[0001] Die Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein höhere Spannungen als 12 Volt
schaltendes Relais, vorzugsweise ein Relais für 42-Volt-Bordnetze in Kraftfahrzeugen,
umfassend ein Gehäuse, zwei das Gehäuse durchsetzende und über dieses überstehende
Kontaktelemente, eine im Gehäuse angeordnete Magnetspule, einen im Gehäuse schwenkbar
gelagerten und mittels der Magnetspule bewegbaren Anker, mittels welchem eine Kontaktbrücke
zwischen einer die Kontaktelemente elektrisch verbindenden Kontaktstellung und einer
Unterbrechungsstellung bewegbar ist.
[0002] Derartige Relais sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei bei der konventionellen
Bauweise der Relais stets das Problem der Ausbildung eines Lichtbogens bei Spannungen
von mehr als 12 Volt, insbesondere bei 42-Volt-Bordnetzen, besteht.
[0003] Insbesondere sind die bekannten Relais auch problematisch, wenn sie als Leistungsschalter
eingesetzt sind, das heißt dazu dienen Ströme von mehr als 50 Ampere zu schalten.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Relais zu schaffen, das bei höheren
Spannungen als 12 Volt zuverlässig funktioniert.
[0005] Diese Aufgabe wird bei einem Relais der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß durch den Anker ein Sprungfederelement zwischen zwei Sprungfederzuständen
bewegbar ist und daß das Sprungfederelement in einem Sprungfederzustand die Kontaktbrücke
in der Kontaktstellung und im anderen Sprungfederzustand in der Unterbrechungsstellung
hält.
[0006] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch das Sprungfederelement
die Möglichkeit geschaffen ist, die Kontaktbrücke schnell über große Kontaktabstände
hinweg zu bewegen und somit die Ausbildung eines Lichtbogens, insbesondere beim Übergang
von der Kontaktstellung in die Unterbrechungsstellung, weitgehend zu unterdrücken.
[0007] Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Sprungfederelement so ausgebildet ist,
daß es beim Wechsel von einem Sprungfederzustand zum anderen die Kontaktbrücke mit
größerer Winkelbeschleunigung bewegt, als sich dabei der Anker bewegt, so daß das
Sprungfederelement dazu dient, trotz "langsamerer" Bewegung des Ankers die Kontaktbrücke
mit größerer Winkelbeschleunigung von der Kontaktstellung in die Unterbrechungsstellung
oder umgekehrt zu überführen.
[0008] Hinsichtlich der Sprungfederzustände sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
[0009] Eine Möglichkeit ist die, die Sprungfederelemente durch federbeaufschlagte Hebelmechanismen,
beispielsweise federbeaufschlagte Kniehebelmechanismen zu realisieren, die beispielsweise
zwei stabile Knickzustände aufweisen.
[0010] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sprungfederzustände durch Formzustände des
Sprungfederelements gebildet sind, in welche dieses jeweils durch den Anker überführt
wird.
[0011] Die Sprungfederzustände können dabei so sein, daß ein Sprungfederzustand ein stabiler
Formzustand ist, während der andere Sprungfederzustand ein instabiler Formzustand
ist.
[0012] Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Sprungfederzustände in gleicher Weise
stabile Formzustände des Sprungfederelements sind, die über einen instabilen Zwischenzustand
voneinander getrennt sind.
[0013] Somit muß der Anker lediglich so ausgebildet sein, daß er beim Wechsel von einem
Sprungfederzustand zum anderen Sprungfederzustand die erforderliche Kraft aufbringen
kann, jedoch nicht so, daß er in einem der Sprungfederzustände eine besonders hohe
Kraft zum Halten desselben aufbringen muß.
[0014] Die Formzustände können dabei grundsätzlich mehrdimensionale Biegezustände sein,
also Biegezustände von tellerähnlichen Federelementen.
[0015] Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, daß die Formzustände eindimensionale
Biegezustände des Sprungfederelements sind.
[0016] Vorzugsweise lassen sich die eindimensionalen Biegezustände dadurch erreichen, daß
das Sprungfederelement zwischen Gegenlagern eingespannt ist und aufgrund der Einspannung
sich zwei unterschiedliche Biegezustände als Formzustände ausbilden lassen.
[0017] Eine besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß das Sprungfederelement als Blattfederelement
ausgebildet ist und die Biegezustände durch Biegezustände des Blattfederelements sind.
[0018] Eine bevorzugte Bauform des Relais sieht vor, daß das Sprungfederelement in der Ausgangsstellung
des Ankers die Kontaktbrücke in der Unterbrechungsstellung hält und daß das Sprungfederelement
in der angezogenen Stellung der Ankers die Kontaktbrücke in der Kontaktstellung hält.
[0019] Die Biegezustände sind dabei vorzugsweise so gewählt, daß das Sprungfederelement
in einem ersten Biegezustand von den Kontaktelementen weggebogen ist und in einem
zweiten Biegezustand zu den Kontaktelementen hingebogen ist.
[0020] Hinsichtlich der Lagerung des Sprungfederelements in dem Gehäuse sind die unterschiedlichsten
Möglichkeiten denkbar.
[0021] So wäre es beispielsweise denkbar, das Sprungfederelement unabhängig vom Anker in
dem Gehäuse zu lagern, beispielsweise zwischen Widerlagern eingespannt zu lagern,
und lediglich den Anker auf das Sprungfederelement wirken zu lassen, um dieses zwischen
den Sprungfederzuständen hin- und herzubewegen.
[0022] Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, daß das Sprungfederelement
über den Anker im Gehäuse gelagert ist.
[0023] Im einfachsten Fall ist dabei das Sprungfederelement fest mit dem Anker verbunden
und wird auch durch diesen im Gehäuse gelagert.
[0024] Um das Sprungfederelement zur Ausbildung der zwei Formstände spannen zu können, ist
vorzugsweise vorgesehen, daß das Sprungfederelement mindestens einen Federschenkel
aufweist, der zwischen zwei Widerlagern eingespannt und damit abgestützt ist.
[0025] Eine besonders günstige Lösung sieht dabei vor, daß das Sprungfederelement einerseits
über den Anker als Widerlager und andererseits über ein gehäusefest angeordnetes Widerlager
abgestützt ist.
[0026] Diese Möglichkeit erlaubt es, über den Anker das Sprungfederelement im Gehäuse zu
lagern und zusätzlich noch an einem gehäusefesten Widerlager abzustützen, um dem Sprungfederelement
die gewünschten Sprungfederzustände zu verleihen.
[0027] Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das Widerlager auf einer der Kontaktbrücke
abgewandten Seite liegt.
[0028] Eine besonders vorteilhafte konstruktive Lösung sieht vor, daß das Sprungfederelement
zwei im Abstand voneinander angeordnete Federschenkel aufweist, die sich von einem
Kontaktbrückenhalter bis zu einem Widerlager erstrecken und somit zwischen dem Kontaktbrückenhalter
und dem Widerlager eingespannt sind.
[0029] Vorzugsweise ist dabei zwischen den Federschenkeln ein mit dem Kontaktbrückenhalter
verbundener Betätigungsschenkel vorgesehen, der durch den Anker betätigbar ist.
[0030] In dem Fall, daß das Sprungfederelement über den Anker gelagert ist, ist dabei vorgesehen,
daß der Betätigungsschenkel an dem Anker fixiert ist und somit über den Betätigungsschenkel
nicht nur ein Betätigen des Sprungfederelements erfolgt sondern über den Betätigungsschenkel
ein Festlegen des Kontaktbrückenhalters über die schwenkbare Lagerung des Ankers,
so daß letztlich über den Betätigungsschenkel der Anker wiederum als Widerlager für
den Kontaktbrückenhalter wirkt.
[0031] Um zu verhindern, daß über den Betätigungsschenkel die Bewegung des Kontaktbrückenhalters
starr mit der Bewegung des Ankers gekoppelt ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß
der Betätigungsschenkel eine flexible Verbindung zwischen dem Anker und dem Kontaktbrückenhalter
bildet und somit dem Sprungfederelement erlaubt, die Kontaktbrücke mit größerer Winkelbeschleunigung
zu bewegen, als sich der Anker bewegt.
[0032] Beispielsweise wäre es denkbar, die Kontaktbrücke separat vom Sprungfederelement
zu führen oder zu lagern.
[0033] Besonders einfach ist jedoch eine konstruktive Lösung, bei welcher das Sprungfederelement
die Kontaktbrücke trägt.
[0034] Vorzugsweise trägt dabei das Sprungfederelement die Kontaktbrücke mit dem Kontaktbrückenhalter.
[0035] Um der Kontaktbrücke die Möglichkeit zu geben, sich in der Schaltstellung mit möglichst
gleicher Kraft an die Kontaktelemente anzulegen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß
das Sprungfederelement mit einem die Kontaktbrücke haltenden tordierbaren Element
versehen ist, so daß nicht die Notwendigkeit besteht, das die Kontaktbrücke haltende
Sprungfederelement derart exakt zu positionieren, daß die Kontaktbrücke in der Schaltstellung
mit im wesentlichen gleicher Kraft auf den Kontaktelementen aufliegt, da dies durch
das tordierbare Element ausgeglichen werden kann.
[0036] Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das tordierbare Element ein Federsteg ist.
[0037] Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß das tordierbare Element
einstückig an das Sprungfederelement angeformt ist.
[0038] Eine konstruktiv besonders einfache und daher kostengünstige Lösung sieht ferner
vor, daß an das tordierbare Element ein Kontaktbrückenträger einstückig angeformt
ist, welcher dann die Gegenkontakte hält und vorzugsweise gleichzeitig eine elektrisch
leitende Verbindung zwischen den Gegenkontakten herstellt.
[0039] Hinsichtlich der Verbindung der Anschlußelemente mit äußeren Leitungen wurden im
Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine
näheren Angaben gemacht.
[0040] So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kontaktelemente
über das Gehäuse überstehende Anschlußelemente aufweisen, und daß jeweils ein Anschlußelement
mit einem der Anschlußgegenstücke eine um eine Längsachse desselben drehbare elektrische
Verbindung bildet.
[0041] Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß durch die drehbare Verbindung zwischen
dem Anschlußgegenstück und dem entsprechenden Anschlußelement die Möglichkeit geschaffen
wurde, von Leitungen über das Anschlußgegenstück aufgebrachte Torsionskräfte zu kompensieren,
da sich das Anschlußgegenstück relativ zum Anschlußelement entsprechend drehen kann.
[0042] Im Gegensatz dazu wurden bei den bislang bekannten Relais, insbesondere wenn es sich
um Leistungsschalter handelt, stets die Kontaktelemente mit den Zuleitungen über eine
Schraubverbindung verbunden, so daß die Kontaktelemente so ausgebildet sein mußten,
daß sie über Zuleitungen aufgebrachten Torsionselementen Stand hielten.
[0043] Die Anschlußelemente können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein.
[0044] Eine besonders einfache Variante der Anschlußelemente sieht vor, daß diese zur Längsachse
kreiszylindrische Kontaktstifte sind.
[0045] Derartige Kontaktstifte sind besonders einfache Elemente, die sich einerseits einfach
herstellen lassen und andererseits eine einfache Verbindung mit den Anschlußelemente,
insbesondere wenn diese drehbar sein soll, erlauben.
[0046] Hinsichtlich der Ausbildung der Anschlußgegenstücke wurden bislang keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß die Anschlußgegenstücke
Anschlußhülsen aufweisen.
[0047] Grundsätzlich wären diese Anschlußhülsen direkt mit den Kontaktstiften verbindbar.
[0048] Bei als Leistungsschaltern ausgebildeten Relais besteht jedoch die Notwendigkeit,
einen möglichst geringen Kontaktwiderstand zu erzeugen.
[0049] Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Anschlußhülsen mit Kontakteinsätzen
versehen sind.
[0050] Diese Kontakteinsätze können in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
[0051] Beispielsweise wäre es denkbar, die Kontakteinsätze mit einzelnen Vorsprüngen zu
versehen, welche einen günstigen Kontakt mit den Kontaktstiften ergeben.
[0052] Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Kontakteinsätze
als Kontaktkäfige ausgebildet sind, welche die Kontaktstifte umschließen und somit
für einen für hohe Ströme günstigen elektrischen Kontakt zwischen diesen und den Anschlußhülsen
sorgen.
[0053] Eine besonders günstige Ausbildung der Kontaktkäfige sieht vor, daß diese Kontaktlamellen
aufweisen, so daß über die Kontaktlamellen, die vorzugsweise federnd und gebogen ausgebildet
sind, ein guter elektrischer Kontakt erreichbar ist.
[0054] Der für hohe Ströme geeignete elektrische Kontakt läßt sich besonders günstig dann
realisieren, wenn die Kontaktlamellen in Axialrichtung und in Azimutalrichtung um
eine Mittelachse des Kontaktkäfigs herum verlaufen. Ein derartiger Verlauf der Kontaktlamellen
erlaubt es, ein besonders günstiges Anschmiegen derselben an die Kontaktstifte zu
erreichen.
[0055] Vorzugsweise verlaufen dabei die Kontaktlamellen zumindest in Teilabschnitten helixähnlich
oder geschwungen um die Mittelachse des Kontaktkäfigs herum.
[0056] Um eine schnelle Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Anschlußgegenstücken
herzustellen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Anschlußgegenstücke in einem Anschlußgehäuse
angeordnet sind. Ein derartiges Anschlußgehäuse ist beispielsweise ein Gehäuse aus
einem isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff.
[0057] Um dabei die Drehbarkeit der Anschlußgegenstücke zu gewährleisten, ist vorgesehen,
daß die Anschlußgegenstücke in dem Anschlußgehäuse drehbar angeordnet sind, wobei
mehrere Anschlußgegenstücke unabhängig voneinander drehbar in dem Anschlußgehäuse
angeordnet sind.
[0058] Hinsichtlich der Ausbildung der Kontaktelemente innerhalb des Gehäuses wurden bislang
keine näheren Angaben gemacht.
[0059] Bei den bislang bekannten Lösungen sind die Kontaktelemente vielfach als Winkel aus
Flachmaterial ausgebildet.
[0060] Erfindungsgemäß sieht jedoch eine konstruktiv besonders einfache Lösung vor, daß
die Kontaktelemente freistehende Kontaktkörper bilden, die sich vorzugsweise über
einen Trägerkörper des Gehäuses erheben und beispielsweise säulenähnlich geformt sind.
[0061] Zweckmäßigerweise sind dabei die Kontaktkörper stirnseitig, vorzugsweise an den dem
Trägerkörper gegenüberliegenden Seite mit Kontaktteilen versehen, die ihrerseits dann
mit der Kontaktbrücke wechselwirken, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen
den Kontaktelementen mittels der Kontaktbrücke herzustellen.
[0062] Unabhängig von der Art der Kontaktelemente wurden bislang bei Leistungsschaltern
stets auf die Kontaktelemente aufgenietete Kontaktteile verwendet.
[0063] Erfindungsgemäß hat es sich jedoch als konstruktiv besonders vorteilhaft erwiesen,
wenn die Kontaktelemente mit aufplattierten Kontaktteilen versehen sind.
[0064] Derartige aufplattierte Kontaktteile stellen einen erheblichen Fertigungs- und Kostenvorteil
dar.
[0065] Vorzugsweise sind dabei die Kontaktteile aus Silber oder Palladium-Silber hergestellt
und durch Aufplattierverfahren auf die Kontaktelemente aufgebracht.
[0066] Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
[0067] In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- ein teilweise im Schnitt dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Relais mit in Unterbrechungsstellung stehender Kontaktbrücke;
- Fig. 2
- eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, ähnlich Fig. 1 mit in Kontaktstellung
stehender Kontaktbrücke;
- Fig. 3
- eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;
- Fig. 4
- eine Draufsicht in Richtung des Pfeils B in Fig. 1;
- Fig. 5
- eine Darstellung einer Verbindung zwischen einem Kontaktelement und einem externen
Anschluß mit einem erfindungsgemäßen Anschlußgegenstück beim ersten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 6
- eine Darstellung ähnlich Fig. 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Relais;
- Fig. 7
- eine Darstellung ähnlich Fig. 4 des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Relais und
- Fig. 8
- eine Darstellung ähnlich Fig. 3 eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Relais.
[0068] Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Relais, dargestellt in den
Figuren 1 bis 4, umfaßt einen einen Teil eines Gehäuses darstellenden und als Ganzes
mit 10 bezeichneten Trägerkörper, auf welchem ein unterer Schenkel 12 eines als Ganzes
mit 14 bezeichneten Jochs aufliegt.
[0069] Auf einer dem Trägerkörper 10 gegenüberliegenden Seite des unteren Schenkels 12 sitzt
eine mit 16 bezeichnete Magnetspule, welche einen mit dem unteren Schenkel 12 des
Jochs 14 verbundenen magnetisierbaren Kern 18 umschließt.
[0070] Der magnetisierbare Kern 18 weist eine dem unteren Schenkel 12 abgewandte Stirnseite
20 auf, welcher ein Anker 22 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Anker 22 an
einem quer zum unteren Schenkel 12 des Jochs 14 verlaufenden Querschenkel 24 des Jochs
14 um eine Achse 26 schwenkbar gelagert ist.
[0071] Die schwenkbare Lagerung des Ankers 22 erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt, durch
einen Ausschnitt 28 im Querschenkel 24 des Jochs 14, wobei der Ausschnitt 28 eine
dem Trägerkörper 10 zugewandte Auflagefläche 30 bildet, auf welcher der Anker 22 mit
einem Lagersteg 32 aufliegt, wobei der Lagersteg 32 zwischen Seitenwänden 34a und
34b des Ausschnitts 28 in Richtung der Achse 26 geführt ist.
[0072] Der Anker 22 umfaßt somit eine der Stirnseite 20 des magnetisierbaren Kerns 18 gegenüberliegende
Ankerplatte 36, an welche sich der Lagersteg 32 anschließt und auf einer der Ankerplatte
36 gegenüberliegenden Seite des Lagerstegs 32 einen Fortsatz 38, an welchem eine Zugfeder
40 mit einem Ende 42 angreift, während ein gegenüberliegendes Ende 44 der Zugfeder
40 entweder am Trägerkörper 10 oder am unteren Schenkel 12 des Jochs 14 gelagert ist.
[0073] Bei nicht bestromter Spule 16 steht der Anker 22 in einer Ausgangsstellung, in welcher
die Zugfeder 40 die Tendenz hat, den Anker 22 möglichst weit von der Stirnseite 20
des magnetisierbaren Kerns 18 weg zu bewegen. Diese Ausgangsstellung ist festgelegt
durch eine Anschlagnase 46, welche an einem mit dem Querschenkel 24 des Jochs 14 verbundenen
Anschlagarm 48 gehalten ist.
[0074] Vorzugsweise sitzt dabei die Anschlagnase 46 über der Ankerplatte 36 des Ankers 22.
[0075] Zur unverschieblichen Lagerung des Ankers 22 quer zur Achse 26 ist einerseits der
Fortsatz 38 breiter als der Ausschnitt 28 ausgeführt, so daß der Fortsatz 38 mit seitlich
über den Ausschnitt 28 überstehenden Nasen 50a und 50b an dem Querschenkel 24 des
Jochs 14 anliegt. Außerdem ist auch die Ankerplatte 36 breiter als der Ausschnitt
28 ausgeführt und liegt somit mit Vorsprüngen 52a, b seitlich des Lagerstegs 32 und
somit auch seitlich des Ausschnitts 28 an dem Querschenkel 24 des Jochs 14 auf den
Nasen 50a bzw. 50b gegenüberliegenden Seiten desselben an.
[0076] Auf der Trägerplatte 10 sind vorzugsweise auf einer dem Querschenkel 24 gegenüberliegenden
Seite der Magnetspule 16 zwei Kontaktelemente 60 und 62 vorgesehen, welche Kontaktträgerkörper
64 und 66 aufweisen, die sich säulen- oder zapfenähnlich über dem Trägerkörper 10
erheben und auf welche stirnseitig Kontaktteile 68 bzw. 70 aufplattiert sind. Die
Kontaktteile 68 und 70 sind dabei vorzugsweise aus Silber oder Palladium-Silber in
Form von einer Schicht auf eine dem Trägerkörper 10 abgewandte Stirnseite 72 bzw.
74 der Kontaktträgerkörper 64 und 66 aufgetragen.
[0077] Zur sicheren Verankerung der Kontaktelemente 60 und 62 sind diese mit Stützflanschen
76 und 78 versehen, die sich vorzugsweise in radialer Richtung zu einer Längsachse
80 bzw. 82 des jeweiligen Kontaktelements 60 bzw. 62 über die Kontaktträgerkörper
64 und 66 hinaus erstrecken und auf einer entsprechenden Stützfläche des Trägerkörpers
10 aufliegen.
[0078] Ferner durchsetzen die Kontaktelemente 60 und 62 mit Ansätzen 88 und 90 den Trägerkörper
10, wobei die Ansätze 88 und 90 durch zusätzliche Formschlußelemente 92 und 94 am
Trägerkörper 10, beispielsweise durch verstemmte Krallen, verankert sind.
[0079] An die Ansätze 88 und 90 schließen sich dann vorzugsweise koaxial zu den Längsachsen
80 und 82 angeordnete Kontaktstifte 96 und 98 an.
[0080] Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Kontaktelemente 60 und 62 als Drehteile ausgebildet,
so daß die Kontaktstifte 96 und 98 und die Kontaktträgerkörper 64 und 96 sowie auch
die Stützflansche 76 und 78 sowie die Ansätze 88 und 90 koaxial zueinander angeordnet
sind.
[0081] Um nun eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 60 und 62, insbesondere
den Kontaktteilen 68 und 70 derselben herstellen zu können, ist eine als Ganzes mit
100 bezeichnete Kontaktbrücke vorgesehen, welche einen Kontaktbrückenträger 102 sowie
an diesem gehaltene Gegenkontakte 104 und 106 aufweist, die an den Kontaktteilen 68
bzw. 70 in einer Schaltstellung des Relais, dargestellt in Fig. 2, anlegbar sind und
in einer Unterbrechungsstellung in ausreichend großem Abstand von diesen stehen.
[0082] Der Kontaktbrückenträger 102 ist nun seinerseits mit einem Sprungfederelement 110
verbunden, welches mit einem der Kontaktbrücke 100 zugewandten vorderen Abschnitt
112 einen Kontaktbrückenhalter bildet, an welchem der Steg 108 angreift, wobei der
Steg 108 und der Kontaktbrückenträger 102 vorzugsweise einstückig an das Sprungfederelement
110 angeformt sind und diese aus einem Blattfederstück geformt, beispielsweise ausgestanzt,
sind.
[0083] Der Steg 108 bildet dabei vorzugsweise ein Torsionsfederelement, welches ein Verkippen
des Kontaktbrückenträgers 102 um eine quer zur Achse 26 und auch quer zum Kontaktbrückenträger
102 verlaufende Kippachse 114 aufweist, die zwischen den Gegenkontakten 104 und 106
liegt, so daß in der Kontaktstellung beide Gegenkontakte 104 und 106 an die entsprechenden
Kontaktteile 68 und 70 angelegt werden, selbst wenn der Kontaktbrückenhalter 112 nicht
genau parallel zu den Kontaktteilen 68 und 70 ausgerichtet ist, wobei dann der Steg
108 eine geringfügige Torsion erfährt.
[0084] Das Sprungfederelement 110 weist ferner zwei sich vom Kontaktbrückenhalter 112 in
Richtung des Querschenkels 124 erstreckende Federschenkel 116 und 118 auf, die mit
ihren dem Kontaktbrückenhalter 112 abgewandten Enden 120 und 122 sich seitlich des
Ausschnitts 28 an dem Querschenkel 28 beispielsweise in Aufnahmen 124 und 126 abstützen.
[0085] Ferner führt vom Kontaktbrückenhalter 112 noch ein Betätigungsschenkel 130 in Richtung
des Ankers 22 und liegt vorzugsweise auf der der Stirnseite 20 des magnetisierbaren
Kerns abgewandten Seite der Ankerplatte 36 auf und ist beispielsweise im Bereich einer
Verbindungsstelle 132 entweder durch eine Nietverbindung oder eine Schweißverbindung
oder eine ähnliche Verbindung mit der Ankerplatte 36 fest verbunden, wobei der Betätigungsschenkel
130 des Sprungfederelements 110 zwischen der Verbindungsstelle 132 und dem Kontaktbrückenhalter
112 noch einen flexiblen Abschnitt 134 bildet, der es erlaubt, daß der Kontaktbrückenhalter
112 eine von der Stellung der Ankerplatte 36 abweichende Position aufweisen kann.
[0086] Durch die Fixierung der Ankerplatte 36 quer zur Achse 26 relativ zum Querschenkel
24 ist es möglich, über die schwenkbare Lagerung des Ankers 22 und den fest mit der
Ankerplatte 36 verbundenen Betätigungsschenkel 130 den Kontaktbrückenhalter 112 in
einem Abstand von den Aufnahmen 124 und 126 zu halten, der geringer ist als die Länge
der Federschenkel 116 und 118. Das führt dazu, daß die Federschenkel 116 und 118 das
Bestreben haben, sich in Längsrichtung durchzubiegen, woraus zwei stabile Formzustände
resultieren, nämlich die in Fig. 1 dargestellte, von den Kontaktteilen 68 und 70 weggebogene
Stellung oder die in Fig. 2 dargestellte, zu den Kontaktteilen 68 und 80 hingebogene
Stellung.
[0087] Diese unterschiedlichen Formzustände lassen sich durch Bewegen der Ankerplatte 36
um die Achse 26 herbeiführen.
[0088] Ist die Ankerplatte 36 in ihrer Ausgangsstellung, das heißt durch die Zugfeder 40
an der Anschlagnase 46 angelegt, wobei die Ankerplatte 36 mit dem auf dieser aufliegenden
Betätigungsschenkel 130 an der Anschlagnase 46 anliegt, so sind die Federschenkel
116 und 118 in ihrer von den Kontaktteilen 68 weggebogenen Stellung und somit das
gesamte Sprungfederelement 110 ebenfalls in dem ersten, von den Kontaktteilen 68 und
70 weggebogenen ersten Formzustand.
[0089] Wird jedoch durch Bestromen der Spule 16 die Ankerplatte 36 gegen die Stirnseite
20 des magnetisierbaren Kerns 18 in die angezogene Stellung gezogen, so gehen die
Federschenkel 116 und 118 aus ihrer zunächst von den Kontaktteilen 68 weggebogenen
Stellung in einen instabilen Zustand über und dann in, die in Fig. 2 dargestellte,
in Richtung auf die Kontaktteile 68 gebogene Stellung, so daß auch das ganze Sprungfederelement
110 in seinem zweiten Formzustand steht, in welchem dieses in Richtung der Kontaktteile
68 gebogen ist.
[0090] In dem zweiten Formzustand des Sprungfederelements hält dieses somit die Kontaktbrücke
100 in der Kontaktstellung und legt dabei insbesondere die Gegenkontakte 104 und 106
mit dem nötigen Kontaktdruck an den Kontaktteilen 68 und 70 an, während in dem ersten
Formzustand die Kontaktbrücke 100 in ihrer Unterbrechungsstellung, dargestellt in
Fig. 1, steht.
[0091] Die beiden Formzustände des Sprungfederelements 110 führen nun dazu, daß sich bei
Durchlaufen des instabilen Zwischenzustandes der erste Formzustand plötzlich in den
zweiten Formzustand ändert oder der zweite Formzustand plötzlich in den ersten Formzustand,
und zwar bei entsprechender Vorspannung der Federschenkel 116 und 118 schneller als
sich die Ankerplatte 36 bewegt.
[0092] Dabei dient der flexible Abschnitt 134 des Betätigungsschenkels 130 des Sprungfederelements
110 dazu, dem Kontaktbrückenhalter 110 eine Bewegbarkeit relativ zur Ankerplatte 36
zu verleihen, um Bewegungen über einen größeren Winkelabstand auszuführen, als er
dem Winkelabstand der Ankerplatte 36 zwischen der Ausgangsstellung und der an der
Stirnseite 20 anliegenden angezogenen Stellung entspricht.
[0093] Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Übergang der Kontaktbrücke 100 von der
Unterbrechungsstellung in die Kontaktstellung oder - noch wichtiger - von der Kontaktstellung
in die Unterbrechungsstellung möglichst rasch durchzuführen und insbesondere in der
Unterbrechungsstellung einen möglichst großen Kontaktabstand zwischen den Gegenkontakten
104 und 106 und den Kontaktteilen 68 und 70 möglichst rasch zu erreichen, was insbesondere
beim Schalten großer Leistungen bei 42 Volt Spannung erforderlich ist, um ein möglichst
rasches Abreißen des sich beim Öffnen des Kontaktes ausbildenden Lichtbogens zu erreichen.
[0094] Ferner läßt sich durch die zwei Formzustände des Sprungfederelements 110 noch ferner
vorteilhafterweise ein Kontaktabstand in der Unterbrechungsstellung der Kontaktbrücke
100 von den Kontaktteilen 68 und 70 erreichen, der einem größeren Winkelabstand entspricht
als dem Winkelabstand der Ankerplatte 36 von der Stirnseite 20 in der Ausgangsstellung,
so daß durch die beiden Formzustände des Sprungfederelements 110 insbesondere für
Spannungen im 42 Volt-Bereich erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen Relaiskonstruktionen
erreichbar sind.
[0095] Bei als Leistungsschalter eingesetzten Relais sind üblicherweise die Kontaktelemente
60 und 62 durch eine Schraubverbindung mit den Zuleitungen verbunden.
[0096] Bei dem erfindungsgemäßen Relais sind im Gegensatz dazu die Kontaktelemente 60 und
62 mit Kontaktstiften 96 und 98 versehen.
[0097] Zur Aufnahme dieser Kontaktstifte ist für jeden der Kontaktstifte 96, 98 ein Anschlußgegenstück
140 vorgesehen, welches eine Anschlußhülse 142 und einen in die Anschlußhülse 142
eingesetzten Kontaktkäfig 144 umfaßt, welcher eine mit hohen Strömen belastbare Verbindung
zwischen der Anschlußhülse 146 und dem entsprechenden Kontaktstift 96 bzw. 98 herstellt.
[0098] Der Kontaktkäfig 144 ist dabei so ausgebildet, daß er einen oberen Lamellenträger
146 und einen unteren Lamellenträger 148 umfaßt, zwischen denen sich im Abstand voneinander
verlaufende Kontaktlamellen 150 erstrecken, die jedoch nicht parallel zu einer Mittelachse
152 der Anschlußhülse 142 und somit auch des Anschlußgegenstücks 150 verlaufen, sondern
auch in Azimutalrichtung um die Mittelachse 152 herum, beispielsweise helixähnlich,
und sich in dieser Weise auch an einer Außenseite der Kontaktstifte 96 oder 98 anlegen
können.
[0099] Darüber hinaus ist der Kontaktkäfig 144 so ausgebildet, daß die Lamellen 150 zwischen
den Lamellenträgern 146 und 148 in Richtung der Mittelachse 152 gebogen sind und somit
zwischen den Lamellenträgern 146 und 148 eine Art Flaschenhalsform oder Eieruhrform
mit einer radialen Verengung 154 aufweisen. Durch die Vielzahl der im Abstand voneinander
verlaufenden Kontaktlamellen 150 des Kontaktkäfigs 144, deren Biegung in Richtung
der Mittelachse 152 unter Bildung einer Verengung 154 und deren Verlauf in Azimutalrichtung,
das heißt deren beispielsweise helixähnlichem Verlauf, wird eine mit hohen Strömen
belastbare Verbindung zwischen der Anschlußhülse 142 und dem jeweiligen Kontaktstift
96 und 98 möglich, die noch den weiteren Vorteil hat, daß die Anschlußhülse 142 trotz
strombelastbarer elektrischer Verbindung mit dem jeweiligen Kontaktstift 96 und 98
um die Längsachse 80 bzw. 82 des jeweiligen Kontaktstifts 96 bzw. 98 drehbar ist.
[0100] Wird daher die Anschlußhülse 142 mit einem Kabel 160, beispielsweise durch eine Quetschverbindung
oder eine Lötverbindung mit den elektrischen Leitern 162 des Kabels 160, verbunden,
so kann die Verbindung zwischen der Anschlußhülse 142 und dem jeweiligen Kontaktstift
96 oder 98 von dem Kabel 160 ausgehende Torsionsbelastungen ausgleichen, nämlich dadurch,
daß die Anschlußhülse 142 sich um die jeweilige Längsachse 80 bzw. 82 des entsprechenden
Kontaktstifts 96 bzw. 98 dreht. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Kontaktelemente
60 zw. 62 von Torsionskräften, die über die Kabel 160 eingeleitet werden, weitgehend
freizuhalten, was wiederum die Möglichkeit schafft, die Kontaktelemente 60 und 62
konstruktiv einfacher im Trägerkörper 10 zu verankern, da diese weit geringeren Torsionsbelastungen
Stand halten müssen als die Kontaktelemente der bisher bekannten leistungsschaltenden
Relais.
[0101] Die Anschlußhülse 142 kann dabei von einem den Kontaktkäfig 144 aufnehmenden Abschnitt
164 geradegerichtet oder abgewinkelt zum mit den jeweiligen elektrischen Leitern 162
verbundenen Abschnitt 166 verlaufen.
[0102] Sind die Anschlußgegenstücke 140 für die Kontaktstifte 96 oder 98 beispielsweise
in einem gemeinsamen Gehäuse 170 angeordnet, so sind vorzugsweise beide Anschlußgegenstücke
140 in dem Gehäuse 170 unabhängig voneinander drehbar gehalten.
[0103] Dies erfolgt im einfachsten Fall dadurch, daß die Anschlußhülse 142 mit einem Vorsprung
172 versehen ist, der in eine Nut 174 des Gehäuses 170 eingreift, während die gesamte
Anschlußhülse 142 drehbar in einem zylindrischen Durchbruch 176 des Gehäuses gehalten
ist. Somit kann selbst bei stehendem Gehäuse 170 sich die jeweilige Anschlußhülse
142 in diesem um die entsprechende Längsachse 80 bzw. 82 des entsprechenden Kontaktstifts
96 bzw. 98 drehen und somit Torisionsbelastungen seitens des Kabels 160 ausgleichen.
[0104] Vorzugsweise besteht auch noch die Möglichkeit, zur Sicherung der elektrischen Verbindung
zwischen dem Anschlußgegenstück 140 und dem entsprechenden Kontaktstift 96 bzw. 98
das Gehäuse 170 relativ zum Trägerkörper 10 als Teil eines insgesamt nicht dargestellten
Gehäuses des Relais beispielsweise durch eine Schnapp- oder Rastverbindung oder eine
andere Verbindung festzulegen und dadurch ein Abgleiten des jeweiligen Anschlußgegenstücks
140 von dem entsprechenden Kontaktstift 96 und 98 zu verhindern, ohne dabei den Torsionsausgleich
zwischen dem Anschlußgegenstück 140 und dem entsprechenden Kontaktstift 96 bzw. 98
zu behindern.
[0105] Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Relais, dargestellt
in Fig. 6 und 7, sind die Gegenkontakte 104' und 106' nicht am Kontaktbrückenträger
102 direkt gehalten, sondern an einer Trägerplatte 103, welche mit dem Kontaktbrückenträger
102 verbunden ist.
[0106] Die Trägerplatte 103 erstreckt sich dabei über die Gegenkontakte 104' und 106' und
stellt eine elektrische Verbindung zwischen diesen her.
[0107] Vorzugsweise sind dabei die Gegenkontakte 104' und 106' auf die Trägerplatte 103
durch Plattieren aufgetragen.
[0108] Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 8, sind die Gegenkontakte
104" und 106" durch eine gemeinsame Plattierung 105 gebildet, welche auf die Trägerplatte
103 aufgebracht ist und sich über die gesamte Trägerplatte 103 erstreckt, so daß sowohl
der Gegenkontakt 104" als auch der Gegenkontakt 106" durch die durchgehende Plattierung
gebildet werden kann.
1. Relais, insbesondere für 42-Volt-Bordnetze in Kraftfahrzeugen, umfassend ein Gehäuse
(10), zwei das Gehäuse (10) durchsetzende und über dieses überstehende Kontaktelemente
(60, 62), einen im Gehäuse (10) schwenkbar gelagerten und mittels der Magnetspule
(16) bewegbaren Anker (22), mittels welchem eine Kontaktbrücke (100) zwischen einer
die Kontaktelemente (60, 62) elektrisch verbindenden Kontaktstellung und einer Unterbrechungsstellung
bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß durch den Anker (22) ein Sprungfederelement (110) zwischen zwei Sprungfederzuständen
bewegbar ist und daß das Sprungfederelement (110) in einem Sprungfederzustand die
Kontaktbrücke (100) in der Kontaktstellung und im anderen Sprungfederzustand in der
Unterbrechungsstellung hält.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) beim Wechsel von einem Sprungfederzustand zum anderen
die Kontaktbrücke (100) mit größerer Winkelbeschleunigung bewegt als sich dabei der
Anker (22) bewegt.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprungfederzustände durch Formzustände des Sprungfederelements (110) gebildet
sind.
4. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprungfederzustände in gleicher Weise stabile Formzustände des Sprungfederelements
(110) sind, die über einen instabilen Zwischenzustand voneinander getrennt sind.
5. Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formzustände eindimensionale Biegezustände des Sprungfederelements (110) sind.
6. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) als Blattfederelement ausgebildet ist und die Biegezustände
durch Biegezustände des Blattfederelements (110) sind.
7. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) in der Ausgangsstellung des Ankers (22) die Kontaktbrücke
(100) in der Unterbrechungsstellung hält und das Sprungfederelement (110) in der angezogenen
Stellung des Ankers (22) die Kontaktbrücke (100) in der Kontaktstellung hält.
8. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) in einem ersten Biegezustand von den Kontaktelementen
(60, 62) weg gebogen ist.
9. Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) in einem zweiten Biegezustand zu den Kontaktelementen
(60, 62) hin gebogen ist.
10. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) über den Anker (22) in dem Gehäuse (10) gelagert ist.
11. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) mindestens einen Federschenkel (116, 118) aufweist,
der zwischen zwei Widerlagern (112, 124, 126) eingespannt ist.
12. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) einerseits über den Anker (22) als Widerlager und andererseits
über ein gehäusefest angeordnetes Widerlager (124, 126) abgestützt ist.
13. Relais nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäusefest angeordnete Widerlager (124, 126) auf einer der Kontaktbrücke (100)
abgewandten Seite liegt.
14. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) zwei im Abstand voneinander angeordnete Federschenkel
(116, 118) aufweist, die sich von einem Kontaktbrückenhalter (112) bis zu einem Widerlager
(124, 126) erstrecken.
15. Relais nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Federschenkeln (116, 118) ein mit dem Kontaktbrückenhalter (112) verbundener
Betätigungsschenkel (130) angeordnet ist, der durch den Anker (22) betätigbar ist.
16. Relais nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsschenkel (130) an dem Anker (22) fixiert ist.
17. Relais nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsschenkel (130) eine flexible Verbindung zwischen dem Anker (22) und
dem Kontaktbrückenhalter (112) bildet.
18. Relais nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) die Kontaktbrücke (100) trägt.
19. Relais nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungfederelement (110) mit einem die Kontaktbrücke (100) haltenden tordierbaren
Element (108) verbunden ist.
20. Relais nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das tordierbare Element ein Federsteg (108) ist.
21. Relais nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das tordierbare Element (108) einstückig an das Sprungfederelement (110) angeformt
ist.
22. Relais nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an das tordierbare Element (108) ein Kontaktbrückenträger (102) einstückig angeformt
ist.
23. Relais nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, oder nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (60, 62) über das Gehäuse (10) überstehende Anschlußelemente
(96, 98) aufweisen und daß jeweils ein Anschlußelement (96, 98) mit einem Anschlußgegenstück
(140) eine um eine Längsachse (80, 82) desselben drehbare elektrische Verbindung bildet.
24. Relais nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (96, 98) zur Längsachse (80, 82) kreiszylindrische Kontaktstifte
sind.
25. Relais nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußgegenstücke (140) Anschlußhülsen (146) aufweisen.
26. Relais nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußhülsen (146) mit Kontakteinsätzen (144) versehen sind.
27. Relais nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinsätze als Kontaktkäfig (144) ausgebildet sind.
28. Relais nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkäfig (144) Kontaktlamellen (150) aufweist.
29. Relais nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktlamellen um eine Mittelachse (152) des Kontaktkäfigs (144) herum in Axialrichtung
und in Azimutalrichtung verlaufen.
30. Relais nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußgegenstücke (140) in einem Anschlußgehäuse (170) angeordnet sind.
31. Relais nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußgegenstücke (140) in dem Anschlußgehäuse (170) drehbar angeordnet sind.
32. Relais nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (60, 62) in dem Gehäuse (10) freistehende Kontaktträgerkörper
(64, 66) bilden.
33. Relais nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktträgerkörper (64, 66) stirnseitig mit Kontaktteilen (68, 70) versehen
sind.
34. Relais nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (60, 62) mit aufplattierten Kontaktteilen (68, 70) versehen sind.
35. Relais nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile (68, 70) aus Silber oder Palladium-Silber hergestellt sind.