EP2994929A1 - Relais - Google Patents

Relais

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Publication number
EP2994929A1
EP2994929A1 EP15725568.8A EP15725568A EP2994929A1 EP 2994929 A1 EP2994929 A1 EP 2994929A1 EP 15725568 A EP15725568 A EP 15725568A EP 2994929 A1 EP2994929 A1 EP 2994929A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electromagnet
relay
contact
closed state
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15725568.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Bobert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP2994929A1 publication Critical patent/EP2994929A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/36—Stationary parts of magnetic circuit, e.g. yoke
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/04—Mounting complete relay or separate parts of relay on a base or inside a case
    • H01H50/041—Details concerning assembly of relays
    • H01H50/045—Details particular to contactors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/86—Means for introducing a predetermined time delay between the initiation of the switching operation and the opening or closing of the contacts

Definitions

  • a relay is an electromagnetically operated switch operated by electric current with at least two switch positions.
  • Relays are required in various applications for the galvanic isolation and the galvanic connection of two connections.
  • An application of relays are, for example, electrically powered vehicles. In these vehicles often occur high DC voltages that are to be connected and disconnected by the relay. To the
  • Energy consumption of the relay should be as small as possible.
  • the object of the present invention is to provide an improved relay which, for example, has a reduced energy requirement.
  • a relay which has a first terminal, a second terminal, a contact in one
  • closed state establishes an electrical connection between the first and second terminals and, in an open state, electrically isolates the first and second terminals, a first electromagnet configured to place the contact in the closed state when the first one Electromagnet turned on is, and a second electromagnet, the like
  • the first and the second electromagnet are two separate electromagnets. Each of the two electromagnets can be independent of each other in the relay
  • Partial steps is another solenoid responsible, so that in each of these steps only the really required energy consumption occurs. In particular, in the closed state of the contact, this only of the second
  • Electromagnets are kept closed.
  • the second electromagnet can be designed such that it has a lower energy consumption than the first
  • Electromagnet whereby in each case the energy consumption in
  • the first electromagnet only has to be switched on for the comparatively short closing of the contact. Accordingly, a larger energy consumption by the first electromagnet acts in one
  • Electromagnet can be very low. Since the first solenoid is always only briefly turned on, the first solenoid can be operated overridden according to the low on-time. In particular, as the first electromagnet, a magnet can be used which has a time-limited switch-on duration. The first electromagnet may also have a compact design, since, for example, the cooling of this magnet due to the short duration is not critical. The second electromagnet can also be relatively small, since a solenoid with a low power consumption can be used here.
  • the contact has a closed state and an opened state.
  • the contact may be mechanically connected to the first electromagnet so that the first electromagnet can transfer the contact from the opened state to the closed state.
  • the second electromagnet may be dimensioned such that its magnetic field is strong enough to hold the contact in the closed state and that its magnetic field is too weak to move the contact from the open state to the closed state.
  • Electromagnet in this way can be ideally adapted to the requirement of contact with a minimum
  • the second electromagnet may be configured to hold the contact in the closed state, when the first solenoid is off.
  • the first solenoid is needed only for moving the contact from its open to its closed state. Once the contact has reached the closed state, the first solenoid is needed only for moving the contact from its open to its closed state.
  • Electromagnet are turned off, so that no further energy is needed for this.
  • the relay may be configured such that the first solenoid is turned off by a switching operation of the contact from the open state to the closed state. In this way it can be ensured that the first solenoid is switched off as soon as it is no longer needed for the function of the relay. Accordingly, only the minimum required energy is consumed by the first electromagnet.
  • the relay may further include a device that turns off the first solenoid when the contact is in the closed state.
  • This device may, for example, be a microswitch which is actuated as soon as the contact has reached the closed state.
  • the relay may have a timing circuit, which the first electromagnet after a predetermined time
  • the device may, for example, be a capacitor via which current can initially flow, so that the first electromagnet is switched on and furthermore has reached its maximum charge after a predetermined time and now blocks, whereby the first electromagnet is turned off.
  • Other devices that turn off the first solenoid again after a certain turn-on time can be used.
  • the device may allow both at the beginning of the active state of the relay
  • Electromagnet are turned on and after a short time the first solenoid is turned off. In this way, the second electromagnet can spend more time on its own
  • Electromagnet is switched off.
  • the first electromagnet may be a
  • the solenoid can be used for movement of the contact.
  • a solenoid is therefore ideally suited for the task, the contact of a
  • the second electromagnet may be a
  • Arrest magnets act. Holding magnets have no air gap and are accordingly much stronger due to their design than comparable solenoids.
  • the magnet is ideally designed for the task, the contact in his
  • the relay may be further configured such that the contact from the closed state to the open
  • the second electromagnet can be switched on in one
  • Condition can be operated with a lower power than the first solenoid.
  • the second electromagnet may have a power consumption between 50 and 250 mA.
  • the first electromagnet may be configured to generate a magnetic field having a higher field strength than the second electromagnet. This stronger magnetic field is needed only for closing the contact.
  • the present invention relates
  • a contactor having the relay described above, wherein the relay is arranged in a gas-filled volume.
  • the contactor is a switch for large electrical power. Such a contactor will
  • FIG. 1 shows a relay in an idle state.
  • Figure 2 shows the relay in an active state.
  • Figure 3 shows a relay according to a second
  • Embodiment in a resting state Embodiment in a resting state.
  • Figure 4 shows the relay according to the second
  • Embodiment in an active state Embodiment in an active state.
  • FIG. 5 shows a circuit diagram of the relay.
  • Figure 6 shows a circuit diagram of the relay according to a
  • FIG. 1 shows a relay 1 which has a first terminal 2 and a second terminal 3. Between the first and second terminals 2, 3, a contact 4 is arranged.
  • the contact 4 may be either in an open state or in a closed state.
  • Figure 1 shows the contact 4 in its open state. In the opened state, the contact 4 separates the first and the second
  • Connection 2, 3 of relay 1 galvanically from each other.
  • the relay 1 is in an idle state, which is characterized in that the contact 4 is in its open state and accordingly no current can flow.
  • the relay 1 also has a first electromagnet 5 and a second electromagnet 6. The first electromagnet
  • the first electromagnet 5 is a
  • the first electromagnet 5 has an armature 7, which when switching on the first
  • Electromagnet 5 is offset from a first position to the second position.
  • FIG. 1 shows the armature 7 in its first position.
  • the armature 7 is mechanically connected to the contact 4.
  • the armature 7 has for this purpose a plate 8, on which the contact 4 is applied. If the armature 7 is displaced from its first position to its second position by the switching on of the first electromagnet 5, the contact 4 is thereby also moved. In particular, the contact 4 is thereby displaced from its open state to its closed state.
  • the second electromagnet 6 is an adhesion magnet.
  • the second electromagnet 6 is such
  • Magnetic field is not strong enough to move the contact 4 from the open state to the closed state, but strong enough to hold the contact 4, in the closed state.
  • the relay 1 has a device 9 for switching off the first electromagnet 5.
  • this device 9 is a microswitch.
  • the microswitch is arranged to be actuated by the armature 7 when the armature 7 is moved from its first position to its second position.
  • FIG. 2 shows the relay 1 in an active state.
  • Active state of the relay 1 is characterized in that the contact 4 is in its closed state.
  • the first electromagnet 5 is particularly dimensioned such that its magnetic field is strong enough to the armature 7 from its first position to its second position to lift.
  • the first electromagnet 5 is only in one
  • Transition phase is also the second solenoid 6 is turned on. If the relay 1 has reached its active state, the device 9 is to turn off the first
  • Electromagnet operated and this is turned off accordingly.
  • the armature 7 actuates the
  • the operation of the relay 1 was accordingly divided into the two substeps closing the contact 4 and holding the contact 4 in the closed state.
  • the first electromagnet 5 provides for the closing of the contact 4 and the second electromagnet 6 ensures that the contact 4 is kept in the closed state.
  • Electromagnet 6 is turned on while the first
  • Electromagnet 5 is turned off. In the closed state of the contact 4, therefore, only the lower occurs
  • the relay 1 may have a power consumption of 250 mA or less in the active state
  • the second electromagnet 6 is turned off. In this case, the contact 4 is no longer held in the closed state and will
  • Figures 3 and 4 show the relay 1 according to a second embodiment.
  • Figure 3 shows the relay 1 according to the second embodiment in its idle state and
  • Figure 4 shows the relay 1 in its active state.
  • the relay 1 according to the second embodiment
  • Relay 1 characterized in that the armature 7 of the first electromagnet 5 is mechanically connected to a return spring 13.
  • the armature 7 is in its second position, the return spring 13 is tensioned and exerts a force on the armature 7 in the direction of the first position.
  • the return spring 13 is dimensioned such that the force exerted by it on the armature 7 is not sufficient to overcome the force exerted by the second electromagnet 6 force.
  • the return spring 13 thus makes it possible to open the contact 4 even faster and to put the relay 1 faster from its active state to its idle state.
  • the switch-off time of relay 1 is influenced by the following factors: An electromagnet 5, 6 always tries to maintain the current state. When the electromagnet 5, 6 is switched off from the energized state, it takes a time until the idle state is established. In this time, a magnetic force acts on the armature 7. This causes the turn-off of the relay 1 and the opening of the contact 4 takes a certain amount of time. But it is desirable to switch off as quickly as possible to one
  • the first solenoid 5 is switched off immediately after switching on the relay 1, its turn-off is irrelevant.
  • the first electromagnet is a lifting magnet, it can be a comparatively slow one
  • the second electromagnet 6 may in particular be an adhesion magnet which exerts no force on the attracted armature 7 immediately after switching off, so that further influencing by the second electromagnet 6 is not possible.
  • the contact 4 is thus also in the one shown in Figures 1 and 2
  • Embodiment opened very quickly.
  • the opening time of the contact 4 can be further reduced by the return spring 13.
  • the relay 1 according to the second embodiment differs from the relay 1 shown in Figures 1 and 2 also in that here the device 9 for switching off the first electromagnet 5 has no switch which is actuated by the armature 7. Instead, the device 9, a timer, the first electromagnet 5 after a predetermined time after switching on the first electromagnet 5 again
  • Figure 5 shows a circuit diagram of the relay 1. The diagram shows that the first electromagnet 5 and the second
  • Electromagnet 6 are connected in parallel to each other.
  • the circuit diagram further comprises a device 10 for switching on and off the relay 1. This is a switch. Will the device 10 turn on
  • the relay 1 shown in FIG. 5 is designed such that the first electromagnet 5 is switched off immediately as soon as the contact 4 is in the closed state. Further, two mutually connected diodes 11, 12 are connected in parallel with the first electromagnet 5, wherein the diode 11 is a simple diode and the diode 12 a
  • Zener diode is.
  • the two diodes 11, 12 ensure that the voltage when switching off the first electromagnet 5 is short-circuited and thus disturbing effects when reducing the magnetic field are attenuated.
  • a varistor could also be connected in parallel to the first electromagnet 5.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of an alternative
  • Embodiment of the Relay 1. This relay 1 is designed such that the first electromagnet 5 is switched off after a predetermined, preferably very short time, after the contact 4 has reached the closed state.
  • the device 9 instead of the micro-switch, a capacitor 14 and a
  • the capacitor 14 is connected in series with the first solenoid 5. After switching on the relay 1, a current can first flow through the capacitor 14, with which the first solenoid 5 is operated. If the capacitor 14 is then fully charged, it locks, so that no more current flows and the first
  • Electromagnet 5 is turned off. Accordingly, the capacitor 14 forms a timing circuit which causes the first electromagnet 5 to be turned off after a predetermined time after the contact 4 is closed.
  • Reference sign list

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais (1), aufweisend einen ersten Anschluss (2), einen zweiten Anschluss (3), einen Kontakt (4), der in einem geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (2, 3) herstellt und der in einem geöffneten Zustand den ersten und den zweiten Anschluss (2, 3) galvanisch trennt, einen ersten Elektromagneten (5), der derart ausgestaltet ist, dass er den Kontakt (4) in den geschlossenen Zustand versetzt, wenn der erste Elektromagnet (5) eingeschaltet wird, und einen zweiten Elektromagneten (6), der derart ausgestaltet ist, dass er den Kontakt (4) in dem geschlossenen Zustand hält, wenn der Kontakt (4) sich im geschlossenen Zustand befindet und der zweite Elektromagnet (6) eingeschaltet ist.

Description

Beschreibung
Relais Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais. Ein Relais ist ein durch elektrischen Strom betriebener, elektromagnetisch wirkender Schalter mit zumindest zwei Schalterstellungen.
Relais sind in den verschiedensten Einsatzgebieten zur galvanischen Trennung und zur galvanischen Verbindung zweier Anschlüsse notwendig. Ein Einsatzgebiet von Relais sind beispielsweise elektrisch betriebene Fahrzeuge. In diesen Fahrzeugen treten häufig hohe Gleichspannungen auf, die durch das Relais verbunden und getrennt werden sollen. Um die
Batteriekapazität des elektrisch betriebenen Fahrzeuges möglichst geringfügig zu belasten, sollte der
Energieeigenverbrauch des Relais möglichst klein sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend ein verbessertes Relais bereitzustellen, das beispielsweise einen verringerten Energiebedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Relais gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
Es wird ein Relais vorgeschlagen, das einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen Kontakt, der in einem
geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss herstellt und der in einem geöffneten Zustand den ersten und den zweiten Anschluss galvanisch trennt, einen ersten Elektromagneten, der derart ausgestaltet ist, dass er den Kontakt in den geschlossenen Zustand versetzt, wenn der erste Elektromagnet eingeschaltet wird, und einen zweiten Elektromagneten, der derart
ausgestaltet ist, dass er den Kontakt in dem geschlossenen Zustand hält, wenn der Kontakt sich im geschlossenen Zustand befindet und der zweite Elektromagnet eingeschaltet ist, aufweist.
Der erste und der zweite Elektromagnet sind zwei voneinander getrennte Elektromagnete . Jeder der beiden Elektromagnete kann bei dem Relais unabhängig von dem jeweils anderen
Elektromagnet ein- und ausgeschaltet werden.
Es wurde somit erkannt, dass es möglich ist, die
Funktionsweise des Relais in zwei unterschiedliche
Teilschritte, das Schließen des Kontaktes und das geschlossen Halten des Kontaktes, zu untergliedern. Für jeden in dieser
Teilschritte ist ein anderer Elektromagnet verantwortlich, so dass in jedem dieser Teilschritte nur der wirklich benötigte Energieverbrauch auftritt. Insbesondere kann im geschlossenen Zustand des Kontaktes dieser lediglich von dem zweiten
Elektromagneten geschlossen gehalten werden. Dabei kann der zweite Elektromagnet derart ausgestaltet sein, dass er einen geringeren Energieverbrauch aufweist als der erste
Elektromagnet, wobei jeweils der Energieverbrauch im
eingeschalteten Zustand der Elektromagneten betrachtet wird.
Der erste Elektromagnet muss lediglich für das zeitlich vergleichsweise kurze Schließen des Kontaktes eingeschaltet sein. Dementsprechend wirkt ein größerer Energieverbrauch durch den ersten Elektromagneten sich in einer
Gesamtenergiebilanz des Relais kaum aus, da die Einschaltzeit des ersten Elektromagneten im Vergleich zu dem zweiten
Elektromagneten sehr gering sein kann. Da der erste Elektromagnet stets nur kurzzeitig eingeschaltet ist, kann der erste Elektromagnet entsprechend der geringen Einschaltzeit übersteuert betrieben werden. Insbesondere kann als erster Elektromagneten ein Magnet verwendet werden, der über eine zeitlich begrenzte Einschaltdauer verfügt. Der ersten Elektromagneten kann ferner einen kompakten Aufbau aufweisen, da beispielsweise die Kühlung dieses Magneten auf Grund der nur kurzen Einschaltdauer unkritisch ist. Der zweite Elektromagnet kann ebenfalls relativ klein sein, da hier ein Elektromagnet mit einem geringen Stromverbrauch verwendet werden kann.
Der Kontakt weist einen geschlossenen Zustand und einen geöffneten Zustand auf. Der Kontakt kann mechanisch mit dem ersten Elektromagneten verbunden sein, so dass der erste Elektromagnet den Kontakt von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand überführen kann. Ferner kann der
Kontakt in seinem geschlossenen Zustand an dem zweiten
Elektromagneten anliegen, so dass der zweite Elektromagnet den Kontakt in dem geschlossenen Zustand halten kann.
Ferner kann der zweite Elektromagnet derart dimensioniert sein, dass sein Magnetfeld stark genug ist, um den Kontakt in dem geschlossenen Zustand zu halten, und dass sein Magnetfeld zu schwach ist, um den Kontakt von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand zu versetzen. Der zweite
Elektromagnet kann auf diese Weise ideal auf die Anforderung angepasst sein, den Kontakt mit einem minimalen
Energieverbrauch geschlossen zu halten.
Ferner kann der zweite Elektromagnet derart ausgestaltet sein, dass er den Kontakt in dem geschlossenen Zustand hält, wenn der erste Elektromagnet ausgeschaltet ist.
Dementsprechend wird der erste Elektromagnet lediglich für das Bewegen des Kontaktes von seinem geöffneten in seinen geschlossenen Zustand benötigt. Sobald der Kontakt den geschlossenen Zustand erreicht hat, kann der erste
Elektromagnet ausgeschaltet werden, so dass für diesen keine weitere Energie benötigt wird.
Das Relais kann derart ausgestaltet sein, dass der erste Elektromagnet durch einen Schaltvorgang des Kontaktes von dem geöffneten Zustand in den geschlossen Zustand ausgeschaltet wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der erste Elektromagnet ausgeschaltet wird, sobald er für die Funktion des Relais nicht mehr benötigt wird. Dementsprechend wird lediglich die minimal benötigte Energie durch den ersten Elektromagneten verbraucht.
Das Relais kann ferner eine Vorrichtung aufweisen, die den ersten Elektromagneten ausschaltet, wenn der Kontakt in dem geschlossenen Zustand ist. Bei dieser Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Mikroschalter handeln, der betätigt wird, sobald der Kontakt den geschlossenen Zustand erreicht hat. Ferner kann das Relais eine Zeitschaltung aufweisen, die den ersten Elektromagneten nach einer vorgegebenen Zeit
ausschaltet, nachdem der Kontakt von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand versetzt worden ist. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Kondensator handeln, über den zunächst Strom fließen kann, so dass der erste Elektromagnet eingeschaltet wird und der ferner nach einer vorbestimmten Zeit seine maximale Ladung erreicht hat und nunmehr sperrt, wodurch der erste Elektromagnet ausgeschaltet wird. Auch andere Vorrichtungen, die den ersten Elektromagneten nach einer bestimmten Einschaltzeit wieder ausschalten, können eingesetzt werden. Eine solche
Vorrichtung kann es dementsprechend ermöglichen, dass zu Beginn des Aktivzustands des Relais zunächst beide
Elektromagneten eingeschaltet sind und nach kurzer Zeit der erste Elektromagnet ausgeschaltet wird. Auf diese Weise kann dem zweiten Elektromagneten mehr Zeit für seinen
Einschaltvorgang gegeben werden, so dass sichergestellt ist, dass der zweite Elektromagnet ein Magnetfeld mit der
gewünschten Feldstärke aufbauen konnte bevor der erste
Elektromagnet abgeschaltet wird.
Bei dem ersten Elektromagneten kann es sich um einen
Hubmagneten handeln. Der Hubmagnet kann für eine Bewegung des Kontaktes benutzt werden. Ein Hubmagnet ist dementsprechend ideal für die Aufgabe geeignet, den Kontakt von einer
Position in eine andere Position zu bewegen. Bei dem zweiten Elektromagneten kann es sich um einen
Haftmagneten handeln. Haftmagneten besitzen keinen Luftspalt und sind dementsprechend bauartbedingt wesentlich kräftiger als vergleichbare Hubmagnete. Der Haftmagnet ist ideal ausgestaltet für die Aufgabe, den Kontakt in seinem
geschlossenen Zustand zu halten. Insbesondere kann der
Kontakt in seinem geschlossenen Zustand an dem Haftmagneten anliegen und somit an diesem sozusagen anhaften.
Das Relais kann ferner derart ausgestaltet sein, dass der Kontakt von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten
Zustand versetzt wird, wenn der zweite Elektromagnet
ausgeschaltet wird. In diesem Fall ist keiner der beiden Elektromagneten eingeschaltet, so dass kein Energieverbrauch auftritt. Dadurch, dass der erste Elektromagnet bereits nach dem Kontaktschließen abgeschaltet wurde, ist insgesamt die Rückfallzeit beim Öffnen des Kontaktes sehr kurz, da nur noch das Magnetfeld des zweiten Elektromagneten abgebaut werden muss und somit nur geringe Kräfte auftreten.
Der zweite Elektromagnet kann in einem eingeschalteten
Zustand mit einer geringeren Leistung betrieben werden als der erste Elektromagnet. Beispielsweise kann der zweite Elektromagnet einen Stromverbrauch zwischen 50 und 250 mA aufweisen .
Ferner kann der erste Elektromagnet dazu ausgestaltet sein ein Magnetfeld mit einer höheren Feldstärke zu erzeugen als der zweite Elektromagnet. Dieses stärkere Magnetfeld wird lediglich für das Schließen des Kontaktes benötigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende
Erfindung ein Schütz, das das oben beschriebene Relais aufweist, wobei das Relais in einem gasgefüllten Volumen angeordnet ist. Das Schütz ist ein Schalter für große elektrische Leistungen. Ein solches Schütz wird
beispielsweise in elektrisch betriebenen Fahrzeugen
eingesetzt. Zwischen den Anschlüssen des Relais kann
dementsprechend ein Gleichstrom mit einer großen Stromstärke fließen. Wird nunmehr der Kontakt geöffnet, so kann es zu einem Funkenüberschlag kommen. Das Gas in dem gasgefüllten Volumen kann jedoch diesen Funkenüberschlag behindern bzw. vermindern .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren und
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Relais in einem Ruhezustand.
Figur 2 zeigt das Relais in einem Aktivzustand. Figur 3 zeigt ein Relais gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel in einem Ruhezustand.
Figur 4 zeigt das Relais gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel in einem Aktivzustand.
Figur 5 zeigt ein Schaltbild des Relais.
Figur 6 zeigt ein Schaltbild des Relais gemäß einer
alternativen Ausgestaltung.
Figur 1 zeigt ein Relais 1, das einen ersten Anschluss 2 und einen zweiten Anschluss 3 aufweist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 2, 3 ist ein Kontakt 4 angeordnet. Der Kontakt 4 kann sich entweder in einem geöffneten Zustand oder in einem geschlossenen Zustand befinden. Figur 1 zeigt den Kontakt 4 in seinem geöffneten Zustand. In dem geöffneten Zustand trennt der Kontakt 4 den ersten und den zweiten
Anschluss 2, 3 des Relais 1 galvanisch voneinander.
Dementsprechend kann kein Strom über den Kontakt 1 fließen. Das Relais 1 befindet sich in einem Ruhezustand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kontakt 4 in seinem geöffneten Zustand ist und dementsprechend kein Strom fließen kann. Das Relais 1 weist ferner einen ersten Elektromagneten 5 und einen zweiten Elektromagneten 6 auf. Der erste Elektromagnet
5 und der zweiten Elektromagnet 6 können jeweils ein- und ausgeschaltet werden. In dem in Figur 1 gezeigten Ruhezustand des Relais 1 sind der erste Elektromagnet 5 und der zweite Elektromagnet 6 ausgeschaltet.
Bei dem ersten Elektromagnet 5 handelt es sich um einen
Hubmagneten. Der erste Elektromagnet 5 weist dementsprechend einen Anker 7 auf, der beim Einschalten des ersten
Elektromagneten 5 von einer ersten Position in die zweite Position versetzt wird. Figur 1 zeigt den Anker 7 in seiner ersten Position. Der Anker 7 ist mechanisch mit dem Kontakt 4 verbunden. Der Anker 7 weist hierzu eine Platte 8 auf, auf der der Kontakt 4 aufgebracht ist. Wird der Anker 7 durch das Einschalten des ersten Elektromagneten 5 von seiner ersten Position in seine zweite Position versetzt, so wird dadurch auch der Kontakt 4 bewegt. Insbesondere wird der Kontakt 4 dadurch von seinem geöffneten Zustand in seinen geschlossenen Zustand versetzt.
Bei dem zweiten Elektromagneten 6 handelt es sich um einen Haftmagneten. Der zweite Elektromagnet 6 ist derart
dimensioniert, dass sein Magnetfeld nicht stark genug ist, um den Anker 7 von der ersten Position in die zweite Position zu heben, jedoch stark genug ist, um den Anker 7 in der zweiten Position zu halten, wenn er sich bereits in der zweiten
Position befindet. In der zweiten Position liegt der Anker 7 an dem zweiten Elektromagneten 6 an. Dementsprechend ist der zweite Elektromagnet 6 derart dimensioniert, dass sein
Magnetfeld nicht stark genug ist, um den Kontakt 4 von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand zu versetzen, jedoch stark genug, um den Kontakt 4, in dem geschlossenen Zustand zu halten.
Ferner weist das Relais 1 eine Vorrichtung 9 zum Ausschalten des ersten Elektromagneten 5 auf. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dieser Vorrichtung 9 um einen Mikroschalter . Der Mikroschalter ist derart angeordnet, dass er von dem Anker 7 betätigt wird, wenn der Anker 7 von seiner ersten Position in seine zweite Position bewegt wird. Durch eine Betätigung des
Mikroschalters wird der erste Elektromagnet 5 ausgeschaltet.
Figur 2 zeigt das Relais 1 in einem Aktivzustand. Der
Aktivzustand des Relais 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt 4 in seinem geschlossenen Zustand ist. Das Relais
1 wird dadurch in den Aktivzustand versetzt, dass der erste Elektromagnet 5 eingeschaltet wird. Dadurch wird der Anker 7 von seiner ersten Position in seine zweite Position gehoben und schließt dabei den Kontakt 4. Der erste Elektromagnet 5 ist insbesondere derart dimensioniert, dass sein Magnetfeld stark genug ist, um den Anker 7 von seiner ersten Position in seine zweite Position zu heben. Nun sind der erste Anschluss
2 und der zweite Anschluss 3 des Relais 1 über den Kontakt 4 elektrisch miteinander verbunden, so dass Strom durch das Relais 1 fließen kann.
Der erste Elektromagnet 5 ist lediglich in einer
Übergangsphase zwischen dem Ruhezustand des Relais 1 und dem Aktivzustand des Relais 1 eingeschaltet. In dieser
Übergangsphase ist ferner auch der zweite Elektromagnet 6 eingeschaltet. Hat das Relais 1 seinen Aktivzustand erreicht, so wird die Vorrichtung 9 zum Ausschalten des ersten
Elektromagneten betätigt und dieser wird dementsprechend ausgeschaltet. Insbesondere betätigt der Anker 7 den
Mikroschalter, so dass dieser den ersten Elektromagneten 5 ausschaltet . Im Aktivzustand des Relais 1 ist der zweite Elektromagnet 6 eingeschaltet. Das Magnetfeld des zweiten Elektromagneten 6 ist stark genug, um den Anker 7 in seiner zweiten Position zu halten und damit den Kontakt 4 geschlossen zu halten.
Die Funktionsweise des Relais 1 wurde dementsprechend in die zwei Teilschritte Schließen des Kontaktes 4 und Halten des Kontaktes 4 in dem geschlossenen Zustand aufgeteilt. Der erste Elektromagnet 5 sorgt für das Schließen des Kontaktes 4 und der zweite Elektromagnet 6 sorgt dafür, dass der Kontakt 4 in dem geschlossenen Zustand gehalten wird. Für das
Schließen des Kontaktes 4 ist ein deutlich stärkeres
Magnetfeld erforderlich als für das geschlossen Halten des Kontakts 4.
Dementsprechend wird der erste Elektromagnet 5 derart
dimensioniert, dass er ein Magnetfeld mit einer höheren
Feldstärke erzeugt als der zweite Elektromagnet 6. Somit erfordert der erste Elektromagnet 5 auch einen höheren
Stromverbrauch. Dieser höhere Stromverbrauch tritt jedoch lediglich während des zeitlich kurzen Vorgangs des Schließens des Kontaktes 4 auf. Ist der Kontakt 4 in seinem
geschlossenen Zustand, so ist lediglich der zweite
Elektromagnet 6 eingeschaltet, während der erste
Elektromagnet 5 ausgeschaltet ist. Im geschlossenen Zustand des Kontaktes 4 tritt daher lediglich der geringere
Stromverbrauch des zweiten Elektromagneten 6 auf.
Beispielsweise kann das Relais 1 in den Aktivzustand einen Stromverbrauch von 250 mA oder weniger aufweisen,
beispielsweise einen Stromverbrauch in einem Bereich zwischen 40 und 250 mA, insbesondere zwischen 50 und 150 mA. Um das Relais 1 nunmehr von seinem Aktivzustand in seinen Ruhezustand zurückzuversetzen, wird der zweite Elektromagnet 6 ausgeschaltet. In diesem Fall wird der Kontakt 4 nicht mehr in dem geschlossenen Zustand gehalten und wird
dementsprechend geöffnet. Insbesondere fällt in diesem Fall der Anker 7 von seiner zweiten Position zurück in seine erste Position .
Da beim Ausschalten des zweiten Elektromagneten 6 nur ein geringer Strom fließt, ist insgesamt die Rückfallzeit beim
Öffnen des Kontaktes 4 sehr kurz, da nur ein vergleichsweise geringes Magnetfeld abgebaut werden muss.
Die Figuren 3 und 4 zeigen des Relais 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Figur 3 zeigt dabei das Relais 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in seinem Ruhezustand und Figur 4 zeigt das Relais 1 in seinem Aktivzustand.
Das Relais 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten
Relais 1 dadurch, dass der Anker 7 des ersten Elektromagneten 5 mit einer Rückstellfeder 13 mechanisch verbunden ist.
Befindet sich der Anker 7 in seiner zweiten Position, so ist die Rückstellfeder 13 gespannt und übt auf den Anker 7 eine Kraft in Richtung der ersten Position aus. Die Rückstellfeder 13 ist jedoch derart dimensioniert, dass die von ihr auf den Anker 7 ausgeübte Kraft nicht ausreicht, um die von dem zweiten Elektromagneten 6 ausgeübte Kraft zu überwinden.
Dementsprechend verbleibt der Anker 7 in seiner zweiten
Position solange der zweite Elektromagnet 6 eingeschaltet ist . Wird der zweite Elektromagnet 6 ausgeschaltet, so wirkt nur noch die Rückstellfeder 13. Diese zieht nun den Anker 7 zurück in seine erste Position, so dass der Kontakt 4
geöffnet wird und das Relais 1 in seinen Ruhezustand versetzt wird. Die Rückstellfeder 13 ermöglicht es somit, den Kontakt 4 noch schneller zu öffnen und das Relais 1 schneller von seinem Aktivzustand in seinen Ruhezustand zu versetzen.
Die Ausschaltzeit des Relais 1 wird durch folgende Faktoren beeinflusst: Ein Elektromagnet 5, 6 versucht immer den aktuellen Zustand aufrechtzuhalten . Wenn der Elektromagnet 5, 6 aus dem bestromten Zustand abgeschaltet wird, dauert es eine Zeit, bis sich der Ruhezustand einstellt. In dieser Zeit wirkt auch noch eine magnetische Kraft auf den Anker 7. Dies führt dazu, dass der Ausschaltvorgang des Relais 1 bzw. das Öffnen des Kontaktes 4 eine gewisse Zeit dauert. Gewünscht ist aber ein möglichst schnelles Abschalten, um einen
Funkenüberschlag zu vermeiden. Da der erste Elektromagnet 5 gleich nach dem Einschalten des Relais 1 abgeschaltet wird, ist seine Abschaltdauer unerheblich. Insbesondere wenn es sich bei dem ersten Elektromagneten um einen Hubmagneten handelt, kann dieser ein vergleichsweise langsames
Abschaltverhalten aufweisen. Dieses ist jedoch nicht weiter von Bedeutung, da der erste Elektromagnet 5 abgeschaltet wird, während sich das Relais 1 in seinem Aktivzustand befindet. Bei dem zweiten Elektromagneten 6 kann es sich insbesondere um einen Haftmagneten handeln, der auf den angezogenen Anker 7 sofort nach dem Abschalten keine Kraft mehr ausübt, so dass eine weitere Beeinflussung durch den zweiten Elektromagneten 6 nicht möglich ist. Der Kontakt 4 wird also auch in dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel sehr schnell geöffnet. Die Öffnungszeit des Kontaktes 4 kann durch die Rückstellfeder 13 noch weiter verkürzt werden. Ferner unterscheidet sich das Relais 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sich von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Relais 1 auch dadurch, dass hier die Vorrichtung 9 zum Ausschalten des ersten Elektromagneten 5 keinen Schalter aufweist, der durch den Anker 7 betätigt wird. Stattdessen weist die Vorrichtung 9 eine Zeitschaltung auf, die den ersten Elektromagneten 5 nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Einschalten des ersten Elektromagneten 5 wieder
ausschaltet. Diese Zeitschaltung ist in den Figuren 3 und 4 nicht zu erkennen, wird aber später noch genauer erläutert.
Figur 5 zeigt ein Schaltbild des Relais 1. Das Schaltbild zeigt, dass der erste Elektromagnet 5 und der zweite
Elektromagnet 6 parallel zueinander verschaltet sind. Das Schaltbild weist ferner eine Vorrichtung 10 zum Ein- und Ausschalten des Relais 1 auf. Dabei handelt es sich um einen Schalter. Wird die Vorrichtung 10 zum Einschalten
geschlossen, so wird das Relais 1 von seinem Ruhezustand in seinen Aktivzustand versetzt. Dabei wird zunächst eine
Spannung an den ersten Elektromagneten 5 und an den zweiten Elektromagneten 6 angelegt, so dass beide Elektromagneten 5, 6 eingeschaltet sind. In Reihe mit dem ersten Elektromagneten 5 ist ferner die Vorrichtung 9 geschaltet, die den ersten Elektromagneten kurze Zeit nach seinem Einschalten wieder ausschaltet. Dabei handelt es sich hier um den Mikroschalter, der durch eine Bewegung des Ankers 7 betätigt wird.
Das in Figur 5 gezeigte Relais 1 ist so ausgestaltet, dass der erste Elektromagnet 5 sofort ausgeschaltet wird, sobald der Kontakt 4 in dem geschlossen Zustand ist. Ferner sind parallel zu dem ersten Elektromagneten 5 zwei gegeneinander geschaltete Dioden 11, 12 geschaltet, wobei die Diode 11 eine einfache Diode ist und die Diode 12 eine
Zehnerdiode ist. Die beiden Dioden 11, 12 sorgen dafür, dass die Spannung beim Ausschalten des ersten Elektromagneten 5 kurzgeschaltet wird und somit störende Effekte beim Abbauen des Magnetfeldes gedämpft werden. Alternativ zu den beiden Dioden 11, 12, könnte auch ein Varistor parallel zu dem ersten Elektromagneten 5 geschaltet sein.
Figur 6 zeigt ein Schaltbild einer alternativen
Ausgestaltungsform des Relais 1. Dieses Relais 1 ist so ausgestaltet, dass der erste Elektromagnet 5 nach einer vorgegebenen, vorzugsweise sehr kurzen Zeit, ausgeschaltet wird nachdem der Kontakt 4 den geschlossenen Zustand erreicht hat. Zu diesem Zweck weist bei dem Relais 1 die Vorrichtung 9 statt des Mikroschalters ein Kondensator 14 und einen
Widerstand 15 auf. Der Kondensator 14 ist in Reihe mit dem ersten Elektromagnet 5 geschaltet. Nach dem Einschalten des Relais 1 kann zunächst ein Strom über den Kondensator 14 fließen, mit dem der erste Elektromagnet 5 betrieben wird. Ist der Kondensator 14 dann vollständig geladen, so sperrt er, so dass kein Strom mehr fließt und der erste
Elektromagnet 5 ausgeschaltet wird. Dementsprechend bildet der Kondensator 14 eine Zeitschaltung, die dafür sorgt, dass der erste Elektromagnet 5 nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Schließen des Kontaktes 4 ausgeschaltet wird. Bezugs zeichenliste
1 Relais
2 erster Anschluss
3 zweiter Anschluss
4 Kontakt
5 erster Elektromagnet
6 zweiter Elektromagnet
7 Anker
8 Platte
9 Vorrichtung zum Ausschalten des ersten Elektromagneten
10 Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten des Relais
11 Diode
12 Diode
13 Rückstellfeder
14 Kondensator
15 Widerstand

Claims

Ein Relais (1), aufweisend
einen ersten Anschluss (2),
einen zweiten Anschluss (3) ,
einen Kontakt (4), der in einem geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (2, 3) herstellt und der in einem geöffneten Zustand den ersten und den zweiten Anschluss (2, 3) galvanisch trennt,
einen ersten Elektromagneten (5) , der derart
ausgestaltet ist, dass er den Kontakt (4) in den
geschlossenen Zustand versetzt, wenn der erste
Elektromagnet (5) eingeschaltet wird, und
einen zweiten Elektromagneten (6), der derart
ausgestaltet ist, dass er den Kontakt (4) in dem
geschlossenen Zustand hält, wenn der Kontakt (4) sich im geschlossenen Zustand befindet und der zweite
Elektromagnet (6) eingeschaltet ist.
Relais (1) gemäß Anspruch 1,
wobei der zweite Elektromagnet (6) derart dimensioniert ist, dass sein Magnetfeld stark genug ist, um den
Kontakt (4) in dem geschlossenen Zustand zu halten, und dass sein Magnetfeld zu schwach ist, um den Kontakt (4) von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand zu versetzen.
Das Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Elektromagnet (6) ferner derart
ausgestaltet ist, dass er den Kontakt (4) in dem
geschlossenen Zustand hält, wenn der erste Elektromagnet (5) ausgeschaltet ist. Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Relais (1) derart ausgestaltet ist, dass der erste Elektromagnet (5) dadurch ausgeschaltet wird, dass der Kontakt (4) von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand versetzt wird.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine Vorrichtung (9), die den ersten
Elektromagneten ausschaltet, wenn der Kontakt (4) in dem geschlossenen Zustand ist.
Relais (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das Relais (1) eine Zeitschaltung aufweist, die den ersten Elektromagneten (5) nach einer vorgegebenen Zeit ausschaltet, nachdem der Kontakt (4) von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand versetzt worden ist.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten Elektromagneten (5) um einen Hubmagneten handelt.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem zweiten Elektromagneten (6) um einen Haftmagneten handelt.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Relais (1) derart ausgestaltet ist, dass der Kontakt (4) von dem geschlossenen Zustand in den
geöffneten Zustand versetzt wird, wenn der zweite
Elektromagnet (6) ausgeschaltet wird.
10. Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der zweite Elektromagnet (6) in einem
eingeschalteten Zustand mit einer geringeren Leistung betrieben wird als der erste Elektromagnet (5) .
11. Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der erste Elektromagnet (5) dazu ausgestaltet ist, ein Magnetfeld mit einer höheren Feldstärke zu erzeugen als der zweite Elektromagnet (6) .
12. Schütz, aufweisend ein Relais (1) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche, wobei das Relais (1) in einem gasgefüllten Volumen angeordnet ist.
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