. Dies ist in der Vergrößerung 85 der 7 dargestellt.
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Somit kann es bei der zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 dazu kommen, dass ein vorgesehener Angriffspunkt 97 der vom Anker 21 über den Ausleger 31 auf den Schenkel 73 ausgeübten vorgesehenen Kraft 99 zu einem tatsächlichen Angriffspunkt 101 verschoben wird, sodass die vorgesehene Kraft 99 geringer ist als eine tatsächliche Kraft 103, welche auf den Schenkel 73 wirkt. Dies ist im Schema 105 dargestellt.
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Bereits der vergrößerte Krafteintrag in den Schenkel 73 kann unerwünscht sein, sodass bevorzugt auf die erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 zurückgegriffen werden kann. Invers zur Veränderung der Kraft 99, 103 verhält sich die Veränderung eines Auslenkweges 107, um den der Ausleger 31 mit dem jeweiligen Angriffspunkt 97, 101 in Schaltrichtung 49 oder Öffnungsrichtung 51 auslenkbar ist. Im vorgesehen Angriffspunkt 97 kann ein erster Auslenkweg 109 erreicht werden, während im tatsächlichen Angriffspunkt 101 lediglich ein geringerer zweiter Auslenkweg 111 erreicht werden kann.
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Ferner bewirkt das Verrutschen des Schenkels 73 entgegen der Längserstreckung 81 des Auslegers 31, dass der Schenkel 73 einen Winkel 69 zur Kontaktfeder 39 einnimmt, der kleiner als 90° ist.
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In den 8–10 ist erneut die erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelementes 1 gezeigt, wobei in der gezeigten Geschlossenstellung 61 der Schenkel 73 nicht entlang des Auslegers 31 in Richtung Anker 21 verrutscht ist. Der Schenkel 73 liegt am weiteren Anschlag 83 an und kann somit nicht weiter in Richtung Anker 21 verrutschen. Dies ist in der Vergrößerung 85 der 10 dargestellt.
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Durch das Blockieren des Schenkels 73 in Richtung des Ankers 21 kommt es allerdings zur Übertragung einer Querkraft 113, die vom Schenkel 73 auf den Ausleger 31 entgegen der Längserstreckung 81 des Auslegers wirkt. Diese kann über den Ausleger 31 und die Ankerplatte 27 auf die Drehachse 25 übertragen werden.
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Im Allgemeinen beeinflussen weder ein Verrutschen des Schenkels, noch die Querkraft 113 die Funktionsweise des elektrischen Schaltelementes 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrisches Schaltelement
- 3
- Draufsicht
- 5
- Relais
- 7
- Schütz
- 9
- Spulenanordnung
- 11
- Antriebsabschnitt
- 13
- Übertragungsabschnitt
- 15
- Kontaktabschnitt
- 16
- Kontaktanordnung
- 17
- Spule
- 19
- Steuer- und Versorgungsleitungen
- 21
- Anker
- 22
- Joch
- 22a
- Polfläche des Jochs
- 23
- Drehanker
- 25
- Drehachse
- 27
- Ankerblech
- 29
- Permanentmagnet
- 31
- Ausleger
- 32
- Fortsatz
- 33
- Kopplungselement
- 35
- Schwenkbewegung
- 35a
- erste Drehrichtung
- 35b
- zweite Drehrichtung
- 37
- Linearbewegung
- 39
- Kontaktfeder
- 39a
- Überhubfeder
- 39b
- Teilfeder
- 41
- Befestigungsstelle
- 43
- Befestigungsende
- 45
- Lastkontakt
- 47
- freies Ende
- 49
- Schaltrichtung
- 51
- Öffnungsrichtung
- 53
- Offenstellung
- 55
- bewegliches Kontaktelement
- 57
- festes Kontaktelement
- 59
- Kontaktabstand
- 61
- Geschlossenstellung
- 63
- Anschlussstecker
- 65
- Federpaket
- 67
- Biegestelle
- 69
- Winkel
- 71
- Verlängerung
- 73
- Schenkel
- 75
- Anschlag
- 77
- Höhenrichtung
- 79
- Ebene
- 81
- Längserstreckung
- 83
- weiterer Anschlag
- 85
- Vergrößerung
- 87
- Stufe
- 89
- monolithische Nase
- 91
- Abstand
- 93
- Dicke
- 95
- Spiel
- 97
- vorgesehener Angriffspunkt
- 99
- vorgesehene Kraft
- 101
- tatsächlicher Angriffspunkt
- 103
- tatsächliche Kraft
- 105
- Schema
- 107
- Auslenkweg
- 109
- erster Auslenkweg
- 111
- zweiter Auslenkweg
- 113
- Querkraft
