DE69202661T2 - Elektrisches bistabiles Relais. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf bistabiles elektrisches Relais, insbesondere auf ein bistabiles Relais, das sich zum Schalten eines Verbindungspunkts oder einer Gruppe von Verbindungspunkten in elektrischen Starkstromanlagen bei Gebäuden oder dergleichen eignet, und weiterhin auf ein mit einem oder mehreren stabilen Relais ausgestattetes Schaltmodul.
• Bistabile elektrische Relais sind mit mindestens einem Paar elektrischer Kontakte ausgestattete Schalteinheiten zum Schalten in einer elektrischen Schaltung mit einem beweglich angeordneten ersten Kontakt und einem im wesentlichen fest angeordneten zweiten Kontakt, wobei sich die Kontakte in einer ersten (geschlossenen) Position gegenseitig berühren und in einer zweiten (offenen) Position voneinander getrennt sind, mit Mitteln zum Halten der Kontakte in der ersten und der zweiten Position, und einem elektromagnetisch betätigbaren Antriebsmittel, das betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt zum Wechseln der Kontaktposition verbunden ist.
• Dies steht im Gegensatz zu monostabilen Relais, die nur eine stabile Kontaktposition aufweisen und nur durch fortlaufendes Zuführen von Energie zu den elektromagnetischen Antriebsmitteln in der anderen Position gehalten werden können.
• Hierzu sei beispielsweise auf die britische Patentanmeldung GB-A-2 142 188 verwiesen.
• Befinden sich die Kontakte in der geschlossenen Position, so müssen sie sich unter dem Einfluß einer gewissen Kraft, die als Kontaktkraft bezeichnet wird, berühren. Die Größe dieser Kontaktkraft ist u.a. von der Größe des durch die Kontakte zu schaltenden Stroms abhängig. Zum Erzielen der gewünschten Kontaktkraft wird der bewegliche Kontakt bei aus der Praxis bekannten Relais oder elektromagnetischen Schaltern am oder beim Ende einer elektrisch leitenden Blattfeder oder flexiblen Zunge befestigt, wobei die Blattfeder oder Zunge anschließend durch ein Biegen mit Hilfe von einem elektromagnetisch betätigbaren Antriebsmittel unter Spannung gesetzt werden. Zusätzlich kann der feste Kontakt auch auf einer Blattfeder oder Zunge befestigt werden, die dann mittels des beweglichen Kontaktes gebogen oder unter Vorspannung gesetzt wird. Hierzu sei beispielsweise auf das Schweizer Patent CH-A-234 220 und das US-Patent US-A-3 014 103 verwiesen.
• Da die Blattfedern oder Zungen gleichzeitig einen Teil der umzuschaltenden Schaltung darstellen, stehen Relais dieses Typs im allgemeinen nur für das Schalten relativ niedriger Ströme zur Verfügung. Je höher die zu schaltenden Stromstärken werden, desto größer wird die Größe der Blattfedern oder Zungen. Sind beispielsweise Ströme in der Größenordnung von 10 A zu schalten, so können im allgemeinen die Kontakte nicht mehr auf in der Schaltung befindlichen Blattfedern oder Zungen befestigt werden, da aufgrund der hierfür erforderlichen, relativ großen Abmessungen der Blattfedern oder Zungen in diesen unzulässig hohe Biegebeanspruchungen auftreten, was sich ungünstig auf die Lebensdauer des Schalters oder des Relais auswirkt.
• Demnach besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung vor allem darin, ein bistabiles Relais ohne Federelemente in der umzuschaltenden Schaltung, wie beispielsweise die erwähnten Blattfedern oder Zungen, so zu schaffen, daß sich das Relais auch für das Schalten relativ hoher Ströme eignet, wie sie beispielsweise in elektrischen Starkstromanlagen in Gebäuden und dergleichen auftreten. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen beweglich angebrachten und im wesentlichen starren Arm, der mit dem ersten Kontakt verbunden ist, und durch Kederelemente, die von den Antriebsmitteln betätigt werden und so entworfen sind, daß durch sie eine Kraft ausgeübt wird, mit der die Kontakte in der ersten (geschlossenen) Position gehalten werden, wobei die Federelemente nicht Teil der umzuschaltenden Schaltung sind.
• In dem bestabilen Relais gemäß der Erfindung wird die gewünschte Kontaktkraft über getrennt ausgebildete und mit den Antriebsmitteln verbundenen Federelementen erzeugt, über die das Antriebsmittel auf den mit dem beweglichen Kontakt verbundenen beweglichen Arm einwirkt. Die Federelemente sind nicht Teil der umzuschaltenden Schaltung. Sowohl die Federelemente als auch der bewegliche Arm lassen sich im Hinblick auf die gewünschte Federwirkung oder die für eine bestimmte Anwendung erforderlichen elektrischen Eigenschaften in optimaler Weise entwerfen, wobei sich die wechselseitige Anordnung der Kontakte und der Position der Antriebsmittel frei wählen läßt.
• Es sei darauf hingewiesen, daß im US-Patent 4 099 151 ein elektromagnetisch betriebener Schalter offenbart ist, in dem der bewegliche Kontakt an einem beweglichen Arm befestigt ist. Elektromagnetisch betätigbare Antriebsmittel wirken auf den beweglichen Kontaktarm über eine Druckfeder ein. Da jedoch eine Vorrichtung, mit der sich die Kontakte in der geschlossenen Position halten lassen, nicht vorgesehen ist, kann der Schalter nicht als bistabiles Relais im Sinne der Erfindung wirken. Diese Anwendung wird auch nicht vorgeschlagen. Die Betonung liegt auf der Erzeugung eines elektrischen Kontakts in mechanischer Weise zwischen dem beweglichen Kontaktarm und dem zugeordneten, fest angeordneten Anschluß.
• Insbesondere dann, wenn das bistabile Relais zum Schalten von Verbindungspunkten oder Gruppen von Verbindungspunkten in elektrischen Starkstromanlagen eingesetzt wird, muß im Fall von Kurzschlußströmen und relativ hohen Überlastströmen vermieden werden, daß sich die Kontakte des Relais trennen können. Ein Öffnen der Kontakte unter Einwirkung eines Kurzschlußstroms würde letztendlich zu einem Überschlag, zu Funkenbildung und schlechtestenfalls zu einem sogenannten Zusammenschweißen der Relaiskontakte führen. Aus diesem Grund wurden bistabile Relais nicht einzeln in Schaltungen eingesetzt, wo derartige Ströme auftreten können.
• Somit wird gemäß der Erfindung eine weitere Ausführung geschaffen, gemäß der ein beweglich angebrachter und im wesentlichen starrer Arm, der mit dem ersten Kontakt verbunden ist, durch Federelemente betätigt wird, die vom Antriebsmitteln betätigt werden und so entworfen sind, daß durch sie eine Kraft ausgeübt wird, mit der die Kontakte in der ersten (geschlossenen) Position gehalten werden, wobei die Federelemente nicht Teil der umzuschaltenden Schaltung sind.
• Da auch der fest angeordnete Kontakt an einem weiteren Arm derart angebracht ist, daß dann, wenn die Kontakte des Relais geschlossen sind, beide Arme unmittelbar nebeneinander verlaufen, läßt sich in vorteilhafter Weise die bekannte elektromagnetische Kraftwirkung zwischen benachbarten, stromdurchflossenen, elektrischen Leitern (Lorenz-Kraft) ausnützen, insbesondere in einer solchen Weise, daß sich die Kontaktkraft erhöht.
• Es versteht sich, daß sich durch den Einsatz des Lorenz- Effekts in einem beweglichen Arm eines bistabilen Relais, das, wie oben beschrieben, mit einer Blattfeder oder einer flexiblen Zunge aufgebaut ist, ein im Hinblick auf die Konstruktion schwierigerer Aufbau ergibt als bei derjenigen Ausführung der Erfindung, in der die Kontakte über starre Arme verbunden werden, und zwar aufgrund der zur Erzielung der gewünschten Kontaktkraft in der geschlossenen Position der Kontakte erforderlichen Durchbiegung der Blattfeder oder Zunge. Dieser Punkt gilt insbesondere bei einem Vergleich mit einer weiteren Ausführung der Erfindung, in der die beiden Arme eine langgestreckte, flache Gestalt annehmen, zumindest soweit es sich um die nebeneinander angeordneten Teile handelt, und sich die Arme unmittelbar nebeneinander anbringen lassen, um eine möglichst hohe wechselseitige, magnetische Kraftwirkung zwischen den Armen zu erzielen.
• Eine aus Konstruktionssicht relativ einfache und vorteilhafte Ausführung des bistabilen Relais gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß die einzelnen Kontakte fest an den jeweiligen Armen befestigt sind. Jedoch soll darauf hingewiesen werden, daß zum Erzielen der oben genannten Vorteile der Erfindung auch ein Aufbau möglich ist, in dem beispielsweise der bewegliche Kontakt selbst beweglich angebracht ist und über den beweglichen Arm aktiviert werden kann.
• Um den elektrischen Kontakt mit dem Kontaktanschlußpunkt des beweglichen Arms herzustellen, kann man beispielsweise einen Litzendraht oder gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung eine Schleifenkontakt-Übertragung vorsehen, bei der sich die für den Anschluß des Litzendrahts erforderlichen Schweiß- und/oder Löt-Arbeitsgänge vermeiden lassen.
• Wie bereits oben beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf spezielle Federelemente beschränkt, so daß sich z.B. zum Erzeugen der erforderlichen Kontaktkraft Schraubenfedern (Spannungs- und Druckfedern), Spiralfedern und dergleichen benützen lassen.
• Da sich die stabile Relais insbesondere aus der Ferne steuern lassen und durch sie (bestehende) elektrische Starkstromanlagen auf Fernsteuerung umrüstbar sind, zielt die Erfindung weiterhin darauf ab, ein bistabiles Relais mit möglichst kleinen Abmessungen zu schaffen. Der Einbau oder die Integration von bistabilen Relais in bestehende Komponenten (Schalteinheiten, Sicherungsschalteinheiten usw.) wird dadurch einfacher.
• In einer Ausführung, die sich unter anderem für diesen Zweck eignet, enthalten Federelemente eine erste Blattfeder, die sich entlang des beweglichen Arms erstreckt und deren eines Ende in fester Weise mit dem beweglichen Arm verbunden ist und deren anderes Ende mit dem Antriebsmittel verbunden ist, wobei das mit dem Antriebsmittel verbundene Ende in einem vorbestimmten Abstand von dem beweglichen Arm gehalten wird, der größer als der des mit dem beweglichen Arm verbundenen Endes ist, und wobei die Kontakte so angeordnet sind, daß sie sich in die erste (geschlossene) Position bringen lassen, indem das mit dem Antriebsmittel verbundene und entfernt vom beweglichen Arm liegende Ende der ersten Blattfeder bewegt wird.
• Neben den Eigenschaften des Materials der benützten Feder und der durch das Antriebsmittel bewirkten Durchbiegung der Blattfeder in der geschlossenen Position der Kontakte wird die dadurch erzeugte Kontaktkraft weiterhin durch denjenigen Abstand der Enden der Blattfeder bestimmt, der in einer zu deren Ebene rechtwinklig verlaufenden Richtung gemessen wird. Die gewünschte Kontaktkraft läßt sich durch ein Verändern dieses Abstands beeinflussen. Dies spielt für das Erzeugen einer gewünschten minimalen Kontaktkraft bei vorgegebenem Abstand der Kontakte, der dem Abstand der Kontakte in ihrer zweiten (geöffneten) Position entspricht, eine wichtige Rolle. Da das Antriebsmittel die Blattfeder nur über eine begrenzte Distanz hinweg verbiegen oder anspannen kann, wird bei einem durch die Abnutzung der Kontakte bedingten, größeren Abstand der Kontakte die durch die Blattfeder erzeugte Kontaktkraft herabgesetzt. Durch Voreinstellung der Blattfeder mit Hilfe eines Abstandhalters kann dieser Verlust an Kontaktkraft aufgefangen werden.
• In einer zusätzlichen weiteren Ausführung der Erfindung, mit der ebenso das Ziel von möglichst kleinen Abmessungen verfolgt wird, enthält das Mittel zum Halten der Kontakte in einer gewissen Position ein weiteres als eine zweite Blattfeder aus gebildetes Mittel, das sich entlang des beweglichen Arms erstreckt und deren eines Ende gehalten wird und dessen anderes Ende betriebsmäßig mit dem beweglichen Arm verbunden ist, wobei die zweite Blattfeder zum Halten des beweglichen Arms in einer gewünschten Position unter Vorspannung steht.
• In einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste Blattfeder und die zweite Blattfeder gemeinsam ausgebildet, wobei die erste Blattfeder neben dem beweglichen Arm angeordnet ist und die beiden Blattfedern an ihrem einen Ende fest mit dem beweglichen Arm in der Nähe von dessen Schwenkpunkt verbunden sind. Hierdurch wird eine Kontakt- und Feder-Einheit erhalten, die eine einzige Einheit darstellt und sich einfach herstellen läßt, ohne daß Schrauben befestigt oder eingestellt werden müssen. Es versteht sich, daß aus sich der Herstellung eine derartige Einheit sehr vorteilhaft ist, insbesondere, da aufgrund verringerter Abmessungen des Relais und im Fall mehrerer für den Aufbau erforderlicher Komponenten die an diese zu stellenden Anforderungen im Hinblick auf die Abmessungen (Toleranz) hoher werden und sich weniger leicht und manchmal nur mit höheren Kosten einhalten lassen.
• Wird beispielsweise die zweite Blattfeder zum Halten der Kontakte in ihrer zweiten (geöffneten) Position benützt, so ist für sie im allgemeinen eine geringere Federwirkung erforderlich als für die erste Blattfeder, die so zu dimensionieren ist, daß sich die gewünschte Kontaktkraft ergibt. Insgesamt wirkt die zweite Blattfeder dann entgegengesetzt zur ersten Blattfeder. Werden die Blattfedern als eine Einheit aufgebaut, d.h. aus demselben Federmaterial hergestellt, so läßt sich die Federwirkung der zweiten Blattfeder gemäß einer Ausführung der Erfindung einfach auf einen gewünschten Wert einstellen, indem Material von der Blattfeder selektiv entfernt wird.
• In einer weiteren Ausführung des Relais gemäß der Erfindung sind Betriebsmittel an die auf den beweglichen Arm wirkenden Federelemente gekoppelt, um mechanisch die Anordnung der Kontakte zu verändern. Demnach ist es möglich, die Position der Kontakte nicht nur elektromagnetisch, sondern auch mechanisch, beispielsweise händisch, zu verändern. Dadurch, daß sich die Betriebsmittel wechselseitig aneinander koppeln lassen, ist es möglich, zu gewährleisten, daß dann, wenn beispielsweise die Phasen- und Neutralleiter einer Schaltung durch unterschiedliche Relais geschaltet werden, oder wenn die Phasen einer Drehstromschaltung durch unterschiedliche Relais geschaltet werden, alle Phasen sowie der Neutralleiter einer elektrischen Anlage gleichzeitig an- bzw. abgeschaltet werden.
• Die Betriebsmittel wirken vorzugsweise auf das mit den Antriebsmitteln verbundene Ende der ersten Blattfeder. Zum Betätigen der Kontakte per Hand ist ein L-förmiger Betriebsarm aus elektrisch isolierendem Material mit der ersten Blattfeder in einer weiteren Ausführung der Erfindung verbunden, wobei ein Ansatz rechtwinklig von der Blattfeder als Betätigungsgriff absteht.
• Wie bereits oben ausgeführt, eignet sich das erfindungsgemäße, bistabile Relais insbesondere für die Fernbetätigung der Energiezufuhr für Verbindungspunkte oder Gruppen von Verbindungspunkten in einer elektrischen Starkstromanlage. Unter Berücksichtigung der genau festgelegten Steuerung von elektrischen Anlagen ohne komplexe Schaltungen oder Maßnahmen und ebenso im Hinblick auf den Trend hin zur Automation bei der Steuerung von elektrischen Starkstromanlagen für Gebäude und dergleichen enthält die bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen bistabilen Relais Antriebsmittel für deren Aktivierung durch elektrische Pulse jeder Polarität zum Verändern der Position der Kontakte.
• Ein derartiges bistabiles Relais weist den Vorteil auf, daß sich die Position der Kontakte bestimmen läßt, oder durch den zuletzt angelegten Aktivierungspuls bekannt ist. Sind die Antriebsmittel beispielsweise so entworfen, daß eine Energiezufuhr durch einen positiven Spannungspuls erfolgt, so befinden sich die Kontakte betriebsmäßig in der ersten (geschlossenen) Position, und zum Überführen der Kontakte in die zweite (offene) Position wird ein negativer Spannungspuls angelegt; aus der Tatsache, daß beispielsweise ein positiver Puls angelegt wurde, kann geschlossen werden, daß sich die Kontakte in ihrer ersten Position befinden und in dieser verblieben sind, und daß nach dem Anlegen eines negativen Puls es sich die Kontakte in ihrer zweiten Position befinden, in der sie zurückgenommen sind. Ein derartiges bistabiles Relais eignet sich insbesondere für eine Anwendung zusammen mit einer digitalen Steuervorrichtung, wie einem Mikroprozessor oder dergleichen, mit Speichermitteln zum Erfassen der Polarität des zuletzt angelegten Pulses. Unter diesen Umständen läßt sich ein undefinierter Zustand der Kontakte aufgrund eines Prellen der Kontakte vermeiden, wobei das Prellen bei mechanischen Schaltern immer auftritt und es in diesem Fall nicht zu einem einzigen erzeugten Puls, sondern zu einer Abfolge kurzer Pulse derselben Polarität kommt. Insgesamt bewirken Pulse derselben Polarität jedoch keine Veränderung der Position der Kontakte.
• Zum Treiben des erfindungsgemäßen bistabilen Relais dient ein geeignetes kompaktes Antriebsmittel, das sich in genau festgelegter Weise durch Pulse unterschiedlicher Polarität aktivieren läßt, und das Antriebsmittel ein erstes Magnetjoch aus magnetischem Material mit einem im wesentlichen U-förmigen Abschnitt enthält, sowie eine elektrische Zylinderspule, die sich von dem geschlossenen Ende zu dem offenen Ende des ersten Magnetjochs erstreckt, einen sich zum Teil in dem durch die Spule begrenzten Raum erstreckenden Kern aus magnetischem Material, der magnetisch mit dem ersten Magnetjoch und einem beweglichen Magnetanker aus magnetischem Material gekoppelt ist, und wobei das die Antriebsmittel ferner ein zweites Magnetjoch aus magnetischem Material mit einem ähnlichen und im wesentlichen U-förmigen Abschnitt enthält, wobei das zweite Magnetjoch im Hinblick auf das erste Magnetjoch in umgekehrter Weise über die Spule des ersten Magnetjochs eingepaßt ist, sowie einen oder mehreren Permanentmagneten, die in dem zwischen den nebeneinander angeordneten Teilen der beiden Magnetjoche bestehenden Zwischenraum zum Halten der Kontakte in der ersten (geschlossenen) Position eingepaßt sind, wobei das zweite Magnetjoch eine Öffnung aufweist, durch die der Magnetanker nach außen bewegt werden kann, so daß er auf die an dem beweglichen Arm angebrachten Federelemente einwirken kann.
• Die in den Antriebsmitteln eingesetzten, Permanentmagnete, mit denen sich der Magnetanker gegen den Spulenkern bewegen läßt, erzeugen die zum Halten der Kontakte in der ersten (geschlossenen) Position erforderliche Kraft. Ergänzend zu den mit den Antriebsmitteln verbundenen Federelementen tragen die Permanentmagnete ebenso zur Erzeugung der Kontaktkraft bei. Die Antriebsmittel sind sehr kompakt aufgebaut und lassen sich einfach herstellen, so daß es leicht möglich ist, eine größere oder geringere Zahl der Permanentmagnete zum Einstellen der gewünschten Haltekraft einzupasssen, und zwar aufgrund der relativ großen Fläche zwischen den Schenkein der beiden Magnetjoche.
• Um Toleranzen bei den Magnetjochen, der Spule und dem Kern soweit wie möglich auszugleichen, ist mindestens das erste Magnetjoch vorzugsweise aus anderen Teilen hergestellt, die aus magnetischem Material bestehen. Ein Abstandhalter, der sich zum Einsatz in den Antriebsmitteln gemäß der Erfindung zum Einstellen der Kontaktkraft zusammen mit der ersten Blattfeder eignet, ist in einer Ausführung der Erfindung als Körper mit einer örtlich ausgebildeten Einkerbung aufgebaut, und die erste Blattfeder ist mit einem Schlitz versehen, mit dem sie auf den Körper an der Stelle der örtlich begrenzten Einkerbung einwirkt. Der Abstandhalter ist mit dem nach außen beweglichen Teil des Magnetjochs verbunden.
• Zum Zusammenbauen des Kontaktarms, der Federelemente und des Antriebsmittels dient gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein näherungsweise L-förmiges Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material, wobei die Antriebsmittel in dem durch den kurzen Schenkel des Gehäuses begrenzten Bereich angeordnet sind und der lange Schenkel einen näherungsweise S-förmigen Abschnitt aufweist, in dessen einer Hälfte der fest angebrachte Arm und in dessen anderer Hälfte der bewegliche Arm angeordnet sind.
• Der S-förmige Abschnitt des Gehäuses zur Aufnahme des Kontaktarms erzeugt in vorgegebener und geeigneter Weise eine Kriechstrecke zwischen den Kontaktarmen, um hierdurch wirksam Kriechströme zu vermeiden, die auf eine Verunreinigung des Gehäuses oder gewisse atmosphärische Bedingungen zurückzuführen sind, wobei zwischen den Kontaktarmen der Abstand auch so klein wie möglich gewählt wird, um eine möglichst hohe wechselseitige, magnetische Kraftwirkung zum Halten der Kontakte in der ersten (geschlossenen) Position während des Auftretens von Kurzschlußströmen oder bei relativ hohen Überlastströmen in der durch das Relais zu schaltenden Schaltung zu erzielen.
• Damit die Antriebsmittel für das mechanische Verstellen der Position der Kontakte unterschiedlicher Relais wechselseitig gekoppelt werden können, ist das Gehäuse in einer weiteren Ausführung mit einem schwenkbaren Schalthebel ausgestattet, der in der Nähe des kurzen Schenkels befestigt ist und auf den Betriebsarm wirkt.
• Es soll hier betont werden, daß insbesondere das Gehäuse für diejenige erfindungsgemäße Ausführung des Relais, in der der bewegliche Arm und die Federelemente in einer einzigen Einheit kombiniert sind, keine Vorsprünge oder Vertiefungen zur Aufnahme von Schrauben und dergleichen aufweisen muß. Das Gehäuse läßt sich vorteilhafterweise als Herstellungsbasis für das Zusammenbauen der zahlreichen Komponenten des Relais benützen. Das Relais läßt sich dann als ein separates Modul herstellen und benützen, beispielsweise zusammen mit Sicherheitsschaltern, automatischen Überlastvorrichtungen und automatischen Erdschluß-Vorrichtungen, die eine elektrische Anlage gegen Überlastströme und Erdschlußströme sichern.
• Entsprechend bezieht sich die Erfindung ebenso auf ein Schaltmodul, ausgestattet mit einem bistabilen Relais, mit einem Gehäuse mit elektrischen Anschlüssen und einem Schaltelement, das ein Paar von Kontakten zum Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen vorbestimmten Anschlüssen enthält, wobei die Anschlüsse des bistabilen Relais elektrisch in Serie mit den Kontakten des Schaltelements verbunden sind und das Gehäuse mit einem Steuersignalanschluß zum Versorgen des elektromagnetisch aktivierbaren Antriebsmittels des bistabilen Relais mit Energie enthält.
• Ein Schaltmodul mit einem Schaltelement und elektrischen Anschluß-Vorrichtungen für den Einsatz in einer elektrischen Anlage, beispielsweise zum Unterbrechen der elektrischen Leistungsversorgung bei Auftreten von Überlastströmen oder Erdschlußströmen, ist unter anderem in der europäischen Patentanmeldung 0 322 986, der europäischen Patentanmeldung 0 345 851 und der europäischen Patentanmeldung 0 405 688 beschrieben, die alle im Namen des Anmelders hinterlegt wurden und als in dieser Anmeldung miteinbezogen gelten sollen.
• In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Schaltmoduls sind sowohl die Kontakte des bistabilen Relais als auch die Kontakte des Schaltelements mit den Anschlüssen des Gehäuses verbunden. Dies hat den Vorteil, daß es möglich ist, das Schaltmodul mit mehreren zu schaltenden Schaltungen zu verbinden, wobei sich die Schaltungen einerseits ausschließlich mit den Schaltelementen und andererseits sowohl mit dem Schaltelement als auch mit dem bistabilen Relais schalten lassen. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Anschlußpunkte oder Gruppen von Anschlußpunkten, ausgehend von der Stelle der Leistungsversorgung mittels eines bistabilen Relais, an- oder abschalten, beispielsweise in einem Fernsteuer-Modus. In diesem Zusammenhang kann man z.B. an das Schalten von Lichtquellen für Sicherheitszwecke oder das Schalten von Klimatisierungs-Vorrichtungen denken, oder an das gemeinsame Schalten sämtlicher Anschlußpunkte im Gebäude von einem zentralen Punkt aus.
• Zum Schalten entweder des Phase-Leiters oder des Neutralleiters einer elektrischen Anlage oder zum Schalten aller Phasen-Leiter einer elektrischen Drehstrom-Anlage kann das erfindungsgemäße Schaltmodul mit einem oder mehreren getrennten bistabilen Relais ausgestattet sein. Zur Stromversorgung dieser Relais können die Antriebsmittel beispielsweise parallel zu den Signalanschlüssen angeschlossen sein oder getrennt ausgeführt sein, und die Betriebsmittel der unterschiedlichen Relais lassen sich wechselseitig mechanisch koppeln, damit die Phase- oder Neutralleiter gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig abgeschaltet werden können.
• In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltmoduls sind die Signalanschlüsse an einem federnden Haltekörper befestigt, der von dem Gehäuse des Schaltmoduls getragen wird. Durch das federnde Halten der Signalanschlüsse wird ein Zerstören der Signalanschlüsse selbst und der Anschlüsse, mit denen sie verbunden sind, soweit wie möglich vermieden. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die bistabilen Relais in relativ großen Schaltmodulen eingesetzt werden, die mit robusten Steckeranschlüssen versehen sind und bei denen die Signalanschlüsse beispielsweise in der Form eines Kantenverbinders zum Herstellen eines Kontakts mit am Rand eines Substrats, beispielsweise einer gedruckten Leiterplattenschaltung, vorgesehener Anschlußflächen ausgebildet sind.
• Ein Haltekörper zum federnden Halten der Signalanschlüsse hat gemäß einer weiteren Ausführungsform einen im wesentlichen blockförmigen Außenumfang, sowie zu diesem rechtwinklig und an zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnete, federnde Elemente, eine weitere mit diesem verbundene Seite, die gemäß ihrer Ausrichtung abgerundet ist, und eine dieser weiteren Seite gegenüberliegende Seite zum Anschließen der Signalanschlüsse.
• Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der Haltekörper aus Plastik hergestellt und weist einen im wesentlichen M-förmigen Abschnitt mit einem verbreiterten mittleren Abschnitt oder Basisabschnitt zum Anbringen der Signalanschlüsse auf, wobei der Basisabschnitt im ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts liegt und wobei sich wenigstens eine aufrechte Wand an der Außenseite des Haltekörpers erstreckt und die Wand seitlich in Richtung des Basisabschnitts am vom Basisabschnitt abgewandten Ende abgerundet ist, und wobei das Gehäuse des Schaltmoduls einen im wesentlichen rechtwinklichen Zwischenraum mit einer Länge, Breite und Tiefe für die Aufnahme des Haltekörpers enthält, wobei die Länge so gewählt wird, daß der Haltekörper in einer zum ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts rechtwinkligen Richtung verschoben werden kann, und die Breite kleiner gewählt wird als die Abmessung des Haltekörpers, wenn diese im ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts parallel zum Basisabschnitt gemessen wird und die Tiefe so gewählt wird, daß sie im wesentlichen mit dem Abmessung des Haltekörpers, im ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts rechtwinklich zum Basisabschnitt gemessen, übereinstimmt und der Haltekörper eine Öffnung aufweist, durch die sich die Signalanschlüsse an die Außenseite des Gehäuses erstrecken können. Vorzugsweise ist der Haltekörper aus einem thermoplastischen Material, wie beispielsweise Polyamid hergestellt.
• Die Erfindung soll im folgenden detaillierter unter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform eines bistabilen Relais, eines hiermit ausgestatteten Schaltmoduls und eines Haltekörpers für das federnde Halten der Signalanschlüsse an einem bistabilen Relais beschrieben werden.
• Fig.1 zeigt schematisch, teilweise im Querschnitt die Frontansicht, die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen bistabilen Relais.
• Fig. 2 zeigt schematisch die Rückansicht des in Fig. 1 gezeigten bistabilen Relais.
• Fig. 3 zeigt schematisch den Schnitt entlang der Linie III- III in Fig. 1.
• Fig. 4 zeigt schematisch eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten bistabilen Relais.
• Fig. 5 zeigt schematisch und abschnittsweise eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen bistabilen Relais.
• Fig. 6 zeigt schematisch, teilweise im Schnitt, eine Ansicht eines mit einem bistabilen Relais gemäß Fig. 1 ausgestatteten Schaltmoduls.
• Fig. 7 zeigt schematisch und in Perspektive die bevorzugte Ausführungsform eines Haltekörpers, so wie er in dem Schaltmodul nach Fig. 6 zum federnden Halten der Signalanschluß-Vorrichtungen des bistabilen Relais benützt wird.
• Fig. 8 zeigt schematisch und in Perspektive ein erfindungsgemäßes bistabiles Relais, das als separates Modul ausgebildet ist, und im Gehäuse des Schaltmoduls, beispielsweise des in Fig. 6 gezeigten Schaltmoduls, befestigt ist.
• Das in Fig. 1 gezeigte bistabile Relais enthält ein näherungsweise L-förmiges Plastikgehäuse 2, in dessen langem und im wesentlichen starren Schenkel 3 der aus elektrisch leitendem Material hergestellte bewegliche Arm 4 aufgenommen ist, und ferner eine erste Blattfeder 5 zum Ausführen der Funktion der Kontaktkraft-Feder und eine zweite Blattfeder 6, deren eines Ende auf die erste Blattfeder 5 einwirkt und deren anderes Ende gegen eine Wand des Gehäuses 2 anliegt. Der bewegliche Arm 4 und die beiden Blattfedern 5, 6 sind durch einen im Gehäuse ausgebildeten Vorsprung 7 und aufrechte Wände des Gehäuses 2 beweglich gehalten.
• In dem kurzen Schenkel 8 des Gehäuses 2 sind elektromagnetisch betätigbare Antriebsmittel 9 angeordnet, die mit einem Magnetanker 10 ausgestattet sind, der sich in einer zur Richtung des Arms 4 rechtwinklig verlaufenden Richtung bewegen kann.
• Neben dem beweglichen Arm 4 erstreckt sich in dem Gehäuse ein weiterer Arm 11 aus elektrisch leitendem Material, der in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Dieser weitere Arm 11 ist unbeweglich in dem Gehäuse befestigt und endet in der Nähe des Antriebsmittels 9 in einem unbeweglich angeordneten Kontakt 12. Gegenüber dem elektrischen Kontakt 12 befindet sich ein auf dem beweglichen Arm 4 befestigter, elektrischer Kontakt 13.
• Mittels des gelagerten Endes des beweglichen Arms 4 wird ein erster Kontaktanschlußpunkt 14 gebildet, der sich bewegen kann und elektrisch mit einem Kontaktanschluß 16 über einen Litzendraht 15 verbunden ist. Das andere Ende des weiteren Arms 11 bildet einen zweiten Kontaktanschlußpunkt 17, der entweder in fester Weise, beispielsweise durch Löten, angeschlossen ist oder eine Einheit mit einem Kontaktanschluß 18 bildet.
• In der ersten dargestellten Position, in der sich die Kontakte 12 und 13 gegenseitig berühren, werden die beiden Arme 4, 11 durch entgegengerichtete Ströme während des Betriebs durchflossen. Dies erzeugt in der Nähe der Leiter ein magnetisches Feld und somit eine mechanische Kraftwirkung (Lorenz-Kraft), die die Arme auseinandertreibt. Aus der Figur läßt sich klar erkennen, daß hierdurch die Kontakte 12, 13 stärker gegeneinander gepreßt werden. Diese Vorgehensweise zur Erhöhung der Kontaktkraft ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Kurzschlußströme und relativ hohe Überlastströme in einer durch die Kontakte 12, 13 umgeschalteten Schaltung auftreten. Hierdurch wird praktisch das Risiko ausgeschlossen, daß die Kontakte 12, 13 durch Aktivierung der Antriebsmittel 9 im Falle eines Kurzschlußstroms aktiviert werden und somit durch Überschläge, Funkenbildung und dergleichen zerstört werden. Um eine größtmögliche, wechselseitige, magnetische Kraftwirkung zu erzielen, sind die Arme 4, 11 soweit wie möglich als flache Leiter aufgebaut, so daß sie sich über einen relativ großen Teil ihrer Fläche unmittelbar nebeneinander anordnen lassen.
• Wie Fig. 1 deutlich zeigt, stellen die beiden Blattfedern 5, 6 keinen Teil der durch die beiden Arme 4, 11 gebildeten, elektrischen Schaltung dar. Dies bedeutet, daß die Arme 4, 11 im Hinblick auf die gewünschten, elektrischen Eigenschaften optimal ausgelegt werden können und sich die beiden Blattfedern 5, 6 im Hinblick auf die gewünschte Kraftwirkung optimal entwerfen lassen.
• In der Nähe des gelagerten Endes des beweglichen Arms 4 ist die erste Blattfeder 5 fest an diesem angebracht, beispielsweise durch Löten oder eine sogenannte Preßverbindung. Das andere Ende der ersten Blattfeder 5 ist mit dem Magnetanker 10 der Antriebsfeder 9 verbunden. Mit Hilfe eines Abstandhalters 19 wird dieses Ende der ersten Blattfeder 5 in einem größeren Abstand vom beweglichen Arm 4 gehalten als das an dem Arm 4 befestigte Ende der ersten Blattfeder 5. Dies erzeugt eine statische Vorspannung in der ersten Blattfeder 5. Zum Trennen der Kontakte 12, 13, d.h. zum Überführen dieser Kontakte 12, 13 von ihrer ersten (geschlossenen) Position in ihre zweite (offene) Position, ist diese Vorspannung oder Kontaktkraft zu überwinden.
• Das Überführen der Kontakte 12, 13 in ihre erste, geschlossene Position erfolgt durch das Bewegen des beweglichen Arms 4 mit Hilfe der ersten Blattfeder 5 oder des an diese angekoppelten Magnetjochs 9 in Richtung zum fest angebrachten Kontakt 12. Hierbei wird die erste Blattfeder 5 auch zusätzlich gespannt, wodurch die Kontakte 12, 13 gegeneinander mit einer gewissen Kraft gehalten werden, die zu der bereits durch die Vorspannung der Blattfeder 5 erreichten Kontaktkraft hinzukommt.
• Wird der Abstand zwischen den Kontakten 12, 13 in ihrer zweiten (offenen) Position aufgrund einer Abnutzung größer, so nimmt die zusätzliche Kraft ab, da sich das Magnetjoch des Antriebsmittels 9 nur über eine gewisse feste Distanz bewegen läßt. Bei praktischen Anwendungen ist deshalb die erste Blattfeder 5 so vorgespannt, daß eine gewünschte minimale Kontaktkraft bei einem gewissen maximalen Kontaktabstand während des Betriebs sichergestellt ist, wobei der Kontaktabstand einer vorbestimmten Anzahl von Schaltoperationen mit den Kontakten ihrer Lebensdauer entspricht.
• Das Abstandselement 19 besteht vorzugsweise aus einem kopfförmigen und mit dem Magnetjoch 10 gekoppelten Körper aus elektrisch leitendem Material und weist eine örtlilch begrenzt ausgebildete Einkerbung auf, auf die die erste Blattfeder 5 einwirkt, und zwar durch einen in ihr vorgesehenen Schlitz.
• Zum Halten der Kontakte 12, 13 in der ersten, geschlossenen Position ist das Antriebsmittel 9 mit einem oder mehreren Permanentmagneten 20 ausgestattet, die magnetisch auf das Magnetjoch 10 durch eine aus einem ersten Joch 21 und einem zweiten Joch 22 aus magnetischem Material aufgebaute magnetische Schaltung einwirken, sowie einem Kern 25 aus magnetischem Material, der fest innerhalb einer länglichen elektrischen Spule 24 angebracht ist.
• Das erste Joch hat einen näherungsweise U-förmigen Querschnitt mit einem abgeschlossenen Bodenteil 26 und einer oder mehrerer Wände 27, die sich quer zum Bodenteil 26 erstrecken. Das zweite Joch hat ebenfalls einen näherungsweise U-förmigen Querschnitt mit einem Bodenteil 28 mit einer Öffnung 29, durch den sich der Magnetanker 10 bewegen kann, sowie aufrechten Wänden 30. Die Abmessungen des zweiten Jochs 22 sind geringer als die des ersten Jochs 21 und - um es exakt auszudrücken - sind diese Abmessungen so bemessen, daß das zweite Joch 22, wie gezeigt, an der Innenseite des ersten Jochs 21 angeordnet werden kann. Die Permanentmagnete 20 sind zwischen den Wänden 27 und 30 angeordnet. Ausgehend von dem Bodenteil 26 des ersten Jochs erstreckt sich die längliche elektrische Spule 24, die den Kern 25 enthält, innerhalb des durch das zweite Joch 22 eingegrenzten Raums.
• In der ersten und gezeigten Position, in der die Kontakte 12, 13 geschlossen sind, liegt das Magnetjoch 10 am Kern 25 an und wird in dieser Position unter dem Einfluß des durch die Permanentmagnete 20 erzeugten Magnetfelds gehalten. Wird eine Spannung einer gewissen Polarität über nicht gezeigte Anschlüsse an die Spule 24 angelegt, so fließt in dieser ein elektrischer Strom mit einer gewissen Richtung, so daß im Kern 25 ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird und das Magnetjoch 10 entgegengesetzt zur Richtung des permanenten Magnetfeldes bewegt wird, so daß die Rückhaltekraft des permanenten Magnetfeldes auf das Magnetjoch 10 kompensiert wird oder die Kraftwirkung sogar in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Ist die durch die zweite Blattfeder 6 auf den beweglichen Arm 4 ausgeübte Kraftwirkung in Richtung zum Öffnen der Kontakte 12, 13 größer als die insgesamt auf das Magnetjoch 10 wirkende magnetische Kraftwirkung, so bewegen sich die Kontakte 12, 13 unter Einfluß der mechanischen Federwirkung in ihre zweite, geöffnete Position und werden durch die zweite Blattfeder 6 in dieser Position gehalten. Das gesamte System ist so ausgelegt, daß der hierbei zwischen dem Magnetjoch 10 und dem Kern 25 auftretende Luftspalt einen Magnetwiderstand bildet, der ausreicht, um ein Anziehen des Magnetjochs zu dem Kern 25 aufgrund des permanenten Magnetfelds zu verhindern. Das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Spule 24 mit einer Polarität, die zu einem elektromagnetischen Feld führt, das gleichwirkend mit dem im Magnetjoch und Kern 25 erzeugten permanenten Magnetfeld ist, bewirkt eine Bewegung des beweglichen Arms 4 in Richtung zum fest angeordneten Kontakt 12 mittels der ersten Blattfeder 5, nachdem die durch die zweite Blattfeder 6 ausgeübte Kraftwirkung überwunden ist, so daß sich die Kontakte 12, 13 wieder in ihrer ersten, geschlossenen Position befinden und die erste Blattfeder 5 zusätzlich wieder unter Vorspannung steht.
• Mit dieser Ausführung des Antriebsmittels 9 ist es demnach möglich, die Kontakte 12, 13 in eine erste, beispielsweise geschlossene Position mit einem durch die Spule 24 in eine Richtung fließenden elektrischen Strom zu bringen und sie in eine zweite, geöffnete Position mit Hilfe eines in eine andere Richtung fließenden elektrischen Stroms zu bringen. Wie in der Einleitung beschrieben, führt dies zu dem Vorteil, daß die Position der Kontakte 12, 13 sich eindeutig aus der zuletzt erfaßten Polarität des Aktivierungspulses ergibt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine digitale Steuereinheit, wie beispielsweise ein Mikroprozessor, eingesetzt wird. Weiterhin hat das bei Einsatz eines mechanischen Antriebsschalters 9 zur Energieversorgung des Antriebsmittels 9 auftretende Kontaktquellen keinen Einfluß auf die gewünschte Position der Kontakte 12, 13.
• Die gezeigte und erläuterte Ausführungsform des Antriebsmittels 9 weist einen kompakten Aufbau auf und bedingt durch den Aufbau des ersten Jochs mit unterschiedlichen Teilen 26, 27 lassen sich Toleranzen bei den Abmessungen der anderen Komponenten des magnetischen Systems wirksam ausgleichen.
• Anstelle der erörterten Ausführungsform des Antriebsmittels 9 können natürlich auch andere Ausführungsformen eingesetzt werden, beispielsweise eine Ausführungsform, in der der Kern 25 durch einen Permanentmagnet ersetzt ist. Weiterhin kann die Spule 24 auch zwei oder mehrere Wicklungen enthalten, mit denen sich die Position der Kontakte 12, 13 verändern läßt, beispielsweise mit Spannungspulsen oder Strompulsen derselben Polarität.
• Aus der in Fig. 2 gezeigten Ansicht des bistabilen Relais 1 ist klar ersichtlich, daß der weitere Arm 11, auf dem der fest angeordnete Kontakt 12 sitzt, in dem bistabilen Relais an einer Seite des Gehäuses 2 befestigt ist, die sich von derjenigen des beweglichen Arms 4 und den entsprechenden Blattfedern 5, 6 unterscheidet.
• Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III des langen Schenkels 3 des Gehäuses 2. Dieser im wesentlichen S- förmige Abschnitt bildet einen langen Pfad, der spezifikationsgemäß zum Fließen von Kriechströmen zwischen beiden Armen 4, 11 führt und gleichzeitig eine eng benachbarte, elektrisch isolierte Anordnung der beiden Arme ermöglicht, um soweit wie möglich eine wechselseitige, magnetische Beeinflussung zu bewirken (Lorenz-Effekt).
• Aus der in der Fig. 4 gezeigten Seitenansicht des Gehäuses 2 läßt sich klar erkennen, daß das Relais einen relativ flachen Aufbau mit flachen Kontaktarmen aufweisen kann.
• Wie Fig. 1 zeigt, sind die Blattfedern 5 und 6 als eine einzige Einheit ausgebildet, beispielsweise aus Phosphorbronze. Gleichzeitig weist die zweite Blattfeder 6 eine Mäanderform auf, die durch selektives Entfernen von Federmaterial zum Erzielen der gewünschen Federwirkung erreicht wird. Obgleich der Aufbau der beiden Blattfedern 5, 6 in einer Einheit sich vorteilhaft auf die Herstellung auswirkt, ist dies nicht per se zum Erzielen der gewünschten Wirkungsweise des bistabilen Relais erforderlich.
• In Fig. 5 ist sehr schematisch gezeigt, daß sich anstelle von Blattfedern Torsionsfedern, wie Spannungs- und Druckfedern einsetzen lassen. Die an dem beweglichen Arm 4 angekoppelte Spannungsfeder 31 erfüllt die Funktion der Kontaktkraft-Feder, vergleichbar mit der ersten Blattfeder 5 der Ausführung gemäß Fig. 1, wobei das Antriebsmittel in diesem Fall auf das andere Ende 32 (nicht gezeigt) der Spannungsfeder 31 einwirkt. Um die Kontakte 12, 13 in die geöffnete Position zu bringen, kann beispielsweise eine Druckfeder 33 eingesetzt werden, deren eines Ende an dem Gehäuse 2 anliegt, wie schematisch durch die Linie 34 angedeutet ist, und deren anderes Ende auf den beweglichen Arm 4 einwirkt. Es zeigt sich, daß der Gebrauch von Schraubenfedern und ebenso von Spiralfedern und dergleichen zu - im Vergleich zu der Ausführung mit Blattfedern - höheren Abmessungen des bistabilen Relais führen kann, und daß Kräfte, für die diese zu dimensionieren sind, auch auf das Gehäuse wirken. Die Blattfedern 5, 6 der Ausführung gemäß Fig. 1 erzeugen im wesentlichen ein rückgekoppeltes Kräftesystem, so daß ein Gehäuse 2 mit relativ leichter Bauweise ausreichend ist.
• Die Fig. 5 zeigt auch schematisch einen Schleifkontakt- Anschluß zum Herstellung eines elektrischen Kontakts mit dem beweglichen Arm 4. In seiner einfachsten Ausführungsform enthält der Schleifkontakt-Anschluß eine Druckrolle mit Federelementen 36 zum Erzeugen eines ausreichenden Kontaktdrucks zwischen der Druckrolle 35 und dem Kontakt-Anschlußpunkt 14 des beweglichen Arms 4.
• Die Fig. 6 zeigt ein Schaltmodul, das mit einem bistabilen Relais gemäß der Ausführung nach Fig. 1 ausgestattet ist.
• Das Schaltmodul 40 enthält ein Plastikgehäuse mit Anschlußvorrichtungen 41 und ein hieran angekoppeltes und aus einem Hebel 42 und einer Blattfeder 43 aufgebautes Schaltelement. Die Blattfeder 43 läßt sich durch eine Schaltklinke 44 unter Spannung setzen, die am Verbindungspunkt zwischen dem Hebel 42 und der Blattfeder 43 angreift und einen Betätigungshebel 45 aufweist. An dem anderen Ende der Blattfeder 43 ist ein beweglicher Kontakt 46 befestigt, der sich mit einem unbeweglich angeordneten Kontakt 47 in Berührung bringen läßt. Wird die Blattfeder 43 unter Vorspannung gesetzt, so werden die Kontakte 46, 47 gegeneinander gepreßt und in dieser Position durch die Schaltklinke 44 gesperrt. Mit Hilfe eines schwenkbar gelagerten weiteren Hebels 48, der auf die Sperrklinke 44 einwirkt, kann diese Sperrung gelöst werden, so daß die Kontakte 46, 47 unter dem Einfluß der Federkraft der Blattfeder 43 in die geöffnete Position übergehen. Zum Betätigen des Hebels 48 ist eine Steuervorrichtung 49 mit einem beweglichen Magnetjoch 50 vorgesehen, das auf das Ende des Hebels 48 einwirken kann. Weitere Details im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des Schaltelements sind in der bereits erwähnten europäischen Patentanmeldung 0 322 986 erläutert.
• Die Kontakte 12, 13 des bistabilen Relais sind, wie gezeigt, über ihre jeweiligen Arme 11, 4 mit den Anschlüssen des Schaltmoduls 40 verbunden. Der fest angeordnete Kontakt 47 des Schaltelements ist gleichzeitig mit einem getrennten Anschluß 51 verbunden, genauso wie der fest angeordnete Kontakt 11 des bistabilen Relais, der elektrisch mit einem Anschluß 52 verbunden ist. Der bewegliche Kontakt 46 des Schaltelements und der bewegliche Kontakt 13 des bistabilen Relais 1 sind beide mit dem Anschluß 53 verbunden.
• Eine zwischen den Anschlüssen 51 und 52 angeschlossene elektrische Schaltung läßt sich somit sowohl mit dem bistabilen Relais als auch mit den Kontakten 46, 47 abschalten. Eine zwischen den Anschlüssen 51 und 53 angeschlossene elektrische Schaltung läßt sich nur durch die Kontakte 46, 47 des Schaltelements unterbrechen. Wird ein derartiges Schaltmodul in einem Installationskasten, wie er in der europäischen Patentanmeldung 0 345 851 beschrieben ist, eingesetzt, so lassen sich ein oder mehrere Gruppenanschlußpunkte einer elektrischen Anlage, ausgehend von der Energieverteilerstelle einer elektrischen Anlage, im Fernmodus durch das bistabile Relais 1 schalten. Getrennte Steuersignal-Anschlüsse 60 sind für die Energieversorgung des Antriebsmittels 9 des bistabilen Relais 1 vorgesehen.
• Das Schaltmodul 40 kann eine oder mehrere Schalteinheiten enthalten, oder es kann eine Schalteinheit mit einbezogen werden, die mehrere Paare von Kontakten 46, 47 aufweisen, zu denen jeweils in Serie ein eigenes bistabiles Relais geschaltet ist.
• Damit beispielsweise ein Zweiphasen- (Phase und Erde) oder ein Mehrphasen-Schaltvorgang durchgeführt werden kann, sind die bistabilen Relais mit einem an den beweglichen Arm 4 angekoppelten Betriebsmittel ausgestattet, beispielsweise dem in Fig. 6 gezeigten L-förmigen Betätigungsarm 54. Das Relais läßt sich dann mit Hand von der Außenseite des Gehäuses des Schaltmoduls 40 über eine schwenkbare Schaltklinke 57 an- und abschalten, wobei die Schaltklinke 57 auf den kurzen Schenkel 55 des Betätigungsarms 54 wirkt und als eine Einheit mit einem Druckknopf 54 ausgebildet ist und um einen Schwenkpunkt 59 drehbar gelagert ist. Die schwenkbare Schaltklinke 57, die auf den Betätigungsarm 54 einwirkt, läßt sich mechanisch durch einen Verbindungsstab 58 mit entsprechenden Schaltklinken 57 weiterer bistabiler Relais des Schaltmoduls verbinden. Dies bewirkt dann einen im wesentlichen gleichzeitigen Übergang der Kontakte der in dem Schaltmodul enthaltenen, bistabilen Relais von einer Kontaktposition in die andere. Die Anschlußleitungen 62, 63 für die Energieversorgung des Antriebsmittels 9 der einzelnen bistabilen Relais können gleichzeitig parallel zu oder getrennt von den Signalanschlüssen 60 angeschlossen sein.
• In Fig. 6 sind die Signalanschlüsse 60 als sogenannte Kantenverbinder aufgebaut, und zwar zum Herstellen eines Kontakts mit einer gedruckten Leiterplatte 64, über die die Steuersignale für die bistabilen Relais zugeführt werden.
• In der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Schaltmoduls sind die Signalanschlüsse 60 vorzugsweise auf einem Haltekörper 70 angeordnet, der federnd in dem Gehäuse des Schaltmoduls 40 gehalten wird. Dies dient zum Vermeiden einer Beschädigung der Leiterplatte 64 in dem Fall, in dem - wie gezeigt - der Kontakt zwischen den Signalanschlüssen 60 und der gedruckten Leiterplatte 64 in einem gewissen Winkel erfolgt.
• Die Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Haltekörpers 70 mit einem im wesentlichen M-förmigen Abschnitt, der einen erweiterten zentralen Abschnitt oder Bodenteil 71 zum Befestigen der Signalanschlüsse aufweist. Für den Zweck der Beschreibung ist ein X-Y-Z-Koordinatensystem gezeigt. Die V-förmigen Seitenwände 73 des Haltekörpers lassen sich in Y-Richtung zusammendrücken. Die zu dem Bodenteil 71 hin abgerundeten aufrechten Wände 74 erstrecken sich ferner, ausgehend von dem Bodenteil 71, in die Z-Richtung. Hierdurch läßt sich der Haltekörper in der Y-Z-Ebene drehen. Der Bodenteil 71 ist - wie gezeigt - vorzugsweise auch seitlich bei seinen Haltekanten 72 abgerundet, wodurch die Drehung in der Y-Z- Ebene erleichtert wird. Der Haltekörper ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material mit federnden Eigenschaften hergestellt, beispielsweise einem Polyamid.
• Das Gehäuse 40 des Schaltmoduls enthält einen Zwischenraum 75, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß die federnden Wände 73 darin in leicht zusammengedrückter Art und Weise gehalten werden und die abgerundeten Seiten der Wände 74 an der Rückwand 79 des Zwischenraums anliegen, wenn ein Kontakt mit den Verbindungs- Vorrichtungen 60 hergestellt wird. In der zur Zeichenebene rechtwinklig verlaufenden Richtung, der X-Richtung in Fig. 7, sind die Abmessungen des Zwischenraums 75 so gewählt, daß der Haltekörper 70 in dieser Richtung verschoben werden kann. Die Anschluß-Vorrichtungen 60 können in den drei Achsrichtungen X, Y, Z (Fig. 7) mit Hilfe des Haltekörpers 70 flexibel angeordnet werden.
• Fig. 8 zeigt ein als getrenntes Modul 80 ausgebildetes, bistabiles Relais für den Gebrauch innerhalb des Gehäuses eines Schaltmoduls, beispielsweise des in Fig. 6 gezeigten Schaltmoduls.

Claims (17)

1. Bistabiles Relais (1), enthaltend wenigstens ein Paar elektrischer Kontakte (12, 13) zum Umschalten einer elektrischen Schaltung mit einem beweglich angebrachten ersten Kontakt (13) und einem unbeweglich angebrachten zweiten Kontakt (12), wobei

sich in einer ersten (geschlossenen) Position die Kontakte berühren und in einer zweiten (geöffneten) Position die Kontakte voneinander getrennt sind,

ein Mittel zum Halten der Kontakte in der ersten und der zweiten Position, und

ein elektromagnetisch aktivierbares und betriebsmäßig an den beweglichen Kontakt angeschlossenes Antriebsmittel (9) zum Verändern der Position der Kontakte, gekennzeichnet durch

einen beweglich angebrachten und im wesentlichen starren Arm (4), der mit dem ersten Kontakt (13) verbunden ist, und durch Federelemente (5, 6; 31, 32), die von dem Antriebsmittel (9) betätigt werden und so entworfen sind, daß durch sie eine Kraft ausgeübt wird, mit der die Kontakte in der ersten (geschlossenen) Position gehalten werden, wobei die Federelemente nicht Teil der umzuschaltenden Schaltung sind.

2. Bistabiles Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Arm (4) so angeordnet ist, daß er an einem Ende schwenkbar gelagert ist und daß am anderen Ende des Arms der bewegliche Kontakt (13) angebracht ist, wodurch das gelagerte Ende einen ersten Kontaktanschlußpunkt (14) bildet, und in dem an einem Ende des weiteren fest angebrachten Arms (11) der fest angeordnete Kontakt (12) angeordnet ist, wobei das andere Ende dieses Arms einen zweiten Kontaktanschlußpunkt (17) bildet und wobei die Arme so angeordnet sind, daß sie zumindest über einen Teilabschnitt ihrer Länge in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander verlaufen und voneinander elektrisch isoliert sind, damit unter dem Einfluß eines durch die beiden Arme fließenden, elektrischen Stroms wechselseitig ausgeübte, magnetische Kräfte ein Verharren der Kontakte in ihrer ersten (geschlossenen) Position bewirken.

3. Bistabiles Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arme eine längliche, flache Form zumindest im Hinblick auf die benachbart angeordneten Teile aufweisen.

4. Bistabiles Relais nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente aus einer ersten Blattfeder (5) bestehen, die sich entlang des beweglichen Arms (4) erstreckt und deren eines Ende in fester Weise mit dem beweglichen Arm verbunden ist und deren anderes Ende mit dem Antriebsmittel (9) verbunden ist, wobei das mit dem Antriebsmittel verbundene Ende in einem vorbestimmten Abstand von dem beweglichen Arm (4) gehalten wird, der größer als der des mit dem beweglichen Arm verbundenen Endes ist, und wobei die Kontakte so angeordnet sind, daß sie sich in die erste (geschlossene) Position bringen lassen, indem das mit dem Antriebsmittel verbundene und entfernt vom beweglichen Arm (4) liegende Ende der ersten Blattfeder (5) bewegt wird.

5. Bistabiles Relais gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Halten der Kontakte (12, 13) in einer gewissen Position ein weiteres als eine zweite Blattfeder (6) ausgebildetes Mittel enthält, das sich entlang des beweglichen Arms (4) erstreckt, und dessen eines Ende gehalten wird und dessen anderes Ende betriebsmäßig mit dem beweglichen Arm verbunden ist, wobei die zweite Blattfeder (6) zum Halten des beweglichen Arms in einer gewünschten Position unter Vorspannung steht.

6. Bistabiles Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (5) und zweite (6) Blattfeder eine einzige Einheit bilden, wobei die erste Blattfeder benachbart zum beweglichen Arm angebracht ist und die zweite Blattfeder an ihrem einen Ende fest mit dem beweglichen Arm in der Nähe seines Schwenkpunktes verbunden ist und das andere Ende der zweiten Blattfeder auf die erste Blattfeder einwirkt.

7. Bistabiles Relais gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Betriebsmittel ausgestattet ist, das an die auf den beweglichen Arm einwirkenden Federelemente angeschlossen ist, um in mechanischer Weise die Position der Kontakte zu verändern, wobei das Betriebsmittel auf das mit dem Antriebsmittel (9) verbundene Ende der ersten Blattfeder (5) einwirkt.

8. Bistabiles Relais gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Antriebsmittel enthält, um es mit elektrischen Pulsen jeder Polarität zum Verändern der Kontaktpositionen zu aktivieren.

9. Bistabiles Relais gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel ein erstes Magnetjoch (21) aus magnetischem Material mit einem im wesentlichen U-förmigen Abschnitt enthält, sowie eine elektrische Zylinderspule (24), die sich von dem geschlossenen Ende zu dem offenen Ende des ersten Magnetjochs (21) erstreckt, einen sich zum Teil in dem durch die Spule (24) begrenzten Raum erstreckenden Kern (25) aus magnetischem Material, der magnetisch mit dem ersten Magnetjoch (21) und einem beweglichen Magnetanker (10) aus magnetischem Material gekoppelt ist, und daß das Antriebsmittel ferner ein zweites Magnetjoch (22) aus magnetischem Material mit einem ähnlichen und im wesentlichen U-förmigen Abschnitt enthält, wobei das zweite Magnetjoch im Hinblick auf das erste Magnetjoch in umgekehrter Weise über die Spule des ersten Magnetjochs eingepaßt ist, sowie einen oder mehreren Permanentmagneten (20), die in dem zwischen den nebeneinander angeordneten Teilen der beiden Magnetjoche (21, 22) bestehenden Zwischenraum zum Halten der Kontakte (12, 13) in der ersten (geschlossenen) Position eingepaßt sind, wobei das zweite Magnetjoch eine Öffnung aufweist, durch die der Magnetanker (10) nach außen bewegt werden kann, so daß er auf die an dem beweglichen Arm (4) angebrachten Federelemente einwirken kann.

10. Bistabiles Relais nach Anspruch 9, rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen an einem Abschnitt des Magnetankers (10) angebrachten Körper (19) aufweist, der sich nach außen bewegen läßt und eine örtlich begrenzt ausgebildete Einkerbung aufweist, so daß die mit einem Schlitz versehene erste Blattfeder mit diesem Schlitz auf den Körper an der Stelle der örtlich begrenzt ausgebildeten Einkerbung einwirkt.

11. Bistabiles Relais gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein näherungsweise L-förmiges Gehäuse (2) aus elektrisch isolierendem Material aufweist, daß das Antriebsmittel (9) in dem durch den kurzen Schenkel (8) begrenzten Raum des Gehäuses (2) angeordnet ist, und daß der lange Schenkel (3) einen näherungsweise S-förmigen Abschnitt aufweist, in dessen eine Hälfte der feste Arm und in dessen andere Hälfte der bewegliche Arm (4) angeordnet sind.

12. Schaltmodul, ausgestattet mit einem bistabilen Relais gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse mit elektrischen Anschlüssen (41) und einem Schaltelement (42, 43), das ein Paar von Kontakten (46, 47) zum Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen vorbestimmten Anschlüssen enthält, wobei die Anschlüsse (12, 13) des bistabilen Relais elektrisch in Serie mit den Kontakten des Schaltelements verbunden sind und das Gehäuse mit einem Steuersignalanschluß (60) zum Versorgen des elektromagnetisch aktivierbaren Antriebsmittels des bistabilen Relais mit Energie enthält.

13. Schaltmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kontakte (11, 12) des bistabilen Relais als auch die Kontakte (46, 47) des Schaltelements mit Anschlüssen (51, 52, 53) des Gehäuses verbunden sind.

14. Schaltmodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Schaltelement enthält, das mehrere Kontaktpaare und mehrere bistabile Relais enthält, wobei die Kontakte eines oder mehrerer unterschiedlicher bistabiler Relais elektrisch in Serie mit einem Kontaktpaar des Schaltelements verbunden sind.

15. Schaltmodul gemäß einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalanschlüsse (60) an einem in federnder Weise in dem Gehäuse des Schaltmoduls gehaltenen Haltekörper (70) befestigt sind, wobei der Haltekörper (70) einen im wesentlichen blockförmigen Umfang aufweist, wobei an zwei entgegengesetzten Seiten zwei rechtwinklig zum Umfang verlaufende und federnde Elemente (73) ausgebildet sind, sowie eine weitere Seite (74), die mit den genannten Seiten verbunden ist und in deren Richtung abgerundet ist, und eine zu der weiteren Seite (74) entgegengesetzt angeordnete Seite zum Anbringen der Signalanschlüsse.

16. Schaltmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (70) aus Plastik hergestellt ist und einen im wesentlichen M-förmigen Abschnitt mit einem verbreiterten mittleren Abschnitt oder Basisabschnitt (71) zum Anbringen der Signalanschlüsse (60) aufweist, wobei der Basisabschnitt im ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts liegt und wobei sich wenigstens eine aufrechte Wand (74) an der Außenseite des Haltekörpers erstreckt und die Wand seitlich in Richtung des Basisabschnitts am vom Basisabschnitt abgewandten Ende abgerundet ist, und daß das Gehäuse des Schaltmoduls einen im wesentlichen rechtwinkligen Zwischenraum (75) mit einer Länge, Breite und Tiefe für die Aufnahme des Haltekörpers enthält, wobei die Länge so gewählt wird, daß der Haltekörper in einer zum ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts rechtwinkligen Richtung verschoben werden kann, und die Breite kleiner gewählt wird als die Abmessung des Haltekörpers, wenn diese im ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts parallel zum Basisabschnitt gemessen wird und die Tiefe so gewählt wird, daß sie im wesentlichen mit der Abmessung des Haltekörpers, im ebenen Teil des M-förmigen Abschnitts rechtwinklig zum Basisabschnitt übereinstimmt, und der Haltekörper eine Öffnung aufweist, durch die sich die Signalanschlüsse an die Außenseite des Gehäuses erstrecken können.

17. Schaltmodul nach Anspruch 12, 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalanschlüsse die Form eines Kantenverbinders aufweisen, um einen Kontakt mit Anschlußflächen am Rand eines Substrats herzustellen.