EP2645398A1

EP2645398A1 - Relais mit verbesserten Isolationseigenschaften

Info

Publication number: EP2645398A1
Application number: EP13161364.8A
Authority: EP
Inventors: Ralf Hoffmann; Jens Heinrich; Christian Müller; Olaf Abel; Thomas Kühne
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: DE102012006432B4; DE102012006432A1; ES2617048T3; EP2645398B1

Abstract

Elektromagnetisches Relais, gegen Kriechströme gewappnet. Ein Lastschalter (20) ist von dem Elektromagnetsystem räumlich getrennt angeordnet und ist von Isolationsmaterialwänden umgeben. Ein Diagnoseschalter (30) kann ähnlich angeordnet werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit einem Anker, einem Elektromagnetsystem und einem ersten und zweiten Schalter.

Hintergrund der Erfindung

Relais dieser Art sind bekannt ( US 4,703,293 , US 6,107,903 ). Diese Relais umfassen ein Elektromagnetsystem mit wenigstens einer Spule, einem Spulenkern und zwei Polschuhen, die zwei sich gegenüberstehende Relaisseiten definieren. Das Relaisgehäuse weist an den sich gegenüberstehenden Relaisseiten Festkontakte der Schalter auf. Die beweglichen Kontakte der Schalter sitzen am Ende von Kontaktfedern und werden von einer Isolationsplattform getragen, die Teil eines beweglichen Blockes ist, dem auch der Anker angehört. Jede der Kontaktfedern führt zu einem Mittelanschluss, die jeweils mit Anschlussstiften elektrisch verbunden sind. Die Isolationsstrecke zwischen jeweiliger Kontaktfeder und Anker bzw. Polschuh ist nicht sehr lang, so dass die bekannten Relais kein guten Isolationseigenschaften zeigen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektromagnetisches Relais anzugeben, das verbesserte Isolationseigenschaften gegenüber dem erörterten Stand der Technik zeigt.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Das elektromagnetische Relais umfasst ein Elektromagnetsystem mit wenigstens einer Spule, einem Spulenkern und zwei Polschuhen, die eine erste und eine zweite sich gegenüberstehende Relaisseite definieren. Dem Elektromagnetsystem ist ein Anker zugeordnet, dessen Stellung vom Erregungszustand des Elektromagneten abhängt. Es ist ein Relaisgehäuse zur Aufnahme des Elektromagnetsystems und von zwei an der ersten Relaisseite nebeneinander angeordneten Festkontakten vorgesehen, die räumlich vom Elektromagnetsystem getrennt sind und mit Anschlussstiften zur Nutzspannung verbunden sind. Das Relais umfasst wenigstens einen (ersten) Schalter, der eine erste Ankerfeder mit Brückenkontakt aufweist, die mit den beiden nebeneinander angeordneten Festkontakten zusammenarbeitet, um diese je nach Ankerstellung zu überbrücken oder zu trennen. Dabei ist der Schalter von Isolationsmaterialwänden umgeben. Die Schalterkontakte können in einem durch diese Isolationsmaterialwände gebildeten Kapselraum eingeschlossen sein. Indem zwei Festkontakte nebeneinander und in räumlicher Trennung von dem Elektromagnetsystem angeordnet sind, ist das Elektromagnetsystem von Kriechströmen oder Spannungsüberschlägen der geschalteten Nutzspannung weniger gefährdet. Zudem kann die Anordnung und die Gestaltung der beiden Festkontakte und des Brückenkontakts in Anpassung an die zu schaltende Spannung getroffen werden.
Zur Bildung dieser Abkapselung kann das Relaisgehäuse eine isolierende stationär angeordnete Haube aufweisen, die an der ersten Relaisseite den Anker und das Elektromagnetsystem abdeckt und diese gegenüber Kriechströmen durch Luft und entlang von Oberflächen absichert. Eine solche Haube bildet eine sehr lange Strecke für Kriechströme, so dass solche Kriechströme weitgehend unterdrückt werden.
Bei dieser Gestaltung mit vorzugsweise stationär angeordneter Haube ist es vorteilhaft, wenn der Anker mit einem isolierenden Block fest verbunden ist, der einen ersten Schenkel an der ersten Relaisseite und einen zweiten Schenkel an der zweiten Relaisseite aufweist, die Ankerfedern befestigt und die Bewegungen des Ankers mitmacht. Der erste Schenkel des isolierenden Blockes ist zum Anker hin mit einem Aussparungsfreiraum für die Haube ausgebildet. Die vorzugsweise stationäre Haube greift in den Aussparungsfreiraum hinein, der zwischen dem isolierenden Block und dem Anker gebildet ist und der genügend weit ist, um die Ankerbewegungen zuzulassen.
Das Elektromagnetsystem des Relais definiert eine vorbestimmte Baulänge innerhalb des Relaisgehäuses. Außerhalb der Baulänge des Elektromagnetsystems wird der Schalter angeordnet, der die Nutzspannung schaltet. Diese konstruktive Maßnahme führt zur guten räumlichen Trennung des Schalters von dem Elektromagnetsystem.
Zu Zwecken der Überwachung der Ankerstellung kann ein zweiter Schalter vorgesehen sein, der eine zweite Ankerfeder mit Brückenkontakt aufweist und an der zweiten Relaisseite angeordnet ist, um mit zwei dort nebeneinander angeordneten Festkontakten zusammenzuarbeiten. Durch diese Konstruktion wird eine gewisse Symmetrie der Bauteile des Relais erzielt.
Das erfindungsgemäße Relais kann als gepoltes Relais konzipiert werden. Hierzu gibt es einen Permanentmagneten, der zwischen den Polschuhen des Elektromagnetsystems angeordnet ist. Es ist zweckmäßig, das Elektromagnetsystem in einer Baugruppe zusammenzufassen und eine Polbaugruppe mit Polstücken und dem Permanentmagneten zu bilden. Dies erleichtert die Montage des Relais.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den Ansprüchen.

Kurzbeschreibung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung des Relais bei abgezogener Gehäusekappe,
Fig. 2: eine Seitenansicht des Relais,
Fig. 3: einen Längsschnitt durch das Relais und
Fig. 4: eine Explosionsdarstellung des Relais.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Das elektromagnetische Relais ist aus einem Magnetsystem und einem Schaltersystem aufgebaut, die durch Gehäusebauteile zusammengehalten und geschützt werden. Das Magnetsystem umfasst ein Elektromagnetsystem, das eine Spulenbaugruppe 10 aus einer auf einen Trägerkörper 5 gewickelten Spule 1, einem ferromagnetischen Kern 2 und aus ferromagnetischen Polschuhen 3 und 4 als Baueinheit aufweist. Zu dem Magnetsystem gehören noch Magnetflussteile 7, 8, ein Permanentmagnet 11 und ein Anker 12. Die Magnetflussteile 7 und 8 bilden die Pole des Elektromagnetsystem. Der Permanentmagnet 11 kann als Dreipol-Magnet ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, einen Zweipol-Permanentmagneten zu verwenden, der zwischen einem ferromagnetischen Lagerstück für den Anker 12 und einem der Pole 7 oder 8 gefügt ist.
Das Relais umfasst einen ersten Schalter oder Lastschalter 20 und einen zweiten Schalter oder Diagnoseschalter 30, die an sich gegenüberliegenden Seiten des Relais angeordnet sind. Der Schalter 20 weist zwei in gewissem Abstand voneinander angeordnete Festkontakte 21 und 22 sowie einen beweglichen Kontakt mit Kontaktstücken auf, die fest mit einer Kontaktfeder 24 verbunden sind und einen Brückenkontakt 23 bilden. Die Kontaktfeder 24 ist isolierend am Anker 12 befestigt. Die Festkontakte 21, 22 sind an metallischen Festkontaktträgern 25, 26 befestigt, die in dem isolierenden Trägerkörper 5 sitzen.
Der zweite Schalter 30 ist gleichartig zum ersten Schalter ausgebildet und weist Festkontakte 31, 32 und einen beweglichen Kontakt mit Kontaktstücken auf, die an einer Kontaktfeder 34 angebracht sind und einen Brückenkontakt 33 bilden. Die Kontaktfeder 34 ist isolierend am Anker 12 befestigt. Die Festkontakte 31, 32 sind an metallischen Festkontaktträgern 35, 36 befestigt, die nebeneinander in den Trägerkörper 5 eingesetzt sind.
Jede Kontaktfeder 24, 34 weist ein freies Ende auf, das den beweglichen Kontakt darstellt und gabelförmig gespalten ist, um zwei Kontaktfederschenkel zu bilden, an deren Unterseiten die Kontaktstücke der Brückenkontakte 23 bzw. 33 angebracht sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim Schließen des jeweiligen Schalters 20 oder 30 die jeweiligen Brückenkontakte 23 bzw. 33 über Federkraft mit den Festkontakten 21 und 22 bzw. 31 und 32 in Berührung kommen. Es versteht sich, dass die Federkraft auch von den Festkontakten ausgehen kann, wenn diese federnd ausgebildet sind (nicht dargestellt).
Der isolierende Trägerkörper 5 weist zwei Schenkel auf, an denen die jeweiligen Festkontakte der Schalter 20 bzw. 30 befestigt sind, und ein Verbindungsstück zwischen den Schenkeln des Trägerkörpers, das einen Spulenkörper zur Aufnahme der Spule 1 bildet.
Die Kontaktfedern 24 und 34 sind über einen isolierenden Block 13 mit dem Anker 12 verbunden, um dessen Bewegungen mitzumachen. Der isolierende Block 13 weist eine Aussparung 14 zur Seite des Schalters 20 auf, um einen Freiraum für eine isolierende Haube 15 zu bilden, die an dem isolierenden Trägerkörper 5 festgemacht ist. Wenn sich der Anker 12 und mit diesem der isolierende Block 13 bewegt, um den Schalter 20 oder 30 zu schließen, dann treffen die zur Haube 15 benachbarten Schenkel des Ankers 12 und des isolierenden Blocks 13 nicht auf die isolierende Haube 15. Es bleibt somit eine Strecke entlang der Oberfläche der isolierenden Haube 15 frei, die ausreichend lang ist, um Kriechströme von dem Schalter 20 zu dem Elektromagnetsystem zu verhindern.
In einer abgewandten Ausführungsform ist es auch möglich, die isolierende Haube an dem isolierenden Block anzubringen und einen Bewegungsspalt zwischen dem aufragenden Schenkel des Trägerkörpers 5 und den Stirnflächen des Polschuhes 3 und des Poles 7 vorzusehen.
Allerdings können bei dieser Ausführungsform keine so langen Strecken zur Verhinderung von Kriechströmen geschaffen werden wie bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform.
Der isolierende Block 13 weist einen Fortsatz auf, der die rechte Stirnseite des Ankers 12 in Fig. 3 abdeckt und so eine Isolationsmaterialwand gegenüber den Schalterkontakten 31, 32, 33 bildet.
Das Relaisgehäuse umfasst noch einen Sockel 40, der Träger für elektrische Anschlussstifte 41 bis 46 zu den Schaltern 20, 30 und zu der Spule 1 ist. Die Anschlussstifte 41, 42 für die Spule 1 stellen mehrfach gekröpfte Leiter dar. Die Anschlussstifte 43, 44 für den Schalter 20 sind kräftiger ausgeführt als die Anschlussstifte 45, 46 für den Schalter 30, da diese Anschlussstifte 43, 44 den Laststromkreis bedienen. Die Anschlussstifte 43 und 44 sind auf einer Seite des Sockels 40 eingebettet, während die Anschlussstifte 45 und 46 auf der anderen Seite des Sockels eingebettet sind. Die Anschlussstifte 43, 44 sind mit den Festkontaktträgern 25, 26 und die Anschlussstifte 45, 46 mit den Festkontaktträgern 35, 36 elektrisch verbunden.
Das Sockelgehäuse 40 umfasst noch einen Einsatzraum zur Aufnahme des isolierenden Trägerkörpers 5, der wiederum die Spulenbaugruppe 10 haltert. Zum Schutz des Inneren des Relais ist noch eine Gehäusekappe 50 vorgesehen, welche die Schalter 20, 30, den Trägerkörper 5 und das Sockelgehäuse 40 abdeckt.
Der Schalter 20 ist als Lastschalter und der Schalter 30 als Diagnoseschalter vorgesehen. Der Lastschalter 20 soll als Arbeitskontaktschalter betrieben werden, d. h. bei stromlosem Relais geöffnet sein, während der Diagnoseschalter 30 als Ruhekontaktschalter betrieben werden soll, d. h. bei stromlosem Relais geschlossen sein soll. Um dies zu erreichen, wird der Anker 12 als Wippanker mit unterschiedlich langen Schenkeln ausgebildet. Alternativ können die Polstücke 7, 8 unterschiedlich groß gemacht werden, um die magnetische Kraft auf einer Seite des Wippankers größer als auf der anderen Seite zu machen.
Der Lastschalter 20 kann für höhere Spannungen und/oder höhere Stromstärken ausgelegt werden. Zu diesem Zweck wird ein größerer Abstand zwischen den beiden Festkontakten 21, 22 gewählt, wodurch auch die beiden Kontaktkörper des beweglichen Kontaktes 23 auseinander rücken und die Funkenbildung zwischen den beiden Festkontakten 21, 22 erschwert wird.
Bemerkenswert an dem erfindungsgemäßen Relais ist der relativ große Abstand zwischen dem Lastschalter 20 und dem Elektromagnetsystem. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Schalter 20 gewissermaßen außerhalb der Baulänge des Elektromagnetsystems angeordnet ist, die Schalterbauteile sich also nicht mit den Bauteilen des Elektromagnetsystems überdecken. Der Lastschalter 20 befindet sich gewissermaßen in einem Kapselraum, der durch Wandteile der Gehäusekappe 50, Teilen des isolierenden Blocks 13, Teilen der isolierenden Haube 15 und Teilen des isolierenden Trägerkörpers 5 gebildet wird.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner definieren die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.

Claims

Elektromagnetisches Relais, umfassend:
- ein Elektromagnetsystem mit wenigstens einer Spule (1), einem Spulenkern (2) und zwei Polschuhen (3, 4), die eine erste und eine zweite sich gegenüberstehende Relaisseiten definieren,

- einen Anker (12) mit einem ersten Ankerende und einem zweiten Ankerende korrespondierend zu der ersten und zweiten Relaisseite, sowie mit zwei Stellungen, die vom Erregungszustand des Elektromagnetsystems abhängen,

- ein Relaisgehäuse zur Aufnahme des Elektromagnetsystems und mit Verankerung von zwei an der ersten Relaisseite nebeneinander angeordneten Festkontakten (21, 22), die räumlich vom Elektromagnetsystem getrennt sind und mit Anschlussstiften (43, 44) verbunden sind,

- wenigstens einen ersten Schalter (20), der eine erste isolierend am Anker befestigte Kontaktfeder (24) mit Brückenkontakt (23) aufweist, der mit den beiden nebeneinander angeordneten im Relaisgehäuse verankerten Festkontakten (21, 22) zusammenarbeitet, um diese je nach Ankerstellung zu überbrücken oder zu trennen, wobei der Schalter (20) von Isolationsmaterialwänden umgeben ist.
Relais nach Anspruch 1,
wobei das Relaisgehäuse eine isolierende Haube (15) aufweist, die an der ersten Relaisseite den Anker (12) und das Elektromagnetsystem abdeckt und gegenüber dem ersten Schalter (20) durch Schaffung von langen Kriechstromstrecken zusätzlich elektrisch isoliert.
Relais nach Anspruch 2,
wobei der Anker (12) mit einem isolierenden Block (13) fest verbunden ist, der einen ersten Schenkel an der ersten Relaisseite und einen zweiten Schenkel an der zweiten Relaisseite aufweist und die Bewegungen des Ankers (12) mitmacht,
wobei der erste Schenkel des isolierenden Blockes (13) die erste Kontaktfeder (24) aufnimmt und mit einem Aussparungsfreiraum (14) für die Haube (15) ausgebildet ist.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das Elektromagnetsystem eine vorbestimmte Baulänge innerhalb des Relaisgehäuses definiert und außerhalb der Baulänge des Elektromagnetsystems der erste Schalter (20) angeordnet ist.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei ein zweiter Schalter (30) vorgesehen ist, der eine zweite Kontaktfeder (34) mit Brückenkontakt (33) aufweist und an der zweiten Relaisseite angeordnet ist, um mit zwei dort nebeneinander angeordneten Festkontakten (31, 32) zusammenzuarbeiten.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei das Elektromagnetsystem eine Spulenbaugruppe (10) aus einer auf einen Trägerkörper (5) gewickelten Spule (1), einem ferromagnetischen Kern (2) und aus ferromagnetischen Polschuhen (3, 4) umfasst und wobei eine Polbaugruppe mit Polstücken (7, 8) und einem dazwischen angeordneten Permanentmagneten (11) vorgesehen ist und mit den Polschuhen (3, 4) des Elektromagnetsystem zusammenarbeitet.
Relais nach Anspruch 6,
wobei der Anker (12) als Wippanker mit leicht außermittiger Lagerung und mit magnetischer Verbindung zum Permanentmagneten (11) ausgebildet ist.
Relais nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei das Relaisgehäuse einen isolierenden Trägerkörper (5) zur Aufnahme von Teilen des Elektromagnetsystems und, jenseits der Baulänge des Elektromagnetsystem, der Festkontakte (21, 22; 31, 32) des ersten Schalters (20) und des zweiten Schalters (30) aufweist.
Relais nach Anspruch 8,
wobei die Festkontakte (21, 22; 31, 32) und mit diesen verbundene Festkontaktträger (25, 26; 35, 36) im isolierenden Trägerkörper (5) durch teilweises Einbetten der Festkontaktträger befestigt sind.
Relais nach Anspruch 9,
wobei der isolierende Trägerkörper (5) zwei Schenkel zur Aufnahme der Festkontaktträger (25, 26; 35, 36) und ein Zwischenstück aufweist, das als Spulenkörper zur Aufnahme der gewickelten Spule (1) ausgebildet ist.
Relais nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei ein Sockelgehäuse (40) mit einem Einsatzraum zur Aufnahme des isolierenden Trägerkörpers (5) vorgesehen ist, und wobei das Sockelgehäuse (40) seitlich angeordnete Bettungsbereiche zur Befestigung von Schalter-Anschlussstiften (43 - 46) aufweist.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
wobei der erste Schalter (20) ein Arbeitskontaktschalter und der zweite Schalter (30) ein Ruhekontaktschalter ist.