Relais mit verbesserten Isolationseigenschaften

Abstract

 Elektromagnetisches Relais mit verbesserten Isolationseigenschaften. Ein Lastschalter (20) und ein Diagnoseschalter (30) sind an sich gegenüberliegenden Enden des Relais angeordnet. Der Lastschalter (20) ist in einer isolierenden Kammer, von isolierenden Wänden umgeben, angeordnet und weist eine Rückkehrstromschleife auf, um zu einer Erhöhung der Kontaktkraft im Falle eines Kurzschlussstromes zu führen.

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit einem Elektromagnetsystem, einem Anker, einem ersten und einem zweiten Schalter an entgegengesetzten Seiten des Relais.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Relais dieser Art sind bekannt (US 4,703,293, US 6,107,903) und umfassen ein Elektromagnetsystem mit wenigstens einer Spule, einem Spulenkern und zwei Polschuhen, die zwei sich gegenüberstehende Relaisseiten definieren. Das Relaisgehäuse weist an den sich gegenüberstehenden Relaisseiten Festkontakte der Schalter auf. Die beweglichen Kontakte der Schalter sitzen am Ende von Kontaktfedern und werden von einer Isolationsplattform getragen, die Teil eines beweglichen Blockes ist, dem auch der Anker angehört. Jede der Kontaktfedern führt zu einem Mittelanschluss, die jeweils mit Anschlussstiften elektrisch verbunden sind. Die Isolationsstrecke zwischen jeweiliger Kontaktfeder und Anker bzw. Polschuh ist nicht sehr lang, so dass die bekannten Relais nur für geringe Spannungen von z.B. unterhalb 60 Volt geeignet sind.

[0003] Zur Erhöhung der Kontaktkraft im Falle von Kurzschlüssen ist es bei Relais bekannt (DE 42 16 080 A1, WO 93/23863 und WO 93/23866), eine sich über die Länge des Relais erstreckende Kontaktfeder anzuwenden, zu der ein sich parallel erstreckender Federträger angeordnet ist, wobei Kontaktfeder und Federträger in Gegenrichtung stromdurchflossen sind. Die sich dabei entwickelnden elektrodynamischen Kräfte können zu größerer Schließkraft des Relais ausgenutzt werden, was im Falle von Kurzschlüssen nützlich ist.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Relais anzugeben, das mit kleinstmöglichem Bauraum und hoher Empfindlichkeit nicht nur für Niederspannungen geeignet ist. Bei entsprechender Bauart soll erhöhte Isolation erreicht werden. Ferner soll die Schließkraft des Relais elektrodynamisch erhöht werden.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

[0006] Das elektromagnetische Relais umfasst ein Elektromagnetsystem mit wenigstens einer Spule, einem Spulenkern und zwei Polschuhen, die eine erste und eine zweite sich gegenüberstehende Relaisseiten definieren. Dem Elektromagnetsystem ist ein Anker zugeordnet, der einen isolierenden Ankerblock als Träger einer Kontaktfeder aufweist. Diese Kontaktfeder gehört einem ersten Schalter an, der an der ersten Relaisseite angeordnet ist und als Lastschalter und Arbeitskontaktschalter fungiert. Die Kontaktfeder ist gemäß einer Rückkehrschleife geformt, um in Gegenrichtung stromdurchflossene Leiterabschnitte zu bilden, die einerseits mit einem Lastanschlussstift und andererseits mit einem beweglichen Kontakt verbunden sind, der mit einem Festkontakt zusammen arbeitet, welcher mit einem weiteren Lastanschlussstift verbunden ist. Die Kontakte des ersten Schalters sind in einer isolierenden Kammer angeordnet, die von isolierenden Wänden eines Trägerbauteils, einer Gehäusekappe und des isolierenden Ankerblockes umgeben ist.

[0007] An der zweiten Relaisseite ist noch ein zweiter Schalter vorgesehen, der eine zweite Kontaktfeder mit einem beweglichen Kontakt aufweist, um die elektrische Verbindung zwischen zwei Diagnoseanschlussstiften herzustellen oder zu unterbrechen. Der zweite Schalter ist ein Ruhekontaktschalter und als Diagnoseschalter zur Feststellung der Schaltstellung des Ankers nützlich. Die Bauweise des Diagnoseschalters kann gleichartig zu der des Lastschalters sein, es ist aber auch möglich, andere Schalterkonstruktionen anzuwenden. So kann die zweite Kontaktfeder mit beweglichem Kontakt als am Anker angebrachte Kontaktbrücke ausgebildet sein, die mit Festkontakten zusammenarbeitet, welche mit den Anschlussstiften des Diagnoseschalters verbunden sind.

[0008] Das Trägerbauteil kann eine isolierende Haube aufweisen, die den Bewegungsraum des Ankers von der isolierenden Kammer des ersten Schalters trennt. Bei dieser Ausbildung der isolierenden Kammer müssen elektrische Ströme lange Luft- und Kriechstrecken mit mehr als die Hälfte der Relaislänge zurücklegen, bis sie zu metallischen Teilen gelangen. Dadurch werden solche Kriechströme unterbunden.

[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erste Kontaktfeder einen Kontaktfederschenkel, einen Rückstellfederschenkel und einen Festschenkel auf, die eine Stromschleife mit in Gegenrichtung durchflossenen Abschnitten bilden, wodurch sich elektrodynamische Kräfte in Schließrichtung des ersten Schalters entwickeln. Insbesondere bei Kurzschlussströmen ist die Anpresskraft der Kontakte aufeinander erhöht, so dass ein guter Stromübergang mit Schonung der Kontakte ermöglicht wird. Der Kurzschluss wird, wie üblich, durch ein Schaltschütz beendet, das im Zuge der Kurzschlussleitung angeordnet ist.

[0010] Das erfindungsgemäße Relais kann als gepoltes Relais konzipiert werden. Hierzu gibt es einen Permanentmagneten, der zwischen den Polschuhen des Elektromagnetsystems angeordnet ist. Es ist zweckmäßig, eine Spulenbaugruppe aus einer auf einem Trägerkörper gewickelten Spule, einem Kern und Polschuhen zusammenzufassen und eine Polbaugruppe mit Polstücken und dem Permanentmagneten zu bilden. Dies erleichtert die Montage des Relais.

[0011] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den Ansprüchen.

Kurzbeschreibung der Figuren

[0012] Es zeigen:

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung des Relais bei abgezogener Gehäusekappe,

Fig. 2

eine Seitenansicht des Relais in einer Mittelstellung,

Fig. 3

einen Längsschnitt durch das Relais und

Fig. 4

eine Explosionsdarstellung des Relais.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0013] Das elektromagnetische Relais ist aus einem Magnetsystem und einem Schaltersystem aufgebaut, die durch Gehäuseteile zusammengehalten und geschützt werden. Das Magnetsystem umfasst einen Elektromagneten mit Spule 1, ferromagnetischem Kern 2, ferromagnetischen Polschuhen 3, 4 und Polstücken 7, 8. Die Spule 1 ist auf einen Trägerkörper 5 gewickelt und bildet zusammen mit dem ferromagnetischen Kern 2 und den ferromagnetischen Polschuhen 3 und 4 eine Spulenbaugruppe 10. Zu dem Magnetsystem gehören noch die Polstücke 7, 8 als Magnetflussteile, ein Permanentmagnet 11 und ein Anker 12. Der Permanentmagnet 11 kann als Dreipol-Magnet mit einem Mittelteil als ferromagnetisches Lagerstück ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, einen kurzen Zweipol-Permanentmagneten zu verwenden, der zwischen einem ferromagnetischen Lagerstück (nicht dargestellt) für den Anker 12 und einem der Pole 7 oder 8 gefügt ist, wobei zwischen dem Lagerstück und dem anderen Pol 8 oder 7 eine Magnetflussunterbrechung liegt. In beiden Fällen kann eine Polbaugruppe aus den Polstücken, dem Permanentmagneten und dem Lagerstück gebildet werden.

[0014] Das Relais umfasst einen ersten Schalter oder Lastschalter 20 und einen zweiten Schalter oder Diagnoseschalter 30, die an sich gegenüberliegenden Seiten des Relais angeordnet sind. Der Schalter 20 weist einen Festkontakt 21 und einen beweglichen Kontakt 23 auf, der fest mit einer Kontaktfeder 24 verbunden ist, die einen Kontaktfederschenkel 24a, einen Rückstellfederschenkel 24b und einen Festschenkel 24c aufweist. Die Schenkel 24a und 24b sind über eine 180°-Biegung miteinander verbunden und bilden so eine Rückkehrstromschleife mit in Gegenrichtung durchflossenen Abschnitten. Der Schenkel 24a der Kontaktfeder 24 weist einen seitlichen Lappen 24d (Fig. 1) auf, der in einem Schlitz eines isolierenden Blockes 13 des Ankers 12 eingreift, um die Kontaktfeder 24 entsprechend der Bewegung des Ankers 12 mitzuführen und den beweglichen Kontakt 23 mit kurzem Federarm auf den Festkontakt 21 zu drücken. Die Kontaktfeder 24 ist somit einerseits an dem isolierenden Block 13 des Ankers 12 und andererseits mit dem Schenkel 24c am Trägerkörper 5 befestigt.

[0015] Wie aus den Figuren 1 und 4 hervorgeht, ist der 90°-Übergang zwischen den Schenkeln 24b und 24c ausgespart, um einen Prüfzugang zu dem beweglichen Kontakt 23 zu haben. Der Schenkel 24c weist einen nach unten reichenden Fortsatz auf, mit dem er mit einem ersten Lastanschlussstift 43 verbunden ist. Der Festkontakt 21 ist mit einem Festkontaktträger 25 verbunden, der in dem Trägerkörper 5 befestigt ist, beispielsweise durch Umspritzen in Kunststoff. Der Festkontaktträger 25 steht wiederum mit einem zweiten Lastanschlussstift 44 in leitender Verbindung.

[0016] Der zweite Schalter 30 ist gleichartig zum ersten Schalter ausgebildet und weist einen Festkontakt 31 und einen beweglichen Kontakt 33 auf, der an einer Kontaktfeder 34 angebracht ist, die vorzugsweise isolierend am Anker 12 befestigt ist. Der bewegliche Kontakt 33 enthält zwei Kontaktkörper, die an zugeordneten Federlappen der Kontaktfeder 34 angebracht sind. Die Kontaktfeder 34 weist drei Schenkel, einen Federkontaktschenkel 34a, einen Rückstellfederschenkel 34b und einen Festschenkel 34c auf, die eine Stromschleife mit in Gegenrichtung durchflossenen Abschnitten bilden. Der Festschenkel 34c ist mit einem ersten Diagnoseanschlussstift 45 verbunden. Der Festkontakt 31 sitzt auf einem Festkontaktträger 35, der in dem Trägerkörper 5 verankert ist und mit einem zweiten Diagnoseanschlussstift 46 in elektrisch leitender Verbindung steht.

[0017] In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Schalter 30 mit zwei Festkontakten und einem beweglichen, als Brücke wirksamen Kontakt ausgebildet (nicht dargestellt). Die Festkontakte können dabei federnd ausgebildet sein.

[0018] Auch weitere Ausbildungsformen des zweiten Schalters 30 sind möglich. Benötigt wird eine Kontaktfeder mit beweglichem Kontakt, um eine elektrische Verbindung zwischen zwei Diagnoseanschlussstiften herzustellen oder zu unterbrechen. Der zweite Schalter wird als Diagnoseschalter zur Feststellung der Schalterstellung des Ankers benutzt.

[0019] Wie bereits erwähnt, ist die Kontaktfeder 24 über den seitlichen Lappen 24d mit dem isolierenden Block 13 und damit mit dem Anker 12 verbunden, um dessen Bewegungen mitzumachen. Der isolierende Block 13 weist eine Aussparung 14 zur Seite des Schalters 20 auf, um einen Freiraum für eine isolierende Haube 15 zu bilden, die an dem isolierenden Trägerkörper 5 festgemacht ist. Wenn sich der Anker 12 und mit diesem der isolierende Block 13 bewegt, um den Schalter 20 oder 30 zu schließen, dann treffen die zur Haube 15 benachbarten Schenkel des Ankers 12 und des isolierenden Blockes 13 nicht auf die isolierende Haube 15. Es bleibt somit eine Strecke entlang der Oberfläche der isolierenden Haube 15 frei, die ausreichend lang ist, um Kriechströme von dem Schalter 20 zu dem Elektromagnetsystem zu verhindern.

[0020] Der isolierende Trägerkörper 5 weist zwei Schenkel auf, in denen die jeweiligen Festkontaktträger 25 bzw. 35 der Schalter 20 bzw. 30 befestigt sind, und ein Verbindungsstück zwischen den Schenkeln des Trägerkörpers, das einen Spulenkörper zur Aufnahme der Spule 1 bildet. Die Spule 1, der Kern 2 und die Polstücke 3 und 4 bilden zusammen eine Spulenbaugruppe 10, die vom Trägerkörper 5 zusammengehalten wird. Die Polstücke 7, 8 bilden zusammen mit dem Permanentmagneten 11 eine Polbaugruppe, die zwischen den Polschuhen 3, 4 oberhalb der Spule 1 angeordnet ist. Der mittlere Bereich des Permanentmagneten, oder ein extra Lagerstück, bilden das Stützlager für den Anker 12. Der Trägerkörper 5 zusammen mit der Spulenbaugruppe 10 und der Polbaugruppe wird unter Zwischenfügen von Spulenanschlussleitungen in einen Gehäuseraum eines Sockelgehäuses 40 eingesetzt, nachdem die Enden der Spulenanschlussleitungen mit den Spulenanschlussstiften 41, 42 verbunden worden sind. Alle Anschlussstifte 41 bis 46 ragen aus der Unterseite des Sockelgehäuses 40 hervor. Schließlich wird eine Gehäusekappe 50 auf das montierte Relais gesetzt, damit um den Schalter 20 herum eine Kammer geschaffen wird, deren Wände aus isolierendem Material bestehen. Diese isolierenden Wände bestehen aus Teilen des Trägerkörpers 5, der Haube 15, des isolierenden Blockes 13 und Teilen der Innenwand der Gehäusekappe 50.

[0021] Das Relais ist in Fig. 2 und 3 in einer Mittelstellung des Ankers 12 dargestellt worden. Die Kraft der Federn 24 und ggf. auch 34 im Verhältnis zu der magnetischen Anziehungskraft auf den Anker 12 ist jedoch so getroffen, dass der Diagnoseschalter 30 normalerweise (ohne Erregung der Spule 1) geschlossen und der Lastschalter 20 geöffnet ist.

[0022] Der Sinn der Gestaltung der Kontaktfeder 24 mit der 180°-Biegung besteht darin, eine Rückkehrstromschleife mit in Gegenrichtung durchflossenen Abschnitten zu bilden, so dass bei erregtem Relais und geschlossenem Lastschalter 20 sich zusätzlich elektrodynamische Kräfte in Schließrichtung des Lastschalters 20 entwickeln. Diese Kräfte in Schließrichtung sind beim Auftreten eines Kurzschlussstromes über den Lastschalter 20 besonders groß, so dass eine gute Anpressung der Schalterkontakte 21, 23 aufeinander zustande kommt. Dies verhindert das Öffnen der Kontakte 21, 23 bei Kurzschluss und damit die Zerstörung der Kontakte 21, 23 wegen Öffnungsfunken. Der Kurzschluss wird, wie üblich, durch einen Schaltschütz unterbrochen.

[0023] Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner definieren die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Relais, umfassend:

- ein Elektromagnetsystem mit wenigstens einer Spule (1), einem Spulenkern (2) und zwei Polschuhen (3, 4), die eine erste und eine zweite sich gegenüberstehende Relaisseite definieren,

- einen Anker (12) mit einem ersten Ankerende und einem zweiten Ankerende korrespondierend zu der ersten und zweiten Relaisseite, sowie mit einem isolierenden Block (13)

- einen ersten Schalter (20), der als Lastschalter und Arbeitskontaktschalter fungiert und
an der ersten Relaisseite eine erste Kontaktfeder (24) mit einem Kontaktfederschenkel (24a), einem Rückstellfederschenkel (24b) und einem Festschenkel (24c) aufweist, wobei der Kontaktfederschenkel (24a) und der Rückstellfederschenkel (24b) eine Rückkehrstromschleife bilden, und der Festschenkel (24c) mit einem Lastanschlussstift (43) verbunden ist, wobei der Kontaktfederschenkel (24a) mit einem beweglichen Kontakt (23) verbunden ist, der mit einem Festkontakt (21) zusammenarbeitet, der mit einem weiteren Lastanschlussstift (44) verbunden ist,

- einen zweiten Schalter an der zweiten Relaisseite, der eine zweite Kontaktfeder (34) mit einem beweglichen Kontakt (33) aufweist, um die elektrische Verbindung zwischen zwei Diagnoseanschlussstiften (45, 46) herzustellen oder zu unterbrechen, wobei der zweite Schalter (30) als Ruheschalter und Diagnoseschalter zur Feststellung der Schalterstellung des Ankers (12) fungiert, und

- ein Relaisgehäuse, das einen Trägerbauteil (5) und eine Gehäusekappe (50) umfasst, welche zusammen mit dem isolierenden Block (13) des Ankers (12) eine isolierende Kammer für den ersten Schalter (20) bilden.

2. Relais nach Anspruch 1, wobei der Trägerbauteil (5) eine isolierende Haube (15) aufweist, die den Bewegungsraum des Ankers (12) von der isolierenden Kammer des ersten Schalters (20) trennt.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontaktfederschenkel (24a) und der Rückstellfederschenkel (24b) die Rückkehrstromschleife mit in Gegenrichtung durchflossenen Abschnitten bilden, wodurch sich elektrodynamische Kräfte in Schließrichtung des ersten Schalters (20) entwickeln.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Kontaktfeder (34) einen Kontaktfederschenkel (34a), einen Rückstellfederschenkel (34b) und einen Festschenkel (34c) aufweist, die eine Rückkehrstromschleife mit in Gegenrichtung durchflossenen Abschnitten bilden, wodurch sich elektrodynamische Kräfte in Schließrichtung des zweiten Schalters (30) entwickeln.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Anker (12) als Wippanker ausgebildet ist und mit seinem isolierenden Block (13) die erste Kontaktfeder (24), die sich zur ersten Relaisseite hin erstreckt, sowie, zur zweiten Relaisseite hin, die zweite Kontaktfeder (34) unmittelbar trägt.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Schalter (30) mit Doppelkontakt (33) ausgebildet ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Spulenbaugruppe (10) und eine Polbaugruppe mit Polstücken (7, 8) und einem Permanentmagneten (11) sowie einem ferromagnetischen Lagerstück.

8. Relais nach Anspruch 7, wobei der Trägerbauteil (5) die Polbaugruppe und die Festkontakte (21; 31) haltert.

9. Relais nach Anspruch 8, wobei die Polkörper (7, 8), und der Permanentmagnet (11) und das ferromagnetische Lagerstück der Polbaugruppe sowie die Festkontaktträger (21; 31) der Festkontakte (23; 33) in dem Trägerbauteil (5) in Kunststoff eingebettet sind.

10. Relais nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Spulenbaugruppe (10) in den Trägerbauteil (5) eingesetzt ist.

11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Kontaktfeder mit beweglichem Kontaktkörper als am Anker angebrachte Kontaktbrücke ausgebildet ist, die mit Festkontakten zusammenarbeitet, welche mit den Anschlussstiften verbunden sind.

Zeichnung