Relais mit Kontaktkraftverstärkung

Abstract

 Bei einem Relais (2) mit einer durch ein Relaisgehäuse (3) hindurchgeführten Doppelleitung (4), deren eine, erste Leitung (6) mindestens ein bewegliches Kontaktelement aufweist, welches den Stromkreis der ersten Leitung (6) in einer ersten Relaisposition schließt und in einer zweiten Relaisposition unterbricht, und deren andere, zweite Leitung (7) durchgehend ausgebildet ist,
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kontaktelement als Kontaktfeder (10) ausgebildet ist und dass die zweite Leitung (7) im Wesentlichen parallel zur Kontaktfeder (10) und vor deren Federfläche (16) verläuft.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Relais mit einer durch ein Relaisgehäuse hindurchgeführten Doppelleitung, deren eine, erste Leitung mindestens ein bewegliches Kontaktelement aufweist, welches den Stromkreis der ersten Leitung in einer ersten Relaisposition schließt und in einer zweiten Relaisposition unterbricht, und deren andere, zweite Leitung durchgehend ausgebildet ist, sowie eine Relaisanordnung mit mehreren solcher Relais.

[0002] Ein derartiges Relais und eine derartige Relaisanordnung sind beispielsweise durch die US 2006/0066425 A1 bekannt geworden.

[0003] Bei diesem bekannten Relais wird ein Stromkreis zwischen zwei elektrischen Relaiskontakten mittels eines als Kontaktbrücke ausgebildeten Brückenelements geschlossen oder unterbrochen, das mittels eines elektromagnetischen Hubantriebs betätigt wird.

[0004] Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, bei einem Relais der eingangs genannten Art die Kontaktkraft des Kontaktelements in der geschlossenen Relaisposition zu erhöhen.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kontaktelement als Kontaktfeder ausgebildet ist und dass die zweite Leitung im Wesentlichen parallel zur Kontaktfeder und vor deren Federfläche verläuft.

[0006] Werden die beiden Leitungen in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen, so wird die Kontaktkraft, mit der die Kontaktfeder am zugehörigen Relaiskontakt anliegt, durch die magnetische Abstoßungskraft unterstützt, die vom Magnetfeld der stromdurchflossenen durchgehenden Leitung auf die in Gegenrichtung stromdurchflossene Kontaktfeder ausgeübt wird. Diese magnetische Kontaktkraft ist umso größer, je höher die Stromstärke und je geringer der Abstand der durchgehenden Leitung und der Kontaktfeder 10 ist.

[0007] Vorzugsweise ist die zweite Leitung zumindest im Bereich der Kontaktfeder als Flachleitung ausgebildet und mit ihrer einen Flächenseite der Federfläche der Kontaktfeder zugewandt. Die beiden Leitungen sind bevorzugt Flachleitungen, die außerhalb des Bereichs der Kontaktfeder mit ihren Kanten einander zugewandt sind. Weiterhin bevorzugt weist jede der beiden Leitungen beidseitig des Relaisgehäuses Anschlussenden auf.

[0008] Vorzugsweise ist zum Auslenken der Kontaktfeder in die jeweilige Relaisposition ein Magnetantrieb mit einer umpolbaren Magnetspule, einem einen Permanentmagneten aufweisenden Anker, der an zwei Jochschenkeln der Magnetspule zwischen zwei Schaltstellungen verschwenkbar gehalten ist, und einem im Wesentlichen parallel zur Spulenachse verschiebbar geführten Stellelement der Kontaktfeder, das mit dem Anker bewegungsgekoppelt ist. Bevorzugt ist dabei die Kontaktfeder mit dem Stellelement des Magnetantriebs in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Kontaktfeder bewegungsgekoppelt, wobei das Stellelement vorteilhaft in einer, vorzugsweise in beiden Leitungen der Doppelleitung verschiebbar geführt sein kann.

[0009] Die Erfindung betrifft auch eine Relaisanordnung mit mehreren, vorzugsweise drei wie oben ausgebildeten Relais und mit einem gemeinsamen Antrieb, vorzugsweise Magnetantrieb, zum gleichzeitigen Auslenken der Kontaktfedern der mehreren Relais.

[0010] Die Relaisanordnung wird insbesondere in Verbindung mit Stromzählern eingesetzt, um Verbraucher vom Netz zu trennen, und kann als Option an vorhandene Stromzähler nachgerüstet werden. Die beiden Leitungen jeder Doppelleitung sind im Stromzähler miteinander verbunden, um den Stromverbrauch auszuwerten.

[0011] Vorteilhaft ist das Stellelement des gemeinsamen Antriebs in einer, vorzugsweise in beiden Leitungen jedes der mehreren Relais verschiebbar geführt..

[0012] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

[0013] Es zeigt:

Fig. 1

eine Relaisanordnung mit drei erfindungsgemäßen Relais zum Schalten eines dreiphasigen Stroms; und

Fig. 2

eine Detailansicht eines der in Fig. 1 gezeigten Relais.

[0014] Die in Fig. 1 dargestellte Relaisanordnung 1 dient zum Unterbrechen eines dreiphasigen Stromkreises und umfasst dazu drei nebeneinander angeordnete Relais 2 mit jeweils einer durch ein gemeinsames Relaisgehäuse 3 hindurchgeführten Doppelleitung 4 und einen gemeinsamen Magnetantrieb 5 zum gleichzeitigen Betätigen der Relais 2.

[0015] Die beiden Leitungen 6, 7 der Doppelleitung 4 sind, wie in Fig. 2 gezeigt, als Flachleitungen ausgebildet und weisen jeweils beidseitig des Relaisgehäuses 3 Anschlussenden auf. Die in Fig. 2 rechte Flachleitung 6 weist zwei hochkant abgewinkelte Relaiskontakte 8, 9 und eine den Stromkreis zwischen den beiden Relaiskontakten 8, 9 schließende oder unterbrechende Kontaktfeder 10 auf, die als elektrisch leitende Blatt- oder Flachfeder ausgebildet ist. Die Kontaktfeder 10 ist an ihrem einen Ende elektrisch leitend am Relaiskontakt 8 befestigt, während ihr anderes, freies Ende 11 einen Kontaktknopf 12 trägt und mittels des Magnetantriebs 5 auslenkbar ist. Die Kontaktfeder 10 ist in der in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Relaisposition derart ausgelenkt, dass ihr Kontaktknopf 12 jeweils an einem Kontaktknopf 13 des Relaiskontakts 9 anliegt, und in der offenen Relaisposition (nicht gezeigt) derart ausgelenkt, dass ihr Kontaktknopf 12 vom Kontaktknopf 13 des Relaiskontakts 9 abgehoben ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfeder 10 doppelarmig mit zwei parallelen freien Enden 11 und daher mit zwei Kontaktknöpfen 12 ausgeführt, die mit zwei Kontaktknöpfen 13 des Relaiskontakts 9 zusammenwirken. Die Kontaktfeder 10 ist als mehrschichtige Blattfeder mit einem seitlich aus ihrer Ebene vorstehenden Bogenabschnitt 14 ausgebildet. Die in Fig. 2 linke Flachleitung 7 ist durchgehend ausgebildet und weist einen hochkant abgewinkelten Mittelabschnitt 15 auf, dessen Flächenseite im Wesentlichen parallel zur Federfläche 16 der Kontaktfeder 10 verläuft und mit möglichst geringem Abstand vor der Federfläche 16 angeordnet ist. An ihren Anschlussenden sind die beiden Flachleitungen 6, 7 einander mit ihren Kanten zugewandt.

[0016] Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der Magnetantrieb 5 eine umpolbare Magnetspule 17 mit einem Magnetkreis, an dessen zwei Jochschenkeln 18 ein Anker (Ankerwippe) 19 mit einem Permanentmagneten (nicht gezeigt) schwenkbar gehalten ist. Der Permanentmagnet ist zwischen zwei Ankerplatten 20 angeordnet, die in den beiden Schaltstellungen des Ankers 19 jeweils an den Jochschenkeln 18 anliegen. Die Magnetspule 17 und der zwischen seinen beiden Schaltstellungen verschwenkbare Anker 19 bilden einen H-Ankeranzug. Der Anker 19 greift mit einem vorstehenden Arm 21 in eine Öffnung (nicht gezeigt) eines Stellelements 22 ein, das in Auslenkrichtung der Kontaktfeder 10 linear verschiebbar (Doppelpfeil 23) geführt ist. D.h., der Anker 19 ist am Stellelement 22 angelenkt. Am freien Enden 11 jeder Kontaktfeder 10 ist eine Blattfeder 24 (Fig. 2) aus Federstahl befestigt, deren freies Ende zusammen mit dem freien Ende 11 der Kontaktfeder 10 zwischen zwei Vorsprünge 25, 26 des Stellelements 22 eingreift und zur Prellreduzierung dient. Das Stellelement 22 nimmt mit dem Vorsprung 25 die Kontaktfeder 10 über ihr freies Ende 11 unmittelbar in Öffnungsrichtung des Relais 1, d.h. in Fig. 1 nach links, und mit dem Vorsprung 26 die Kontaktfeder 10 mittels der Blattfeder 24 in Schließrichtung des Relais 1, d.h. nach rechts, mit. Mit anderen Worten ist die Kontaktfeder 10 mit dem Stellelement 22 in Öffnungs- und Schließrichtung bewegungsgekoppelt. Das Stellelement 22 ist jeweils in Führungsöffnungen 27 (Fig. 2) der beiden Leitungen 6, 7 verschiebbar geführt. Außerdem sind zwei durchgehende Flachleitungen (Nullleitungen) 28, 29 unter dem Magnetantrieb 5 durch das Relaisgehäuse 3 geführt.

[0017] Die Relaisanordnung 1 ist an einen dreiphasigen Stromzähler 30 angeschlossen und dient dazu, Verbraucher vom Stromnetz zu trennen. Der Stromzähler 30 weist für jede Phase ("PHASE 1 - 3") sowie für einen Nullleiter ("NEUTRAL") jeweils einen Eingang IN und einen Ausgang OUT auf, die im Stromzähler 30 miteinander verbunden sind, um den Stromverbrauch auszuwerten. Die Leitungen 6, 7 der Relaisanordnung 1 und die beiden Nullleitungen 28, 29 sind jeweils mit den entsprechenden Anschlüssen IN bzw. OUT des Stromzählers 30 verbunden.

[0018] Zum Schalten der Relaisanordnung 1 wird das Magnetfeld der Magnetspule 17 umgepolt, wodurch der Anker 19 verschwenkt und das Stellelement 22 verschoben wird. In der in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Relaisposition ist das Stellelement 22 durch nach rechts geschwenkten Arm 21 nach rechts verschoben, wodurch die Kontaktfedern 10 der Relais 2 über ihre Blattfedern 24 nach rechts bis zur Anlage ihrer Kontaktknöpfe 12 an den Kontaktknöpfen 13 des Relaiskontakts 9 ausgelenkt sind. In der geschlossenen Relaisposition wirken die Blattfedern 24 der Auslenkung der Kontaktfedern 10 in Öffnungsrichtung entgegen, was zu einem prellreduzierten Schließen der Relais 2 führt. In der offenen Relaisposition ist das Stellelement 22 durch den nach rechts geschwenkten Arm 21 nach links verschoben, wodurch die Kontaktfedern 10 vom Stellelement 22 mitgenommen und ihre Kontaktknöpfe 12 von den Kontaktknöpfen 13 des Relaiskontakts 9 abgehoben sind.

[0019] In der geschlossenen Relaisposition ist die Kontaktkraft, mit der der Kontaktknopf 12 der Kontaktfeder 10 am Kontaktknopf 13 des Relaiskontakts 9 anliegt, durch die Druckkraft der vom Stellelement 22 zusammengedrückten Blattfedern 24 gegeben sowie bei Stromfluss (Kurzschlussfall) zusätzlich durch die magnetische Abstoßungskraft, die vom Magnetfeld des stromdurchflossenen Mittelabschnitts 15 auf die in Gegenrichtung stromdurchflossene Kontaktfeder 10 ausgeübt wird. Diese magnetische Kontaktkraft ist umso größer, je höher die Stromstärke und je geringer der Abstand zwischen Mittelabschnitt 15 und Kontaktfeder 10 ist.

Ansprüche

1. Relais (2) mit einer durch ein Relaisgehäuse (3) hindurchgeführten Doppelleitung (4), deren eine, erste Leitung (6) mindestens ein bewegliches Kontaktelement aufweist, welches den Stromkreis der ersten Leitung (6) in einer ersten Relaisposition schließt und in einer zweiten Relaisposition unterbricht, und deren andere, zweite Leitung (7) durchgehend ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kontaktelement als Kontaktfeder (10) ausgebildet ist und dass die zweite Leitung (7) im Wesentlichen parallel zur Kontaktfeder (10) und vor deren Federfläche (16) verläuft.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (7) zumindest im Bereich der Kontaktfeder (10) als Flachleitung ausgebildet und mit ihrer einen Flächenseite der Federfläche (16) der Kontaktfeder (10) zugewandt ist.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitungen (6, 7) als Flachleitungen ausgebildet sind.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Bereichs der Kontaktfeder (10) die beiden Flachleitungen (6, 7) mit ihren Kanten einander zugewandt sind.

5. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Leitungen (6, 7) beidseitig des Relaisgehäuses (3) Anschlussenden aufweist.

6. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Antrieb, vorzugsweise einen Magnetantrieb (5), zum Auslenken der Kontaktfeder (10) in die jeweilige Relaisposition.

7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetantrieb (5) eine umpolbare Magnetspule (17), einen einen Permanentmagneten aufweisenden Anker (19), der an zwei Jochschenkeln (18) der Magnetspule (17) zwischen zwei Schaltstellungen verschwenkbar gehalten ist, und ein im Wesentlichen parallel zur Spulenachse verschiebbar geführtes Stellelement (22) der Kontaktfeder (10), das mit dem Anker (19) bewegungsgekoppelt ist, aufweist.

8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (10) mit dem Stellelement (22) des Magnetantriebs (5) in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Kontaktfeder (10) bewegungsgekoppelt ist.

9. Relais nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (22) des Magnetantriebs (5) in einer, vorzugsweise in beiden Leitungen (6, 7) der Doppelleitung (4) verschiebbar geführt ist.

10. Relaisanordnung (1) mit mehreren, vorzugsweise drei Relais (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem gemeinsamen Antrieb, vorzugsweise Magnetantrieb (5), zum gleichzeitigen Auslenken der Kontaktfedern (10) der mehreren Relais (2).

11. Relaisanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (22) des gemeinsamen Antriebs in einer, vorzugsweise in beiden Leitungen (6, 7) jedes der mehreren Relais (2) verschiebbar geführt ist.

12. Relaisanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere durchgehend ausgebildete Nullleiter (28, 29) durch das Relaisgehäuse (3) hindurchgeführt sind.

Zeichnung