EP3616224A1 - Relais - Google Patents

Relais

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Publication number
EP3616224A1
EP3616224A1 EP18719562.3A EP18719562A EP3616224A1 EP 3616224 A1 EP3616224 A1 EP 3616224A1 EP 18719562 A EP18719562 A EP 18719562A EP 3616224 A1 EP3616224 A1 EP 3616224A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
relay
movable element
bimetallic strip
closed position
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.)
Pending
Application number
EP18719562.3A
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
TDK Electronics 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 TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP3616224A1 publication Critical patent/EP3616224A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
    • H01H1/504—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position by thermal means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/546—Contact arrangements for contactors having bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0202—Switches
    • H05B1/0213—Switches using bimetallic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/645—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part making a resilient or flexible connection

Definitions

  • a relay is an electromagnetically operated switch operated by electric current with at least two switch positions.
  • Object of the present invention is therefore, a
  • a relay which has a first contact, a second contact and a movable element.
  • the movable element can be in a closed
  • the movable member Position and in an open position. In the closed position, the movable member electrically connects the first contact to the second contact. The first contact and the second contact are electrically isolated from each other when the movable element in the open
  • the relay has at least one bimetallic strip, which is designed to deform at a temperature increase and the like
  • the bimetal strip can particularly preferably press the movable element against the first and second contact without deforming the movable element in the process. In other words, only the bimetallic strip deforms, not the movable element.
  • Bimetallic strip pressed against the first and the second contact, thereby the contact pressure between the movable member and the contacts can be increased.
  • An increased contact pressure has a reduction of
  • Bimetallic strip and thus enabling increased contact force can thus extend the life of the relay
  • a bimetal strip may have two layers of different metals, which are connected to one another in a material-locking or form-fitting manner. Bimetallic strips are designed to change shape as the temperature changes. Cause for the change of shape
  • the bimetallic strip may have a rest state, which may also be referred to as a non-deformed state.
  • the bimetallic strip may be in its quiescent state when the temperature of the bimetallic strip is below its activation temperature.
  • the bimetal strip may also have an active state, which may also be referred to as a deformed state.
  • the bimetallic strip may be in the active state when the temperature of the bimetallic strip is above its activation temperature. In the active state, the bimetallic strip due to the
  • the activation temperature may be higher than a normal room temperature of 21 ° C.
  • the activation temperature of the bimetallic strip can
  • the at least one bimetal strip is configured to deform after a temperature increase. The deformation can occur when the temperature of the
  • Bimetal strip the above activation temperature exceeds.
  • the temperature increase can be caused by heat loss, which generates a current flowing through the relay at the contact points of the movable element with the contacts.
  • the movable element may be relative to the contacts
  • the movable element may be a bridge.
  • the movable element may be mechanically connected to an armature which can be moved by a magnet.
  • the relay may have a magnet to do so
  • the magnet is configured to move the movable member from the open position to the closed position when the magnet is turned on.
  • the magnet may be further configured to move the movable member from the
  • the magnet may be an electromagnet.
  • the magnet may be a lifting magnet. If the magnet is turned on, it can exert a force on the movable element, due to the
  • the moving element is moved to the closed position.
  • the magnet can exert a force on an armature which is mechanically connected, for example via a spring-loaded connection, to the movable element. If the magnet is switched off, the movable element of the
  • the magnet may be designed to be movable
  • the bimetal strip can exert an additional force on the movable element, which also contributes to the movable element in the closed
  • a first end of the at least one bimetallic strip may be attached to the movable member. Accordingly, the bimetal strip can apply a force directly to the
  • the movable member may have an upper surface facing the first and second contacts and a lower surface facing the upper side.
  • Top may be arranged a contact element which is adapted to, in the closed position of the
  • movable member to be electrically contacted directly with the first contact, wherein the first end of the at least one bimetallic strip is arranged on the underside of the movable element below the contact element.
  • Elements stands, cutting both the contact element and the first contact. If the first end of the at least one bimetallic strip is arranged in the immediate vicinity of the contact element, the heat loss arising between the contact element and the first contact rapidly reaches the at least one bimetallic strip and thus leads to an increase in the temperature of the at least one bimetallic strip. The closer the bimetallic strip at the contact point of the first Contact is attached to the contact element, the more
  • a second end of the at least one bimetallic strip may be free-standing. Accordingly, the second end can not be fixedly attached to another element. Upon deformation of the bimetallic strip, the position of the second end may change relative to the first end.
  • the relay can have a mechanical stop.
  • the at least one bimetallic strip may be arranged such that when the movable element is arranged in the closed position and after the deformation of the movable element
  • Bimetal strip as a result of the temperature increase, the second end of the at least one bimetallic strip rests against the stop.
  • a concern with the stop may in this case mean that the bimetal strip is clamped between the stop and the movable element. It can the
  • Bimetallic strip exert a force on the movable member, by which the contact force between the movable member and the contacts is increased.
  • the mechanical stop may be arranged on an armature which is spring-loaded with the movable element
  • the armature may be configured to be moved by the magnet. In this case, the armature and thus the mechanical stop can be moved by a greater distance than the movable element. A contact force with which the movable element in the closed position against the first and the second
  • Contact can be determined by a spring constant of the spring-loaded connection when moving Element is in the closed position and the at least one bimetallic strip is not due to a
  • the contact force can be determined by a contact pressure of the at least one bimetallic strip, when the movable element is in the closed position and the at least one
  • Bimetallic strip is deformed as a result of a temperature increase.
  • the contact force which is determined by the contact pressure of the at least one bimetallic strip, be greater than the contact force, the spring constant
  • a contact resistance between the contacts and the movable member may be reduced due to the higher contact force when the at least one bimetallic strip has deformed.
  • a reduced contact resistance leads to lower losses and thus less heating due to heat loss.
  • the at least one bimetal strip may be arranged to increase, after deformation, a contact force with which the movable member is pressed in the closed position against the first and second contacts.
  • the at least one bimetallic strip may have a layer comprising MnCul8NilO and a layer comprising FeNi36 or consist of these two layers.
  • the layer comprising MnCul8NilO can be an active
  • the relay can have two bimetallic strips.
  • a first bimetal strip in the immediate vicinity of the first contact and a second bimetallic strip may be arranged in the immediate vicinity of the second contact. All in the
  • the relay may comprise more than two bimetal strips, each of which may be attached to the movable element.
  • FIG. 1 shows a relay in an open position.
  • Figure 2 shows the relay in a closed position with the bimetallic strips in an idle state.
  • FIG. 3 shows the relay in its closed position with the bimetallic strips in an activated state.
  • FIG. 1 shows a relay 1 in an open position.
  • the relay 1 has a first contact 2 and a second contact 3. Furthermore, the relay 1 has a movable element 4, which may be in an open position or in a closed position.
  • Figure 1 shows the movable element 4 in the open position. In the open position, the movable element 4 does not electrically connect the first contact 2 with the second contact 3. In the open position of the relay 1, this is located movable element 4 in its open position. In the closed position of the relay 1 is the
  • the movable element 4 in its closed position.
  • the movable element 4 has an upper side 5, which faces the first contact 2 and the second contact 3.
  • the relay 1 further comprises an armature 9 and a magnet 10 which is adapted to move the armature 9.
  • the magnet 10 is an electromagnet that can be turned on and off.
  • the magnet 10 is a lifting magnet.
  • the armature 9 can assume a first position and a second position.
  • Figure 1 shows the armature 9 in its first
  • the armature 9 comprises a metallic material. If the magnet 10 is turned on, the field generated by the magnet 10 exerts a force on the armature 9, the armature 9 from the In the first position shown in Figure 1 in the second position shown in Figure 2 moves.
  • the armature 9 is mechanically connected to the movable element 4 via a spring-loaded connection 11, which has a mechanical spring. If the armature 9 due to a
  • each of the two bimetal strips 13, 13 a has a layer comprising a first material and a layer comprising a second material, wherein the
  • the first and the second material differ in theirs
  • the first material may be MnCul8MilO and the second material may be FeNi36. If the bimetallic strips 13, 13a are subjected to a temperature change, they deform as a result of the different ones
  • Each of the two bimetal strips 13, 13a can be in a rest state and an active state.
  • Bimetallic strip 13, 13a in their respective resting state. If the temperature rises and exceeds one
  • the bimetallic strips 13, 13a deform and thereby assume their active state. If the temperature decreases and falls below the activation temperature, the bimetallic strips 13, 13a return to their idle state. The active state of the bimetallic strip 13, 13a
  • Bimetallic strip 13, 13a are deformed.
  • the extent of the bimetallic strip 13, 13a in a direction perpendicular to the bottom 12 of the movable element 4 in the active state is greater than in the idle state.
  • a first end 14, 14a of each of the two bimetal strips 13, 13a is fixed to the underside 12 of the movable element 4.
  • Bimetal strip 13a is disposed immediately below the second contact element 7. Accordingly, when the contact elements 6, 7 are heated, the resulting heat may well reach the bimetallic strips 13, 13a and heat the bimetal strips 13, 13a.
  • a second end 15, 15a of the two bimetal strips 13 is free-standing.
  • bimetallic strip 13, 13a is not fixed and can move relative to the first end 14, 14a.
  • Bimetallic strip 13, 13 a is not fixed to the movable element 4. Furthermore, the second end 15, 15 a of the two Bimetallic strip 13, 13a as shown in Figure 1 recognizable from
  • the relay 1 has a mechanical stop 16.
  • the mechanical stop 16 is formed by a sleeve which is fixed to the armature 9. In the open state of the relay 1, the second end 15, 15 a of the two
  • Stop 16 separated by a gap.
  • Figure 2 shows the relay 1 in its closed position, wherein the bimetallic strip 13, 13a are each in their undeformed states of rest.
  • a current can flow through the relay 1.
  • the magnet 10 When the magnet 10 is turned on, it moves the armature 9 and thus the movable element 4 toward the contacts 2, 3.
  • the movable element 4 is transferred to its closed position. In the closed position, the first and the second contact 2, 3 on the on the
  • the bimetal strips 13, 13a undergo no deformation and initially remain in their quiescent states.
  • the contacts 2, 3, the contact elements 6, 7 and their respective immediate environment are strongly heated. Accordingly, the first ends 14, 14a of the bimetallic strip 13, 13a and thus the entire
  • Bimetallic strip 13, 13 a heated.
  • the contact force between the movable element 4 and the contacts 2, 3 is determined essentially by the spring constant of the sprung connection 11 when the movable element 4 is in its closed position and the bimetal strips 13, 13a, as shown in FIG their respective resting state.
  • FIG. 3 shows the relay 1 in its closed state, wherein the bimetallic strips 13, 13a have deformed. If the bimetal strips 13, 13a have been heated beyond the activation temperature, deformation of the bimetallic strips 13, 13a occurs. In the deformation of
  • Bimetallic strip 13, 13 a the second end 15, 15 a of the respective bimetallic strip 13, 13 a from the bottom 12 of the movable member 4 moves away.
  • the second end 15, 15a of the bimetallic strip 13, 13a strikes against the mechanical stop 16 of the relay 1, which prevents further deformation of the bimetallic strip 13, 13a.
  • the bimetallic strip 13, 13 a is pressed between the mechanical stop 16 and the movable element 4.
  • the bimetal strips 13, 13a now exert a force on the movable element 4, which presses the movable element 4 in the direction of the first and the second contact 2, 3.
  • the contact force on the contacts 2, 3 is increased.
  • the bimetallic strips 13, 13a push the movable member 4 against the first and second contacts 2, 3 without deforming the movable member 4 thereby.
  • the movable element 4 is not deformed as shown.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais (1), das einen ersten Kontakt (2), einen zweiten Kontakt (3) und ein bewegliches Element (4), das in einer geschlossenen Position und in einer geöffneten Position angeordnet sein kann, aufweist, wobei das bewegliche Element (4) in der geschlossenen Position den ersten Kontakt (2) elektrisch mit dem zweiten Kontakt (3) verbindet, wobei der erste Kontakt (2) und der zweite Kontakt (3) elektrisch voneinander isoliert sind, wenn das bewegliche Element (4) in der geöffneten Position angeordnet ist, und wobei das Relais (1) zumindest einen Bimetallstreifen (13) aufweist, der dazu ausgestaltet ist, sich bei einer Temperaturerhöhung zu verformen und der derart angeordnet ist, dass der zumindest eine Bimetallstreifen (13) nach seiner Verformung das bewegliche Element (4) gegen den ersten und den zweiten Kontakt (2, 3) drückt.

Description

Beschreibung Relais Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais. Ein Relais ist ein durch elektrischen Strom betriebener, elektromagnetisch wirkender Schalter mit zumindest zwei Schalterstellungen.
Befindet sich das Relais in einer geschlossenen
Schalterstellung, so wird zwischen festen Kontakten und einem beweglichen Element ein elektrischer Stromkreis geschlossen und es kann ein Strom fließen. An den Kontaktstellen zwischen den festen Kontakten und dem beweglichen Element ist der Übergangswiderstand gegenüber den restlichen Leitungen erhöht. Dementsprechend kommt es an den Kontaktstellen zu hohen Verlusten und infolge dessen können sich Verlustwärme und eine nicht unerhebliche Hitze bilden. Insbesondere bei dem Einsatz eines Relais in einem geschlossenen Gehäuse oder bei hohen Umgebungstemperaturen kann sich eine solche
Verlustwärme störend auswirken, da unter Umständen eine aufwendige Kühlung erforderlich werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
verbessertes Relais anzugeben, bei dem beispielsweise das Entstehen von Verlustwärme begrenzt werden kann. Insbesondere soll das Entstehen von Verlustwärme vermieden oder zumindest vermindert werden, ohne dafür eine Kühlung einsetzen zu müssen . Diese Aufgabe wird durch ein Relais gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es wird ein Relais vorgeschlagen, das einen ersten Kontakt, einen zweiten Kontakt und ein bewegliches Element aufweist. Das bewegliche Element kann sich in einer geschlossenen
Position und in einer geöffneten Position befinden. In der geschlossenen Position verbindet das bewegliche Element den ersten Kontakt elektrisch mit dem zweiten Kontakt. Der erste Kontakt und der zweite Kontakt sind elektrisch voneinander isoliert, wenn das bewegliche Element in der geöffneten
Position angeordnet ist. Das Relais weist zumindest einen Bimetallstreifen auf, der dazu ausgestaltet ist, sich bei einer Temperaturerhöhung zu verformen und der derart
angeordnet ist, dass der Bimetallstreifen nach seiner
Verformung das bewegliche Element gegen den ersten und den zweiten Kontakt drückt. Hierbei kann der Bimetallstreifen besonders bevorzugt das bewegliche Element gegen den ersten und zweiten Kontakt drücken, ohne das bewegliche Element dabei zu verformen. Mit anderen Worten verformt sich nur der Bimetallstreifen, nicht aber das bewegliche Element.
Wird das bewegliche Element durch den zumindest einen
Bimetallstreifen gegen den ersten und den zweiten Kontakt gedrückt, so kann dadurch der Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Element und den Kontakten erhöht werden. Ein erhöhter Kontaktdruck hat eine Reduzierung des
Übergangswiderstandes zwischen den Kontakten und dem
beweglichen Element zur Folge. Dementsprechend können
geringere Verluste auftreten, wenn das bewegliche Element durch den zumindest einen Bimetallstreifen gegen die Kontakte gedrückt wird. Geringere Verluste können dazu führen, dass an den Übergangsstellen zwischen den Kontakten und dem
beweglichen Element weniger Wärme erzeugt wird und damit eine übermäßige Erhitzung des Relais vermieden werden kann.
Andernfalls könnte eine dauerhafte übermäßige Erhitzung zu einem Abbrand der Oberflächen der Kontakte führen, wodurch das Relais beschädigt würde und die Lebensdauer des Relais begrenzt würde. Die Verwendung des zumindest einen
Bimetallstreifens und die damit ermöglichte Erhöhung der Kontaktkraft können somit die Lebensdauer des Relais
verbessern.
Ein Bimetallstreifen kann zwei Schichten unterschiedlicher Metalle aufweisen, die miteinander stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sind. Bimetallstreifen sind dazu ausgestaltet, bei einer Temperaturänderung ihre Form zu verändern. Ursache für die Änderung der Form sind
unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der
verwendeten Metalle.
Der Bimetallstreifen kann einen Ruhezustand aufweisen, der auch als nicht verformter Zustand bezeichnet werden kann. Der Bimetallstreifen kann sich in seinem Ruhezustand befinden, wenn die Temperatur des Bimetallstreifens unterhalb seiner Aktivierungstemperatur liegt. Der Bimetallstreifen kann ferner einen Aktivzustand aufweisen, der auch als verformter Zustand bezeichnet werden kann. Der Bimetallstreifen kann sich in dem Aktivzustand befinden, wenn die Temperatur des Bimetallstreifens über seiner Aktivierungstemperatur liegt. Im Aktivzustand kann der Bimetallstreifen auf Grund der
Temperaturerhöhung verformt sein. Die Aktivierungstemperatur kann höher sein als eine übliche Raumtemperatur von 21 °C. Die Aktivierungstemperatur des Bimetallstreifens kann
beispielsweise zwischen 45°C und 55°C liegen. Der zumindest eine Bimetallstreifen ist dazu ausgestaltet, sich nach einer Temperaturerhöhung zu verformen. Dabei kann die Verformung auftreten, wenn die Temperatur des
Bimetallstreifens die oben genannte Aktivierungstemperatur überschreitet. Die Temperaturerhöhung kann durch Verlustwärme hervorgerufen werden, die ein über das Relais fließender Strom an den Kontaktstellen des beweglichen Elements mit den Kontakten erzeugt.
Das bewegliche Element kann relativ zu den Kontakten
beweglich sein. Das bewegliche Element kann eine Brücke sein. Das bewegliche Element kann mechanisch mit einem Anker verbunden sein, der durch einen Magneten bewegt werden kann.
Das Relais kann einen Magneten aufweisen, der dazu
ausgestaltet ist, das bewegliche Element von der geöffneten Position in die geschlossene Position zu bewegen, wenn der Magnet eingeschaltet wird. Der Magnet kann ferner dazu ausgestaltet sein, das bewegliche Element von der
geschlossenen Position in die geöffnete Position zu bewegen, wenn der Magnet ausgeschaltet wird.
Bei dem Magneten kann es sich um einen Elektromagneten handeln. Bei dem Magneten kann es sich um einen Hubmagneten handeln. Wird der Magnet eingeschaltet, so kann er eine Kraft auf das bewegliche Element ausüben, aufgrund der das
bewegliche Element in die geschlossene Position bewegt wird. Der Magnet kann eine Kraft auf einen Anker ausüben, der mechanisch, beispielsweise über eine gefederte Verbindung, mit dem beweglichen Element verbunden ist. Wird der Magnet ausgeschaltet, so kann das bewegliche Element von der
geschlossenen Position in die geöffnete Position bewegt werden .
Der Magnet kann dazu ausgestaltet sein, das bewegliche
Element in seiner geschlossenen Position zu halten, so lange der Magnet eingeschaltet ist. Nach einer Verformung des zumindest einen Bimetallstreifens in Folge der
Temperaturerhöhung kann der Bimetallstreifen eine zusätzliche Kraft auf das bewegliche Element ausüben, die ebenfalls dazu beiträgt, das bewegliche Element in der geschlossenen
Position zu halten und die dafür sorgt, dass die Kontaktkraft mit der das bewegliche Element an die Kontakte angedrückt wird, erhöht wird.
Ein erstes Ende des zumindest einen Bimetallstreifens kann an dem beweglichen Element befestigt sein. Dementsprechend kann der Bimetallstreifen eine Kraft unmittelbar auf das
bewegliche Element ausüben.
Das bewegliche Element kann eine Oberseite, die dem ersten und dem zweiten Kontakt zugewandt ist, und eine Unterseite, die der Oberseite gegenüberliegt, aufweisen. Auf der
Oberseite kann ein Kontaktelement angeordnet sein, das dazu ausgestaltet ist, in der geschlossenen Position des
beweglichen Elements unmittelbar mit dem ersten Kontakt elektrisch kontaktiert zu sein, wobei das erste Ende des zumindest einen Bimetallstreifens auf der Unterseite des beweglichen Elements unterhalb des Kontaktelements angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Flächennormale, die senkrecht zu der Oberseite und zu der Unterseite des beweglichen
Elements steht, sowohl das Kontaktelement als auch den ersten Kontakt schneiden. Ist das erste Ende des zumindest einen Bimetallstreifens in unmittelbarer Nähe des Kontaktelements angeordnet, erreicht die zwischen dem Kontaktelement und dem ersten Kontakt entstehende Verlustwärme den zumindest einen Bimetallstreifen schnell und führt somit zu einer Erhöhung der Temperatur des zumindest einen Bimetallstreifens. Je näher der Bimetallstreifen an der Kontaktstelle des ersten Kontakts zu dem Kontaktelement angebracht ist, desto
sensibler kann er auf entstehende Verlustwärme reagieren.
Ein zweites Ende des zumindest einen Bimetallstreifens kann freistehend sein. Dementsprechend kann das zweite Ende nicht fest an einem weiteren Element befestigt sein. Bei einer Verformung des Bimetallstreifens kann die Position des zweiten Endes sich relativ zu dem ersten Ende verändern. Das Relais kann einen mechanischen Anschlag aufweisen. Der zumindest eine Bimetallstreifen kann derart angeordnet sein, dass bei einer Anordnung des beweglichen Elements in der geschlossenen Position und nach der Verformung des
Bimetallstreifens in Folge der Temperaturerhöhung das zweite Ende des zumindest einen Bimetallstreifens an dem Anschlag anliegt. Ein Anliegen an dem Anschlag kann in diesem Fall bedeuten, dass der Bimetallstreifen zwischen dem Anschlag und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Dabei kann der
Bimetallstreifen eine Kraft auf das bewegliche Element ausüben, durch die die Kontaktkraft zwischen dem beweglichen Element und den Kontakten erhöht wird.
Der mechanische Anschlag kann an einem Anker angeordnet sein, der mit dem beweglichen Element über eine gefederte
Verbindung verbunden ist. Der Anker kann dazu ausgestaltet sein, von dem Magneten bewegt zu werden. Dabei kann der Anker und damit der mechanische Anschlag um eine größere Strecke bewegt werden als das bewegliche Element. Eine Kontaktkraft, mit der das bewegliche Element in der geschlossenen Position gegen den ersten und den zweiten
Kontakt gedrückt wird, kann von einer Federkonstante der gefederten Verbindung bestimmt werden, wenn das bewegliche Element sich in der geschlossenen Position befindet und der zumindest eine Bimetallstreifen nicht in Folge einer
Temperaturerhöhung verformt ist. Die Kontaktkraft kann von einem Anpressdruck des zumindest einen Bimetallstreifens bestimmt werden, wenn das bewegliche Element sich in der geschlossenen Position befindet und der zumindest eine
Bimetallstreifen in Folge einer Temperaturerhöhung verformt ist. Dabei kann die Kontaktkraft, die von dem Anpressdruck des zumindest einen Bimetallstreifens bestimmt wird, größer sein als die Kontaktkraft, die von der Federkonstante
bestimmt wird. Dementsprechend kann ein Übergangswiderstand zwischen den Kontakten und dem beweglichen Element in Folge der höheren Kontaktkraft reduziert sein, wenn der zumindest eine Bimetallstreifen sich verformt hat. Ein reduzierter Übergangswiderstand führt zu geringeren Verlusten und damit einer geringeren Erhitzung durch Verlustwärme.
Der zumindest eine Bimetallstreifen kann derart angeordnet sein, dass er nach der Verformung eine Kontaktkraft erhöht, mit der das bewegliche Element in der geschlossenen Position gegen den ersten und den zweiten Kontakt gedrückt wird.
Dementsprechend kann nach der Verformung des
Bimetallstreifens die Kontaktkraft zwischen dem beweglichen Element und den Kontakten erhöht sein, so dass die
Wärmeverluste verringert werden und eine übermäßige Erhitzung des Relais vermieden werden kann.
Der zumindest eine Bimetallstreifen kann eine Schicht aufweisend MnCul8NilO und eine Schicht aufweisend FeNi36 aufweisen oder aus diesen beiden Schichten bestehen. Die Schicht aufweisend MnCul8NilO kann dabei eine aktive
Komponente des Bimetallstreifens bilden. Das Relais kann zwei Bimetallstreifen aufweisen. Dabei können ein erster Bimetallstreifen in unmittelbarer Nähe des ersten Kontaktes und ein zweiter Bimetallstreifen in unmittelbarer Nähe des zweiten Kontaktes angeordnet sein. Sämtlich im
Zusammenhang mit dem zumindest einen Bimetallstreifen
offenbarten Merkmale können auch auf beide Bimetallstreifen zutreffen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Relais mehr als zwei Bimetallstreifen aufweisen, die jeweils an dem beweglichen Element befestigt sein können.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der
Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Relais in einer geöffneten Stellung.
Figur 2 zeigt das Relais in einer geschlossenen Stellung, wobei die Bimetallstreifen in einem Ruhezustand sind.
Figur 3 zeigt das Relais in seiner geschlossenen Stellung, wobei die Bimetallstreifen in einem aktivierten Zustand sind.
Figur 1 zeigt ein Relais 1 in einer geöffneten Stellung.
Befindet sich das Relais 1 in seiner geöffneten Stellung, kann kein Strom über das Relais 1 fließen.
Das Relais 1 weist einen ersten Kontakt 2 und einen zweiten Kontakt 3 auf. Ferner weist das Relais 1 ein bewegliches Element 4 auf, das sich in einer geöffneten Position oder in einer geschlossenen Position befinden kann. Figur 1 zeigt das bewegliche Element 4 in der geöffneten Position. In der geöffneten Position verbindet das bewegliche Element 4 den ersten Kontakt 2 nicht elektrisch mit dem zweiten Kontakt 3. In der geöffneten Stellung des Relais 1 befindet sich das bewegliche Element 4 in seiner geöffneten Position. In der geschlossenen Stellung des Relais 1 befindet sich das
bewegliche Element 4 in seiner geschlossenen Position. Das bewegliche Element 4 weist eine Oberseite 5 auf, die dem ersten Kontakt 2 und dem zweiten Kontakt 3 zugewandt ist. Auf der Oberseite 5 des beweglichen Elements 4 sind ein erstes Kontaktelement 6 und ein zweites Kontaktelement 7 angeordnet. Befindet sich das bewegliche Element 4 in seiner geöffneten Position, sind der erste Kontakt 2 und das erste
Kontaktelement 6 des beweglichen Elements 4 durch einen Spalt 8 voneinander getrennt. Ferner sind der zweite Kontakt 3 und das zweiten Kontaktelement 7 ebenfalls durch einen Spalt 8 voneinander getrennt. Dementsprechend sind der erste Kontakt 2 und der zweite Kontakt 3 elektrisch voneinander isoliert.
Das Relais 1 weist ferner einen Anker 9 und einen Magneten 10 auf, der dazu ausgestaltet ist, den Anker 9 zu bewegen. Bei dem Magneten 10 handelt es sich um einen Elektromagneten, der ein- und ausgeschaltet werden kann. Bei dem Magneten 10 handelt es sich um einen Hubmagneten.
Der Anker 9 kann eine erste Stellung und eine zweite Stellung einnehmen. Figur 1 zeigt den Anker 9 in seiner ersten
Stellung. Befindet sich der Anker 9 in seiner ersten
Stellung, ist das Relais 1 in der geöffneten Stellung.
Befindet sich der Anker 9, wie in Figur 2 gezeigt, in der zweiten Stellung, ist das Relais 1 in der geschlossenen
Stellung .
Der Anker 9 weist ein metallisches Material auf. Wird der Magnet 10 eingeschaltet, übt das vom Magneten 10 erzeugte Feld eine Kraft auf den Anker 9 aus, die den Anker 9 aus der in Figur 1 gezeigten ersten Stellung in die in Figur 2 gezeigte zweite Stellung bewegt.
Der Anker 9 ist mit dem beweglichen Element 4 über eine gefederte Verbindung 11, die eine mechanische Feder aufweist, mechanisch verbunden. Wird der Anker 9 infolge eines
Einschaltens des Magneten 10 in seine zweite Stellung bewegt, bewegt sich auch das bewegliche Element 4. Dabei wird die gefederte Verbindung 11 zusammengedrückt und absorbiert auf diese Weise einen Teil der Bewegung des Ankers 9, sodass sich das bewegliche Element 4 um eine kleinere Wegstrecke bewegt als der Anker 9. Wird der Magnet 10 eingeschaltet, so bewegen sich der Anker 9 und das bewegliche Element 4 in eine
Richtung auf den ersten und den zweiten Kontakt 2, 3 zu.
An einer Unterseite 12 des beweglichen Elements 4, die der Oberseite 5 gegenüberliegt, sind zwei Bimetallstreifen 13, 13a angeordnet. Jeder der beiden Bimetallstreifen 13, 13a weist eine Schicht aufweisend ein erstes Material und eine Schicht aufweisend ein zweites Material auf, wobei die
Schichten miteinander verbunden sind. Das erste und das zweite Material unterscheiden sich in ihren
Wärmeausdehnungskoeffizienten. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Material um MnCul8MilO und bei dem zweiten Material um FeNi36 handeln. Werden die Bimetallstreifen 13, 13a einer Temperaturänderung ausgesetzt, so verformen sie sich infolge der unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Schichten. Jeder der beiden Bimetallstreifen 13, 13a kann sich in einem Ruhezustand und einem Aktivzustand befinden. Durch eine
Temperaturänderung werden die Bimetallstreifen 13, 13a aus ihrem Ruhezustand in den Aktivzustand überführt. Bei einer üblichen Raumtemperatur von 21 °C befinden sich die
Bimetallstreifen 13, 13a in ihrem jeweiligen Ruhezustand. Steigt die Temperatur an und überschreitet eine
Aktivierungstemperatur, verformen sich die Bimetallstreifen 13, 13a und nehmen dadurch ihren Aktivzustand ein. Nimmt die Temperatur ab und fällt unter die Aktivierungstemperatur, nehmen die Bimetallstreifen 13, 13a wieder ihren Ruhezustand ein. Der Aktivzustand der Bimetallstreifen 13, 13a
unterscheidet sich vom Ruhezustand dadurch, dass die
Bimetallstreifen 13, 13a verformt sind. Insbesondere ist die Ausdehnung der Bimetallstreifen 13, 13a in einer Richtung senkrecht zur Unterseite 12 des beweglichen Elements 4 im Aktivzustand größer als im Ruhezustand.
Ein erstes Ende 14, 14a jedes der beiden Bimetallstreifen 13, 13a ist an der Unterseite 12 des beweglichen Elements 4 befestigt. Dabei ist das erste Ende 14 des ersten
Bimetallstreifens 13 unterhalb des ersten Kontaktelementes 6, das auf der Oberseite 5 des beweglichen Elements 4 angeordnet ist, befestigt. Das erste Ende 14a des zweiten
Bimetallstreifens 13a ist unmittelbar unterhalb des zweiten Kontaktelementes 7 angeordnet. Werden dementsprechend die Kontaktelemente 6, 7 erhitzt, so kann die dabei entstehende Wärme auch die Bimetallstreifen 13, 13a gut erreichen und die Bimetallstreifen 13, 13a erwärmen.
Ein zweites Ende 15, 15a der beiden Bimetallstreifen 13 ist freistehend. Das zweite Ende 15, 15a der beiden
Bimetallstreifen 13, 13a ist dementsprechend nicht befestigt und kann sich relativ zu dem ersten Ende 14, 14a bewegen. Insbesondere ist das zweite Ende 15, 15a der beiden
Bimetallstreifen 13, 13a nicht am beweglichen Element 4 fixiert. Weiterhin kann das zweite Ende 15, 15a der beiden Bimetallstreifen 13, 13a wie in Figur 1 erkennbar vom
beweglichen Element 4 beabstandet sein und somit weiter vom beweglichen Element 4 entfernt sein als jeweils das erste Ende 14, 14a.
Das Relais 1 weist einen mechanischen Anschlag 16 auf. Der mechanische Anschlag 16 wird durch eine Hülse gebildet, die an dem Anker 9 befestigt ist. In dem geöffneten Zustand des Relais 1 ist das zweite Ende 15, 15a der beiden
Bimetallstreifen 13, 13a jeweils von dem mechanischen
Anschlag 16 durch einen Spalt getrennt.
Figur 2 zeigt das Relais 1 in seiner geschlossenen Stellung, wobei die Bimetallstreifen 13, 13a sich jeweils in ihren unverformten Ruhezuständen befinden. In der geschlossenen Stellung des Relais 1 kann ein Strom über das Relais 1 fließen. Wird der Magnet 10 eingeschaltet, so bewegt er den Anker 9 und damit das bewegliche Element 4 auf die Kontakte 2, 3 zu. Das bewegliche Element 4 wird in seine geschlossene Position überführt. In der geschlossenen Position sind der erste und der zweite Kontakt 2, 3 über die auf dem
beweglichen Element 4 angeordneten Kontaktelemente 6, 7 miteinander elektrisch verbunden. Dementsprechend kann ein Strom über das Relais 1 fließen. Unmittelbar nach dem
Schließen des Relais 1 ist dieses noch nicht erhitzt.
Dementsprechend erfahren die Bimetallstreifen 13, 13a keine Verformung und bleiben zunächst in ihren Ruhezuständen.
Ist das Relais 1 nunmehr geschlossen und fließt ein Strom über den ersten Kontakt 2 und das bewegliche Element 4 zu dem zweiten Kontakt 3, so entstehen an der Kontaktstelle zwischen dem ersten Kontakt 2 und dem ersten Kontaktelement 6
beziehungsweise zwischen dem zweiten Kontakt 3 und dem zweiten Kontaktelement 7 Verluste, die sich aus der
begrenzten Kontaktkraft zwischen den Kontakten 2, 3 und den Kontaktelementen 6, 7 ergeben. Durch diese Verluste entsteht Wärme, die zu einer Erhitzung des Relais 1 führt.
Insbesondere die Kontakte 2, 3, die Kontaktelemente 6, 7 und deren jeweilige unmittelbar Umgebung werden stark erhitzt. Dementsprechend werden auch die ersten Enden 14, 14a der Bimetallstreifen 13, 13a und damit die gesamten
Bimetallstreifen 13, 13a erhitzt.
Die Kontaktkraft zwischen dem beweglichen Element 4 und den Kontakten 2, 3 wird im Wesentlichen durch die Federkonstante der gefederten Verbindung 11 bestimmt, wenn sich das bewegliche Element 4 in seiner geschlossenen Position befindet und die Bimetallstreifen 13, 13a, wie in Figur 2 gezeigt, in ihrem jeweiligen Ruhezustand sind.
Figur 3 zeigt das Relais 1 in seinem geschlossenen Zustand, wobei die Bimetallstreifen 13, 13a sich verformt haben. Sind die Bimetallstreifen 13, 13a über die Aktivierungstemperatur hinaus erhitzt worden, so kommt es zu einer Verformung der Bimetallstreifen 13, 13a. Bei der Verformung der
Bimetallstreifen 13, 13a wird das zweite Ende 15, 15a des jeweiligen Bimetallstreifens 13, 13a von der Unterseite 12 des beweglichen Elements 4 weg bewegt. Das zweite Ende 15, 15a des Bimetallstreifens 13, 13a schlägt dabei an dem mechanischen Anschlag 16 des Relais 1 an, der eine weitere Verformung des Bimetallstreifens 13, 13a verhindert. Dadurch wird der Bimetallstreifen 13, 13a zwischen dem mechanischen Anschlag 16 und dem beweglichen Element 4 eingepresst. Die Bimetallstreifen 13, 13a üben nunmehr eine Kraft auf das bewegliche Element 4 aus, die das bewegliche Element 4 in Richtung des ersten und des zweiten Kontaktes 2, 3 drückt. Durch diese von den Bimetallstreifen 13, 13a ausgeübte Kraft wird die Kontaktkraft an den Kontakten 2, 3 erhöht. Wie in Figur 3 gezeigt ist, drücken die Bimetallstreifen 13, 13a das bewegliche Element 4 gegen den ersten und zweiten Kontakt 2, 3, ohne das bewegliche Element 4 dabei zu verformen. Trotz der Verformung der Bimetallstreifen 13, 13a wird somit das bewegliche Element 4 wie gezeigt nicht verformt.
Durch das Erhöhen der Kontaktkraft wird für eine bessere Verbindung zwischen den Kontakten 2, 3 und den
Kontaktelementen 6, 7 gesorgt, sodass die Verluste verringert werden können. Dementsprechend entsteht an den Übergängen zwischen dem ersten Kontakt 2 zu dem ersten Kontaktelement 6 und zwischen dem zweiten Kontakt 3 zu dem zweiten
Kontaktelement 7 nunmehr weniger Wärme. Die Bimetallstreifen 13, 13a ermöglichen es somit, bei einer zu starken Erwärmung der Kontakte 2, 3 den Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Element 4 und den Kontakten 2, 3 zu erhöhen und auf diese Weise die Verluste an den Übergangsstellen zu verringern und dadurch eine übermäßige Erwärmung zu beschränken.
Wird nunmehr das Relais 1 ausgeschaltet, indem der Magnet 10 ausgeschaltet wird, wird zuerst der Anker 9 in seine
geöffnete Position zurückbewegt werden. Dabei wird auch das bewegliche Element 4 in seine geöffnete Position bewegt.
Nunmehr fließt kein Strom zwischen den Kontakten 2, 3 und dem beweglichen Element 4. Dementsprechend wird keine weitere Wärme aufgrund von Verlusten erzeugt. Es kommt daher zu einer Abkühlung der Bimetallstreifen 13, 13a, sodass diese nach kurzer Zeit in ihren Ruhezustand zurück verformt werden.
Damit ergibt sich wieder die in Figur 1 gezeigte
Konfiguration des Relais 1. Bezugs zeichenliste
1 Relais
2 erster Kontakt
3 zweiter Kontakt
4 bewegliches Element
5 Oberseite
6 erstes Kontaktelement
7 zweites Kontaktelement
8 Spalt
9 Anker
10 Magnet
11 gefederte Verbindung
12 Unterseite
13, 13a Bimetallstreifen
14, 14a erstes Ende
15, 15a zweites Ende
16 Anschlag

Claims

Relais ( 1 ) ,
aufweisend einen ersten Kontakt (2), einen zweiten
Kontakt (3) und ein bewegliches Element (4), das in einer geschlossenen Position und in einer geöffneten Position angeordnet sein kann,
wobei das bewegliche Element (4) in der geschlossenen Position den ersten Kontakt (2) elektrisch mit dem zweiten Kontakt (3) verbindet,
wobei der erste Kontakt (2) und der zweite Kontakt (3) elektrisch voneinander isoliert sind, wenn das
bewegliche Element (4) in der geöffneten Position angeordnet ist, und
wobei das Relais (1) zumindest einen Bimetallstreifen (13) aufweist, der dazu ausgestaltet ist, sich bei einer
Temperaturerhöhung zu verformen und der derart
angeordnet ist, dass der zumindest eine Bimetallstreifen (13) nach seiner Verformung das bewegliche Element (4) gegen den ersten und den zweiten Kontakt (2, 3) drückt.
Relais (1) gemäß Anspruch 1,
wobei das Relais (1) einen Magneten (10) aufweist, der dazu ausgestaltet ist, das bewegliche Element (4) von der geöffneten Position in die geschlossene Position zu bewegen, wenn der Magnet (10) eingeschaltet wird.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erstes Ende (14) des zumindest einen
Bimetallstreifens (13) an dem beweglichen Element (4) befestigt ist. Relais (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei das bewegliche Element (4) eine Oberseite (5), die dem ersten und dem zweiten Kontakt (2, 3) zugewandt ist, und eine Unterseite (12), die der Oberseite (5)
gegenüberliegt, aufweist,
wobei auf der Oberseite (5) ein Kontaktelement (6) angeordnet ist, das dazu ausgestaltet ist, in der geschlossenen Position des beweglichen Elements (4) unmittelbar mit dem ersten Kontakt (2) elektrisch kontaktiert zu sein,
wobei das erste Ende des zumindest einen
Bimetallstreifens (13) auf der Unterseite des
beweglichen Elements (4) unterhalb des Kontaktelements (6) angeordnet ist.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei ein zweites Ende (15) des zumindest einen
Bimetallstreifens (13) freistehend ist.
Relais (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei das Relais (1) einen mechanischen Anschlag (16) aufweist, und
wobei der zumindest eine Bimetallstreifen (13) derart angeordnet ist, dass bei einer Anordnung des beweglichen Elements (4) in der geschlossenen Position und nach der Verformung des zumindest einen Bimetallstreifens (13) in Folge der Temperaturerhöhung das zweites Ende des zumindest einen Bimetallstreifens (13) an dem Anschlag (16) anliegt. Relais (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei der mechanische Anschlag (16) an einem Anker (9) angeordnet ist, der mit dem beweglichen Element (4) über eine gefederte Verbindung (11) verbunden ist.
Relais (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei eine Kontaktkraft, mit der das bewegliche Element (4) in der geschlossenen Position gegen den ersten und den zweiten Kontakt (2, 3) gedrückt wird, von einer Federkonstante der gefederten Verbindung (11) bestimmt wird, wenn das bewegliche Element (4) sich in der geschlossenen Position befindet und der zumindest eine Bimetallstreifen (13) nicht in Folge einer
Temperaturerhöhung verformt ist,
und
wobei die Kontaktkraft von einem Anpressdruck des zumindest einen Bimetallstreifens (13) bestimmt wird, wenn das bewegliche Element (4) sich in der
geschlossenen Position befindet und der zumindest eine Bimetallstreifen (13) in Folge einer Temperaturerhöhung verformt ist.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Bimetallstreifen (13) derart angeordnet ist, dass er nach der Verformung eine
Kontaktkraft erhöht, mit der das bewegliche Element (4) in der geschlossenen Position gegen den ersten und den zweiten Kontakt (2, 3) gedrückt wird.
Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Bimetallstreifen (13) eine Schicht aufweisend MnCul8NilO und eine Schicht
aufweisend FeNi36 aufweist. Relais (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Relais (1) zwei Bimetallstreifen (13, 13a) aufweist .
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