Elektromagnetisches Relais

Abstract

 Bei dem Relais wird ein Stromzuführungselement (10) des Laststromkreises mit mindestens einer Windung (11) um ei­nen Teil (2) des Erregerflußkreises geführt, so daß in diesem eine Zusatzerregung (ϑ_I) gleichsinnig zu der Er­regung (ϑ_U) der Wicklung erzeugt wird. Auf diese Weise wird auch bei Relais ein sicheres Ansprechen gewährlei­stet, bei denen hohe Ströme für den Lastkreis von der gleichen Spannungsquelle (6) entnommen werden, die auch die Erregerspannung liefert. Dies trifft insbesondere für Relais in Kraftfahrzeugen zu.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einer an eine Spannungsquelle anschließbaren Erregerwick­lung, einem innerhalb der Wicklung angeordneten Kern, welcher mit einem außerhalb der Wicklung angeordneten Joch und einem am Joch gelagerten, mit dem freien Kernen­de einen Arbeitsluftspalt bildenden Anker einen Erreger­flußkreis bildet, mit mindestens einem durch den Anker betätigbaren Schaltkontakt und mit Stromzuführungselemen­ten zur Verbindung des Schaltkontaktes mit einem Last­stromkreis.

[0002] Beim Schalten von elektromagnetischen Relais tritt in be­stimmten Anwendungsfällen das Problem auf, daß während des Anziehens des Ankers die Erregerspannung abfällt, wo­durch unter Umständen der Anker nicht mehr voll angezogen wird und eine Flatterbewegung ausführt. Entsprechend wird dann auch der Schaltkontakt nicht oder nur nach mehrmali­ger Unterbrechung endgültig geschlossen. Dieses geschil­derte Problem ergibt sich insbesondere bei den Anwen­dungsfällen, bei denen die Spannungsquelle für die Erre­gerwicklung des Relais gleichzeitig auch den Strom für den Lastkreis liefert, wie dies speziell in Kraftfahrzeu­gen der Fall ist. Dort treten beim Einschalten bestimmter Verbraucher, wie Lampen oder Anlasser, sehr hohe Ein­schaltstromspitzen auf, die zu einem Zusammenbrechen der Spannung führen können. Damit ist eine zuverlässige Funk­tion des Relais nicht sichergestellt.

[0003] Um ein sicheres Ansprechen der Relais in solchen Einsatz­fällen zu gewährleisten, mußten die Wicklungen bisher entweder stark überdimensioniert werden, oder das Relais mußte durch konstruktive bzw. fertigungstechnische Zu­satzmaßnahmen, wie Einsatz von Dauermagneten oder Sonder­justierungen, auch für die geschilderten Einsatzfälle funktionstüchtig gemacht werden. All diese Dinge bedeute­ten jedoch einen zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung des Relais.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Re­lais der eingangs genannten Art zu schaffen, welches auch bei einer Erniedrigung der Einschaltspannung noch sicher anspricht, wobei dieses sichere Ansprechen insbesondere dann gewährleistet ist, wenn Erregerwicklung und Last­stromkreis von der gleichen Spannungsquelle gespeist wer­den und ein hoher Einschaltstrom des Lastkreises zu einem Zusammenbrechen der Spannung an der Erregerwicklung führt.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens eines der Stromzuführungselemente zum Schalt­kontakt derart um einen Teil des Erregerflußkreises ge­führt ist, daß in diesem eine Zusatzerregung gleichsinnig zu der Erregung der Wicklung induziert wird.

[0006] Bei der Erfindung wird durch eine einfache und relativ geringfügige konstruktive Anwandlung der Stromzuführung zum Schaltkontakt erreicht, daß ein Einschaltspitzenstrom im Lastkreis, der gleichzeitig mit dem Absinken der Erre­gerspannung auftritt und bei Verwendung einer gemeinsamen Spannungsquelle für Erregung und Lastkreis den Zusammen­bruch der Erregerspannung verursacht, zur Erzeugung einer zusätzlichen Erregung ausgenutzt wird und damit ein si­cheres Ansprechen des Relais gewährleistet. Da im Fall der gemeinsamen Spannungsquelle die Einschaltstromspitze unmittelbar mit der Verringerung der Erregerspannung zu­sammenfällt, während mit der nachfolgenden Verringerung des Laststroms auf den Dauerstrom auch eine Erholung der Erregerspannung einhergeht, läßt sich beim erfindungsge­mäß Relais eine weitgehend gleichmäßige Erregung erhal­ten.

[0007] Die durch den Laststrom erzeugte Zusatzerregung kann in einfacher konstruktiver Weise dadurch erhalten werden, daß mindestens eines der Stromzuführungselemente mit min­destens einer Windung um das Joch gewickelt ist. Der Wik­kelsinn wird dabei natürlich entsprechend der Beschal­tungsvorschrift des Relais so gewählt, daß die Zusatzer­regung zur Spulenerregung gleichsinnig ist. In bestimmten Fällen kann der erfindungsgemäße Effekt einer Zusatzerre­gung bereits dadurch erreicht werden, daß ein Stromzufüh­rungselement zwischen Wicklung und Joch hindurchgeführt wird und damit zumindest einen Teil einer Windung um das Joch bildet.

[0008] Wird die durch entsprechende Führung des Laststromes er­zeugte Zusatzerregung so hoch, daß sie den Abfall-Erre­gungswert des Relais übersteigt, so ergibt sich ein Selbsthalteeffekt, d. h., daß das Relais auch nach Ab­schalten der Spannung an der Erregerwicklung im angezo­genen Zustand verbleibt und erst bei Gegenerregung wieder abfällt. Man kann so auf einfache Weise ein bistabiles Schaltverhalten des Relais erzeugen.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsge­mäß gestalteten Relais mit der zugehörigen Beschaltung des Erreger- und des Lastkreises,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm für den Strom, die Spannung und die Erregung bei einem Relais nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weniger vorteilhafte Ausgestaltung eines Ma­gnetsystems und

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Abwandlung des Magnetsystems von Fig. 3.

[0010] Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Relais mit einem Kern 1, einem winkelförmigen Joch 2 und einem Anker 3, die zusammen einen ferromagnetischen Erregerflußkreis bilden. Über dem Kern 1 ist eine Erregerwicklung 4 ange­ordnet, welche über einen Schalter 5 an eine Gleichspan­nungsquelle 6 angeschaltet werden kann, um das Relais in Betrieb zu nehmen und den Anker 3 anzuziehen. Dabei wird ein Kontakt, bestehend aus einer mit dem Anker verbunde­nen Kontaktfeder 7 und einem Festkontaktelement 8, ge­schaltet, womit ein ebenfalls an der Spannungsquelle 6 liegender Laststromkreis mit einer Last 9 geschlossen wird. Das Festkontaktelement 8 ist üblicherweise starr im Relaisgehäuse verankert und mit einem Anschlußstift ver­sehen, während die Kontaktfeder 7 in der Regel über ein flexibles Stromzuführungselement, beispielsweise eine Litze 10, mit einem entsprechenden Anschlußelement ver­bunden ist.

[0011] Beim Schließen des Schalters 5 wird das Relais erregt und der Anker 3 angezogen, wodurch auch der Kontakt zwischen der Kontaktfeder 7 und dem Festkontaktelement 8 geschlos­sen wird. Im Laststromkreis fließt dann der Strom I, der beim Einschalten einen hohen Spitzenwert erreichen kann. Dieser hohe Einschaltspitzenstrom führt unter Umständen zu einem vorübergehenden Zusammenbrechen der Spannung U_B der Spannungsquelle 6, wodurch auch die Spannung an der Erregerwicklung 4 vermindert wird und die Erregung ϑ_U verkleinert wird. Wird der Einbruch der erregten Spannung in diesem Einschaltzeitpunkt zu groß, so kann unter Um­ständen die Verringerung der Erregung ϑ_U dazu führen, daß der Anker nicht mehr voll angezogen wird und der Kontakt wieder öffnet. Um dies zu verhindern, ist das Stromzufüh­rungselement 10 einmal oder zweimal um das Joch 2 ge­schlungen und bildet so eine Art Zusatzwicklung 11, wel­che eine vom Laststrom abhängige Zusatzerregung ϑ_I im Er­regerflußkreis erzeugt. Der Anker wird damit auf jeden Fall sicher angezogen.

[0012] In Fig. 2 ist der zeitliche Ablauf des Einschaltvorgangs bei einem Relais von Fig. 1 dargestellt. Über der Zeit­achse T ist dabei der Strom I, die Spannung U_B der Span­nungsquelle und die Erregung ϑ aufgetragen. Wenn zum Zeitpunkt T1 der Schalter 5 geschlossen wird, liegt an der Erregerwicklung 4 die volle Batteriespannung U_B von beispielsweise 12 V an; es fließt ein entsprechender Er­regerstrom, der die Erregung ϑ_U mit einem Wert von ϑ_O er­zeugt. Im Zeitpunkt T2 schließt der Kontakt zwischen der Kontaktfeder 7 und dem Festkontakt 8, und im Laststrom­kreis fließt eine sehr hohe Einschaltstromspitze, die beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug bis zu 200 A an Lampen, blockierten Motoren oder Glühkerzen betragen kann. Gleichzeitig sinkt in diesem Zeitpunkt T2 die Bat­teriespannung U_B stark ab, was zu einem entsprechenden Absinken der Erregung ϑ_U (gestrichelte Linie) führt. Über das Stromzuführungselement 10, das durch Umschlingen des Joches 2 eine Zusatzwicklung 11 bildet, wird aber gleich­zeitig eine Zusatzerregung ϑ_I (punktierte Linie) erzeugt, welche sich mit der Erregung ϑ_U zu einem Gesamtwert ϑ_ges summiert. Diese Gesamterregung reicht auf jeden Fall aus, um den Anker zuverlässig anzuziehen. Nach dem Abklingen der Einschaltstromspitze steigt die Spannung an der Erre­gerwicklung 4 wieder an, ebenso die dadurch erzeugte Er­regung ϑ_U, während der Laststrom I und mit ihm die Zu­satzerregung ϑ_I absinken. Der Summenwert ϑ_ges erfährt auf diese Weise einen weitgehend gleichmäßigen Verlauf. Damit ist eine zuverlässige Funktion des Relais sichergestellt, ohne daß die Wicklung überdimensioniert werden müßte.

[0013] In den Fig. 3 und 4 ist im Vergleich zweier Magnetsysteme gezeigt, wie durch einfache konstruktive Änderungen das Schaltverhalten im Sinne der Erfindung verbessert werden kann. Fig. 2 zeigt eine Relaisspule 21 mit einem winkel­förmigen Joch 22 und einem Anker 23, wobei der Schalt­strom zu einer mit dem Anker verbundenen Kontaktfeder 24 über eine Litze 25 zugeführt wird, welche ihrerseits elektrisch und mechanisch mit einem Stromzuführungsblech 26 verbunden ist. Dieses Stromzuführungsblech, welches an seiner Unterseite einen Stecker- oder Lötstift 27 bildet, ist im Beispiel der Fig. 3 außen am Joch 22 angebracht, wodurch im Joch und im Erregerflußkreis praktisch keine magnetische Erregung durch den Laststrom hervorgerufen wird.

[0014] Bei dem Beispiel von Fig. 4 ist das Stromzuführungsblech 26 im Gegensatz zu dem Beispiel von Fig. 3 an der Innen­seite des Joches 22 angebracht, also zwischen Joch und Wicklung hindurchgeführt, so daß dieses Stromzuführungs­blech 26 zusammen mit der Litze 25 den Teil einer Windung um das Joch 22 herum bildet. Der hohe Laststrom kann auf diese Weise eine Zusatzerregung im Joch 22 induzieren, wobei die richtige Stromrichtung vorausgesetzt wird.

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Relais mit einer an eine Span­nungsquelle anschließbaren Erregerwicklung, einem inner­halb der Wicklung angeordneten Kern, welcher mit einem außerhalb der Wicklung angeordneten Joch und einem am Joch gelagerten, mit dem freien Kernende einen Arbeits­luftspalt bildenden Anker einen Erregerflußkreis bildet, mit mindestens einem durch den Anker betätigbaren Schalt­kontakt sowie mit Stromzuführungselementen zur Verbindung des Schaltkontaktes mit einem Laststromkreis, da­durch gekennzeichnet, daß minde­stens eines der Stromzuführungselemente (10) zum Schalt­kontakt (7, 8) derart um einen Teil (2) des Erregerfluß­kreises geführt ist, daß in diesem eine Zusatzerregung (ϑ_I) gleichsinnig zu der Erregung (ϑ_U) der Wicklung (4) induziert wird.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß mindestens eines der Stromzufüh­rungselemente (10) mit mindestens einer Windung (11) um das Joch (2) gewickelt ist.

3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß mindestens eines der Stromzufüh­rungselemente (26, 25) zwischen der Erregerwicklung (21) und dem Joch (22) durchgeführt ist.

Zeichnung