DE3224013A1 - Elektromagnetisches relais - Google Patents

Description

• Elektromaqnetisches Relais
• Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit einer Erregerspule und einem langgestreckten, einseitig gelagerten Anker, der sich im wesentlichen parallel zur Spulenachse erstreckt und an dem zumindest eine Kontaktfeder isoliert befestigt ist, welche sich parallel zum Anker erstreckt und mit ihrem freien Ende jeweils mit mindestens einem Gegenkontaktelement zusammenwirkt, wobei der stabförmige Anker mit einem Ende über einen isolierenden Träger an einem ersten Spulenflansch gelagert ist und wobei die im Träger befestigten Kontaktfedern sich außerhalb der Spule erstrecken und jeweils über ein flexibles, elektrisch leitendes Verbindungselement mit je einem in einem Grundkörper verankerten Anschlußelement verbunden sind, insbesondere nach Patent (Aktenzeichen P 31 32 239.5).
• Das Relais nach dem Hauptpatent besitzt also einen Anker, der über sein Trägerelement unmittelbar mit den beweglichen Kontaktfedern verbunden ist. Der Anker ist dabei an einem Spulenflansch über ein Schneiden- oder Zapfen lager gelagert, während die Gegenkontaktelemente ebenso wie die Anschlußelemente für die beweglichen Kontaktfedern in einem Grundkörper verankert sind. Zur elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußelementen und den am beweglichen Anker befestigten Kontaktfedern dienen nach den Ausführungsbeispielen des Hauptpatents flexible Leiterelemente, beispielsweise Litzen oder auch einfach gestaltete Bandfedern. Auf den Anker wirken also dort außer den Kräften des Magnetsystems lediglich die Kräfte der Kontaktfedern. Vielfach ist es jedoch erwünscht, zusätzlich zu den Kontaktfederkräften einstellbare Federkräfte auf den Anker einwirken zu lassen, um eine bessere Anpassung von Federkräften einerseits und Magnetsystemkräften andererseits vornehmen zu können. Außerdem muß bei den Ausführungsbeispielen des Hauptpatents jeweils eine zusätzliche Maßnahme vorgesehen werden, um den Anker in seinem Lager am Spulenflansch zu halten, beispielsweise mit einer zusätzlichen Lagerfeder oder mit einem zusätzlich am Spulenflansch ausgebildeten Rastmechanismus.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Relais nach dem Hauptpatent so weiterzubilden, daß ohne zusätzliche Teile eine bessere Einstellmöglichkeit für die am Anker angreifenden Kräfte geschaffen wird und daß gleichzeitig zusätzliche Haltemaßnahmen für den Anker entfallen können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Relais der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Verbindungselement zwischen beweglicher Kontaktfeder und Anschlußelement jeweils durch elastische Vorspannung Kraftkomponenten in zwei unterschiedlichen Richtungen auf den Anker ausübt, wobei der Anker durch die erste Kraftkomponente in Richtung seiner Schaltbewegung vorgespannt und durch die zweite Kraftkomponente im Lager gehalten wird.
• Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Verbindungselemente erhält man ohne zusätzliche Teile eine weitere Einstellmöglichkeit für die am Anker angreifenden Kräfte, insbesondere eine bessere Anpassungsmöglichkeit der auftretenden Federkräfte an die Charakteristik des Magnetsystems. Damit kann die Schaltcharakteristik des Ankers sowohl bistabil als auch monostabil gemacht werden, insbesondere kann durch diese Maßnahme aber auch die Lebensdauer des Relais erhöht werden, da durch die zusätzlichen Federkräfte die Schaltsicherheit bei einem Abbrand der Kontaktoberflächen verbessert wird. Schließlich wird durch die erwähnte zweite Kraftkomponente der Verbindungslemente auch der Anker in das Lager gezogen bzw.
• vorgespannt, so daß eine zusätzliche Lagerfeder bzw. ein entsprechendes Halteelement nicht erforderlich ist.
• Zweckmäßigerweise besitzt jedes Verbindungselement zumindest zwei zueinander senkrecht stehende elastische Abschnitte, welche damit um verschiedene Achsen biegbar sind, so daß auf einfache Weise die zwei unterschiedlichen Kraftkomponenten für den Anker realisiert werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zu beiden Seiten des Ankers je ein Verbindungselement angeordnet, wobei sich deren Kraftkomponenten summieren.
• Die Verbindungselemente können in bevorzugter Ausführungsform durch ein Federband gebildet sein, welches durch Abbiegen bzw. Abkröpfen mindestens zwei in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegende Abschnitte aufweist. In einer anderen A sführungsform können die Verbindungselemente aber auch jeweils durch eine Drahtfeder gebildet sein. Je nach sonstiger Konstruktion des Relais und der relativen Lage der Kontaktfedern am Anker einerseits und der Anschlußelemente am Grundkörper andererseits können die Verbindungselemente verschieden geformt sein. Sie können beispielsweise U-förmig, Z-förmig oder auch mäander- bzw. spiralenförmig gebogen sein.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 in Aufsicht die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Relais; Fig. 2 einen Anker mit Kontaktfedern und Verbindungselementen Fig. 3 ein Diagramm für den Kraftwegverlauf von Magnetsystem und Federkräften eines erfindungsgemäßen Relais; Fig. 4 und 5 zwei verschiedene Ausführungsformen für Verbindungselemente mit einer Bandfeder; Fig. 6 eine Ausführungsform mit einer Drahtfeder.
• In Fig. 1 ist schematisch eine Sicht von oben auf ein erfindungsgemäßes Relais gezeigt. Auf einem nicht dargestellten Grundkörper ist ein Spulenkörper 1 mit einer Wicklung 2 angeordnet, in deren Innerem etwa axial ein stabförmiger Anker 3 angeordnet ist. Dieser Anker 3 ist mit einem Ende in einem Träger 4 befestigt, während er mit seinem anderen Ende zwischen zwei Polblechen 5 und 6 Schaltbewegungen ausführt. Die Polbleche sind in der im Hauptpatent näher erläuterten Weise mit einem Dauermagneten gekoppelt.
• Der Träger 4 besitzt an der Oberseite und an der Unterseite je einen Lagerzapfen 7, der jeweils in einer am Spulenkörperflansch 1a ausgebildeten Lagerschale 8 liegt und eine Drehbewegung des Ankers um die Achse der Lagerzapfen 7 ermöglicht. Außerdem sind im Träger zu beiden Seiten der Spule bzw. des Ankers Kontaktfedern 9 befestigt, welche mit ihren freien Enden 9a zwischen jeweils zwei Gegenkontaktelementen 10 und 11 liegen und mit diesen je nach Ankerstellung Kontakt geben. Die Gegenkontaktelemente 10 und 11 sind jeweils in dem nicht dargestellten Grundkörper verankert. Außerdem sind im Grundkörper Anschlußelemente 12 für die beweglichen Kontaktfedern 9 verankert, und über flexible Verbindungselemente mit der jeweils zugehörigen Kontaktfeder 9 verbunden. Diese Verbindungselemente sind elastisch und in einer Weise vorgespannt, daß sie über die Kontaktfedern 9 jeweils zwei Kraftkomponenten auf den Anker ausüben, nämlich eine erste Kraftkomponente in Richtung der Schaltbewegung, die durch den Doppelpfeil 14 angedeutet ist, und eine zweite Kraftkomponente in Richtung des Pfeiles 15, durch welche der Anker ohne zusätzliche Lagerfedern oder Halteelemente in die Lagerschalen 8 vorgespannt wird.
• Fig. 2 zeigt einen Anker mit Kontaktfedern und einem Verbindungselement in perspektivischer Darstellung. Der Anker 3 ist im Träger 4 durch Einstecken oder Einbetten befestigt, welcher wie in Fig. 1 mit Lagerzapfen 7 (nur der obere sichtbar) versehen ist. Die Kontaktfedern 9 sind ebenfalls durch Einstecken oder Einbetten oder auf sonstige Weise im Träger 4 verankert. Über das Verbindungselement 13 ist die jeweilige Kontaktfeder 9 mit ihrem zugehörigen Anschlußelement 12 elektrisch verbunden. Damit das Verbindungselement 13, das in dem Beispiel durch eine mehrfach gebogene und gewinkelte Bandfeder gebildet wird, die erwähnten Kraftkomponenten auf den Anker ausüben kann, weist es zwei in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegende Abschnitte 16 und 17 auf. Der Abschnitt 16 gestattet eine elastische Biegung und Speicherung von Kräften in einer Richtung, die der Schaltbewegung des Ankers entspricht, also einer Drehbewegung um die durch den Lagerzapfen 7 gehende Drehachse. Der Abschnitt 17 ermöglicht dagegen eine elastische Biegung bzw. eine elastische Vorspannung in Richtung der Ankerlängsachse.
• Durch eine entsprechende Vorspannung des Abschnitts 17 wird also der Anker in das Lager gezogen.
• Fig. 3 zeigt anhand eines Kraft-Weg-Diagramms die Wirkung der ersten Kraftkomponente, also der Komponente in Richtung des Pfeiles 14 in Fig. 1. Dabei ist entlang der Abszisse der Weg s und in Richtung der Ordinate jeweils die Kraft P aufgetragen. Ausgehend vom Nullpunkt kann also der Anker nach beiden Seiten jeweils einen Weg bis zum Punkt +H bzw. -H zurücklegen, welche jeweils dem Anschlag an einem Polblech entspricht. Die Kurve Mi bezeichnet dabei den Verlauf der Kraft des Magnetsystems entlang der Ankerbewegung von -H bis +H, und zwar die reine Dauermagnetkraft ohne zusätzliche Erregung. Die Kurve F1 bezeichnet dagegen den Verlauf der Federkraft, der allein durch die Kontaktfedern 9 (Fig. 1) erzeugt wird. Diese Federkraft F1 wirkt in Wirklichkeit der Dauermagnetkraft M1 entgegen. In Fig. 3 sind jedoch beide Kräfte auf der gleichen Seite der Abszisse gezeichnet, um ihre Größenverhältnisse besser vergleichen zu können.
• Befindet sich also der Anker in der einen Endlage, die dem Punkt -H entspricht, so wird der Anker durch die Dauermagnetkraft M1, die in diesem Punkt wesentlich größer ist als die Federkraft F1, festgehalten. Um den Anker zum Umschalten zu bringen, muß also die Magnetkraft durch eine entgegengesetzte Erregung soweit herabgesetzt werden, daß sie kleiner ist als die entgegenwirkende Federkraft. Durch eine entsprechende Erregung wird also eine Magnetkraft erzeugt, die der Kurve M2 entspricht. Diese Magnetkraft M2 liegt also unterhalb der Federsatzkurve Fl. Wichtig ist, daß sie im Bereich der Ankerstellung -H unterhalb der Federkurve F1 liegt, so daß der Anker abheben kann. Rechts vom Nullpunkt überwiegt die nunmehr negative Magnetkraft die ebenfalls negative Federsatzkraft, so daß der Anker an die andere Endlage angezogen wird. Da in diesem Bereich von +H bereits die Kurve Mi (Null-Erregung) die Federsatzkurve F1 überwiegt, bleibt der Anker auch nach Abschaltung der Erregung in dieser Lage haften.
• Die Federsatzkurve F1 ist ausgehend vom Nullpunkt, zunächst 0 bis zum Punkt A, da die Kontaktfedern 9 (siehe Fig. 1) in der Mittelstellung des Ankers ihre Gegenkontaktelemente nicht berühren und damit kräftefrei sind.
• Erst wenn im Punkt A die Gegenkontaktelemente an der einen oder an der anderen Seite berührt werden, steigt die Federsatzkurve F1 entsprechend der Federkennlinie an.
• Wird aber nun infolge von Abbrand an den Kontaktstellen der Kontaktfederweg bis zur Berührung eines Gegenkontakw tes größer, so verschiebt sich der Beginn der Steigung für die Federsatzkurve F1 nach außen in Richtung auf den Punkt H bzw. -H. Sind also die Kontakte soweit abgebrannt, daß die Federkurve F1 erst im Punkt B anzusteigen beginnt, so liegt in diesem Bereich die Federsatzkurve Fi unterhalb der Magnetkraftkurve M2, wenn die vorher eingestellte Erregung gleich geblieben ist. Das würde bedeuten, daß die eingestellte Gegenerregung nicht mehr ausreicht, um zusammen mit der Federkraft der Kontaktfedern den Anker aus der Endlage zu bewegen und umzuschalten.
• Verwendet man aber zusätzlich die Federkraftkomponente des Verbindungselementes 13, so ergibt sich durch dieses Verbindungselement die mit der Kurve F2 dargestellte zusätzliche Kraftkomponente, die sich mit der Federkraft F1 summiert. Somit wirkt nunmehr die Summenkurve F3 der Kräftekurve des Magnetsystems M1 bzw. M2 entgegen. Ein Kontaktabbrand würde sie. erst im Punkt C schädlich auswirken. Das bedeutet eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer des Relais.
• Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist es durch die zusätzliche Federkraftkomponente der Verbindungselemente 13 möglich, für die Federkraft auch im Bereich der Ankermittellage einen Anstieg zu erzeugen. Dadurch kann die Federsatzkurve insgesamt besser an die Kraftkurve des Magnetsystems angepaßt werden. Da das Magnetsystem in seiner Erregung immer für den ungünstigsten Fall dimensioniert werden muß, kann somit die Überdimensionierung des Magnetsystems bei Verwendung der erfindungsgemäBen Verbindungselemente geringer ausfallen als ohne diese. Das Magnetsystem bzw. die Erregung kann also kleiner ausgelegt werden.
• In den folgenden Figuren sind einige Ausführungsformen für Verbindungselemente dargestellt. So zeigt Fig. 4 eine Bandfeder 18, die mit einem Ende 18a an der Kontaktfeder 9 und mit dem anderen Ende 18b am Anschlußelement 12 befestigt ist, beispielsweise durch Punktschweißen oder durch Löten. Das Verbindungselement ist mehrfach abgebogen und gewinkelt und bildet so zwei flexible Abschnitte 19 und 20, welche in aufeinander senkrecht stehenden Ebenen liegen und dadurch eine Vorspannung in Richtung der zwei erwüns.chten Kraftkomponenten ermöglichen.
• Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Befestigungspunkte an der Kontaktfeder 9 und am Anschlußelement 12 übereinander liegen. In diesem Fall ist das Verbindungselement 21 U-förmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel 22 und 23 in einer Ebene und der Mittelabschnitt 24 durch Abwinkelung in einer dazu senkrechten Ebene liegen.
• Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Ankers 3 mit Kontaktfedern 9, wobei als Verbindungselement eine U-förmig gebogene Drahtfeder 25 dient. Auch diese Drahtfeder 25 kann in ihren verschiedenen Abschnitten 26, 27 und 28 zumindest in zwei zueinander senkrechten Richtungen vorgespannt werden.
• 6 Patentansprüche 6 Figuren

Claims (6)

1. Patentansprüche X Elektromagnetisches Relais mit einer Erregerspule und einem langgestreckten, einseitig gelagerten Anker, der sich im wesentlichen parallel zur Spulenachse erstreckt und an dem zumindest eine Kontaktfeder isoliert befestigt ist, welche sich parallel zum Anker erstreckt und mit ihrem freien Ende jeweils mit mindestens einem Gegenkontaktelement zusammenwirkt, wobei der stabförmige Anker mit einem Ende über einen isolierenden Träger an einem ersten Spulenflansch gelagert ist und wobei die im Träger befestigten Kontaktfedern sich außerhalb der Spule erstrecken und jeweils über ein flexibles, elektrisch leitendes Verbindungselement mit je einem in einem Grundkörper verankerten Anschlußelement verbunden sind, insbesondere nach Patent (Aktenzeichen P 31 32 239.5), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verbindungselement (13; 18; 21; 25) zwischen beweglicher Kontaktfeder (9) und Anschlußelement (12) jeweils durch elastische Vorspannung Kraftkomponenten (14, 15) in zwei unterschiedlichen Richtungen auf den Anker (3) ausübt, wobei der Anker durch die erste Kraftkomponente (1ll; in @ichtung selne@ Schaltbewegung vorgespänntund durch die zweite Kraftkomponente (15) im Lager (8) gehalten wird.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das jeweilige Verbindungselement (13; 18; 21; 25) zumindest zwei zueinander senkrecht stehende elastische Abschnitte (16, 17; 19, 20; 22, 24; 26, 27) aufweist.
3. 3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zu beiden Seiten des Ankers je ein Verbindungselement (13) angeordnet ist, deren Kraftkomponenten sich summieren.
4. 4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindungselemente (13; 18; 21) jeweils durch ein Federband gebildet sind, welches mindestens zwei in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegende Abschnitte (16, 17; 19, 20; 22, 24) aufweist.
5. 5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i-c h n e t , daß die Verbindungselemente jeweils durch eine Drahtfeder (25) gebildet sind.
6. 6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindungselemente eine U-förmige, mäander- oder spiralenförmige Gestalt aufweisen.