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Die
Erfindung geht aus von einem Einrückrelais für eine Andrehvorrichtung mit
einer mindestens zwei Kontaktbolzen im Einschaltzustand überbrückenden
Kontaktbrücke
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Einrückrelais
der hier angesprochenen Art werden für die Ein- und Ausschaltung
von Startern für Brennkraftmaschinen
verwendet. Aufgrund der relativ niedrigen Spannung der Bordnetzversorgung
fließen
in der Durchdrehphase sehr hohe Ströme von 250 A bis 350 A. Die
Einrückrelais
müssen
einem Kurzschlußstrom
von beispielsweise 800 A bis 1200 A standhalten. Sie werden bei
einer Umgebungstemperatur von –30° Celsius
bis +120° Celsius
eingesetzt. Insbesondere beim Einschalten des Starters treten hohe
Belastungen der Kontakte des Einrückrelais' auf, nämlich Lichtbögen, die
zu einer starken Erwärmung
der Kontaktbrücke
und der zugehörigen Kontaktbolzen
führen.
Es hat sich im übrigen
gezeigt, daß bekannte
Einrückrelais
beim Auftreffen der Kon taktbrücke
auf die Kontaktbolzen zum Prellen neigen, wodurch Lichtbögen und
Mikroschweißpunkte
hervorgerufen werden.
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Aus
der
DE 43 01 056 A1 ist
ein Einrückrelais gemäß dem Oberbegriff
des Patentsanspruchs 1 bekannt. Dieses Einrückrelais zeigt zwei Kontaktbolzen,
die im Einschaltzustand durch eine teller- oder schalenartige Kontaktbrücke überbrückt werden. Diese
Kontaktbrücke
ist an einer axial beweglichen Schaltachse angebracht und wird im
elektromagnetisch erregten Zustand des Einrückrelais in Richtung der beiden
Kontaktbolzen gedrückt.
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Bei
der dort gezeigten Ausführung
weist die teller- bzw. schalenförmige
Kontaktbrücke
eine ebenso schalenförmige
bzw. tellerförmige
Außenoberfläche auf,
an die die Gegenkontakte angepasst sind. Die entsprechenden Gegenkontakte
an den Kontaktbolzen geben jedoch unter dem Druck der tellerförmigen Kontaktbrücke nach,
so dass die Stromübergangsfläche zwischen
Kontaktbrücke
und Kontaktbolzen im Betrieb kleiner als theoretisch möglich ist, da
die Anpassungsfähigkeit
der Kontaktbrücke
gegenüber
den Gegenkontakten nur gering ist.
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Aus
der
DE 36 28 423 A1 ist
eine Kontaktanordnung für
elektrische Schaltgeräte
bekannt, die eine zweiteilige Kontaktbrücke aufweist. Eine jede der
beiden wippenden Kontaktbrücken
weist am jeweiligen, voneinander abgewandten Ende ein Kontaktstück auf,
das als Gegenkontakt zu anderen ortsfesten Kontakten dient. Bei
diesen Kontaktbrücken ist
aufgrund der mangelnden Biegeweichheit nachteilig, dass diese nur
schwer an Gegenkontakte anpassbar sind und sich somit Kontaktschwierigkeiten ergeben
können.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Einrückrelais
mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen weist dem gegenüber den
Vorteil auf, dass der Einschaltvorgang mit deutlich geringerer Prellneigung
erfolgt, ohne dass es eines erhöhten
Konstruktionsaufwandes bedürfte.
Dadurch, dass die Kontaktbrücke
des Einrückrelais
je mindestens zwei einem Kontaktbolzen zugeordnete definierte Kontaktbereiche
aufweist, die an Kontaktnasen, welche an einem Ende der Kontaktbrücke in Richtung
zu den Kontaktbolzen umgebogen sind, angeordnet sind, wobei die
Kontaktnasen an in ihrer Längserstreckung
und quer zu ihrer Längserstreckung
biegeweichen Federarmen vorgesehen sind, ergibt sich ein optimales
Schaltverhalten: Durch die biegeweiche Schaltbrücke verbleibt die Kontaktbrücke beim
Schließen
des Relais in mechanischer Berührung
mit den Kontaktbolzen. Insbesondere wird vermieden, dass die Kontaktbrücke beim
Aufschlagen auf die Kontaktbolzen so zurück federt, dass die elektrische
Verbindung zwischen Kontaktbolzen und Kontaktbrücke aufgerissen wird und ein
Lichtbogen entsteht.
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Bevorzugt
wird eine Ausführungsform
des Einrückrelais', die sich dadurch
auszeichnet, daß die Kontaktnasen
durch Umbiegen, Prägen
oder Tiefziehen der Federarme in Richtung der Kontaktbolzen hergestellt
sind. Derartige Kontaktbrücken
sind einfach herstellbar. Insbesondere können Kontaktbrücken dieser
Art in herkömmliche
Einrückrelais
eingesetzt werden, so daß die
hier erwähnten
Vorteile auf einfache Weise realisierbar sind. Durch die Herstellung
der Kontaktnasen werden einerseits definierte Kontaktbereiche geschaffen,
auf die sich ein Abbrand, der im Betrieb des Einrückrelais' unvermeidbar ist,
beschränkt.
Der Verschleiß ist
also definiert und damit sehr gut beherrschbar. Der Abbrand der Kontaktnasen
führt über der
Lebensdauer zu keiner Querschnittsveränderung der Kontaktfläche und
damit zu flächenbedingt
sich ändernden
Flächenpressungen
an der Kontaktoberfläche.
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Bevorzugt
wird weiterhin eine Ausführungsform
des Einrückrelais', das sich dadurch
auszeichnet, daß die
Federarme durch mindestens eine in Richtung einer gedachten, senkrecht
auf der Mittelachse der Schaltachse stehenden Linie verlaufende Ausnehmung
realisierbar sind. Die Ausnehmung liegt damit auch etwa in einer
gedachten Verbindungslinie der beiden Kontaktbolzen beziehungsweise
deren Kontaktfläche.
Die Federarme können
damit auf einfache Weise hergestellt werden, wobei sich ohne weiteres
die gewünschte
Biegeweichheit in Richtung der Längserstreckung
der Federarme einstellt. Durch die Ausnehmung wird auch Material
in der Breite der Kontaktbrücke
entfernt, so daß sich
auch die Biegeweichheit der Federarme quer zu ihrer Längserstreckung
einfach realisieren läßt.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Einrückrelais' möglich.
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Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Einrückrelais;
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2 eine
vergrößerte Detaildarstellung
einer Kontaktbrücke
im Schnitt und
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3 eine
Draufsicht auf einen Teil einer Kontaktbrücke.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein Einrückrelais,
das im einzelnen bekannt ist, so daß auf die Gesamtbeschreibung
des Relais' verzichtet
wird. Es soll hier nur auf einen Teilbereich des Einrückrelais' 1 eingegangen
werden, der auch anhand der 2 und 3 näher erläutert wird.
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Das
Einrückrelais 1 weist
eine Kontaktbrücke 3 auf,
die an einer Schaltachse 5 angebracht ist. Die Kontaktbrücke 3 dient
dazu, zwei Kontaktbolzen 7 und 9 beziehungsweise
deren Kontaktflächen 11 und 13 elektrisch
miteinander zu verbinden. Die Kontaktbrücke 3 ist hier über eine
Führungsbuchse 15 an der
Schaltachse 5 angebracht. Wenn die Schaltachse aus Kunststoff
hergestellt ist, kann die Führungsbuchse
entfallen. Unterhalb der Kontaktbrücke befindet sich eine Isolierscheibe 17.
Schließlich
ist hier noch ein Schaltachsenanschlag 19 vorgesehen.
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Die
Kontaktbrücke 3 wird
auf übliche
Weise mittels einer bekannten Relaisspule 21 gegen die Kraft
eines als Kontaktluftfeder 23 ausgebildeten Rückstellorgans
gegen die Kontaktflächen 11 und 13 gepreßt.
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In 1 sind
Konturen einer herkömmlichen Kontaktbrücke 30 eingezeichnet,
die wesentlich dicker und -quer zur Schaltachse 5 gemessen-
länger ist.
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2 zeigt
einige in 1 dargestellte Details in starker
Vergrößerung.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so daß auf die
Beschreibung in 1 verwiesen wird.
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Die
Mittelachse 25 der Schaltachse 5 ist strichpunktiert
eingezeichnet. Rechts von der Mittelachse ist die Schaltachse beispielhaft
wesentlich dünner
ausgebildet als links.
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Die
Kontaktbrücke 3 weist
eine zentrale Öffnung 27 auf,
durch die der unterste Teil der Führungsbuchse 15 ragt.
Am unteren Ende der Führungsbuchse 15 ist
eine Anlageschulter 29 ausgebildet, gegen die die Kontaktbrücke 3 auf
geeignete Weise, beispielsweise durch einen aufgepreßten Schaltachsenanschlag 19,
der hier über
eine Stahlscheibe 31 auf die Isolierscheibe 17 wirkt.
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Zur
Verdeutlichung der Funktion ist hier noch der eine Kontaktbolzen 9 mit
der zugehörigen
Kontaktfläche 13 angedeutet.
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Bei
der Darstellung in 2 ist die Kontaktbrücke 3,
ebenso wie bei der Wiedergabe in 1, in einem
Abstand zu den Kontaktflächen
dargestellt, der Kontakt des Einrückrelais' 1 ist also geöffnet.
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Aus
der Schnittdarstellung in 2 ist ersichtlich,
daß die
Kontaktbrücke 3 im
Bereich der Öffnung 27 einen
Verstärkungskragen 33 aufweist.
Dieser kann durch Umbiegen des inneren Materials der Kontaktbrücke 3 aber
auch durch einen Präge-
oder Tiefziehvorgang hergestellt werden. Die Höhe des Verstärkungskragens
entspricht der Länge
des unteren Teils der Führungshülse, gemessen
ab der Anlageschulter 29. Bei einer derartigen Dimensionierung ist
sichergestellt, daß die
Unterseite des Verstärkungskragens 33 und
der Führungshülse 15 eine ebene
Anlagefläche
für die
Isolierscheibe 17 bilden.
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2 zeigt
außerdem,
daß das äußere, dem Verstärkungskragen 33 abgewandte
Ende der Kontaktbrücke 3 zur
Ausbildung einer Kontaktnase 35 nach unten umgebogen ist.
Auch hier kann die Kontaktnase durch einen Präge- oder Tiefziehvorgang hergestellt
werden. Auf der Unterseite der Kontaktnase befindet sich ein Kontaktbereich 37,
der in aktiviertem Zustand des Einrückrelais' 1 mit der Kontaktfläche 13 in
Berührung
tritt.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf den rechten Teil der in 2 wiedergegebenen
Kontaktbrücke 3 mit
der zugehörigen
Kontaktfläche 13 des
Kontaktbolzens 9. In dieser Darstellung sind auch die Schaltachse 5 und
der untere Teil der Führungsbuchse 15 im
Schnitt erkennbar. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich,
daß der
Verstärkungskragen 33 hier
als durchgehende Hülse
ausgebildet ist.
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Aus
der Draufsicht gemäß 3 ist
ersichtlich, daß die
Kontaktbrücke
in sich einerseits zu einer gedachten senkrechten Linie 39,
andererseits zu einer gedachten horizontalen Linie 41 symmetrisch ausgebildet
ist. Die Längskanten
der Kontaktbrücke 3 schließen einen
spitzen Winkel ein, das heißt,
die Kontaktbrücke 3 verjüngt sich
mit zunehmenden Abstand von der Schaltachse 5 zu den Kontaktnasen 35 hin.
Die Kontaktbrücke 3 ist
hier mit vier Kontaktnasen und den zugehörigen Kontaktbereichen 37 versehen.
Die beiden Kontaktnasen sitzen am Ende von Federarmen 43,
die eine ebene Verbindung des Körpers
der Kontaktbrücke
zu den Kontaktnasen 35 herstellen, die ihrerseits hier
senkrecht nach innen in die Bildebene abgewinkelt sind. Aus 2 ist,
ebenso wie aus 3, aufgrund der gestrichelten
Darstellung der Kontaktnasen ersichtlich, daß die Dicke der Kontaktbrücke 3 wesentlich
geringer ist als die Gesamthöhe
der Kontaktnasen. Es zeigt sich auch, daß an den Enden der Kontaktbrücke 3 beziehungsweise an
den Enden der Federarme 43 aufgrund der Kontaktnasen 35 eine
erhöhte
Masse gegeben ist. Es ist auch erkennbar, daß die Federarme 43,
die durch eine symmetrisch zur Linie 41 angeordnete Ausnehmung 45 gebildet
werden, wesentlich schmaler sind als die Gesamtbreite der Kontaktbrücke 3.
Die Federarme sind daher nicht nur in Richtung ihrer Längserstreckung,
sondern auch quer dazu sehr biegeweich. Dadurch ist sichergestellt,
daß die
Kontaktbereiche 37 bei Aktivierung des Einrückrelais' 1 vollflächig auf den
Kontaktflächen 11 und 13 anliegen.
Auf diese Weise können
Parallelitätsfehler
zwischen den Kontaktflächen 11 und 13 und
den Kontaktbereichen 37 leicht ausgeglichen werden, ohne
daß es
zu störenden
Rückwirkungen
auf die Schaltachse 5 beziehungsweise die Führungsbuchse 15 käme.
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Durch
die in 2 dargestellte Höhe der Kontaktnasen 35,
die wesentlich größer ist
als die Dicke der Kontaktbrücke 5 kann
eine Abbrandreserve während
des Betriebs des Einrückrelais' 1 sichergestellt
werden. Durch die biegeweichen Federarme 43 kann auch ein
unterschiedlicher Abbrand der Kontaktnasen 35 beziehungsweise
ein ungleicher Verschleiß der
Kontaktbereiche 37 ohne weiteres ausgeglichen werden.
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Durch
die hier gewählte
Ausgestaltung der Kontaktbrücke 3 sind
deren Masse und Trägheitsmoment
quer zur Längserstreckung
insgesamt stark reduziert. Wie auch Versuche gezeigt haben, läßt sich die
Masse der erfindungsgemäßen Brücke gegenüber in 1 gestrichelt
dargestellten herkömmlichen Brücken etwa
auf ein Viertel reduzieren. Dadurch ergibt sich ein weicherer Stoß beim Schließen der
Kontakte des Einrückrelais' 1 und damit
eine nur noch stark reduzierte Prellwahrscheinlichkeit. Durch die Gestaltung
der Kontaktbrücke 3 ergibt
sich eine sehr gleichmäßige Kontaktkraftverteilung
im Berührungsbereich
zwischen den Kontaktflächen 11 und 13 und den
Kontaktbereichen 37, so daß Kantenlagen beziehungsweise
Randlagen der Kontaktpunkte, die zu einer starken Erwärmung und
damit zu einem hohen Verschleiß führen, auf
ein Minimum reduziert werden.
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Durch
die Gestaltung der Kontaktbereiche 37 ist sichergestellt,
daß die
Kontaktnasen 35 termisch und elektrisch voneinander entkoppelt
sind, wobei eine flächige
Berührung
der Kontaktbereiche 37 mit den Kontaktflächen 11 und 13 gewährleistet ist.
Dadurch ergibt sich im Mittel ein gegenüber bekannten Systemen nahezu
halbierter Kontaktwiderstand und eine wesentlich niedrigere Kontakttemperatur.
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Durch
den weicheren Stoß und
durch die Vermeidung des Prellens werden die Lichtbogenstandzeiten
beim Kontaktschließen
stark reduziert. Außerdem
ergibt sich eine wesentlich höhere
Sicherheit beim Aufreißen
von gegebenenfalls aufgetretenen Mikroschweißpunkten beim Kontaktöffnen.
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Da
die Kontaktbereiche 37 der Kontaktnasen 35 der
Kontaktbrücke 3 im
wesentlichen vollflächig einem
Verschleiß unterliegen,
bleibt der Querschnitt der Kontaktbereiche 37 über die
Lebensdauer der Kontaktbrücke 3 weitgehend
konstant.
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Aufgrund
der geringen Auflageflächen
der Kontaktnasen 35 können
Eis- und Rauhreifschichten auf den Kontaktflächen 11 und 13 bei
der Aktivierung des Einrückrelais' 1 sicher
durchschlagen werden.
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Insgesamt
ergibt sich, daß unter
Beibehaltung eines einfachen Aufbauprinzips ein masseminimierter,
toleranzunempfindlicher Kontakt mit größerer Lebensdauer, nahezu halbiertem
Kontaktwiderstand und deutlich reduzierter Kontakttemperatur realisiert
ist.
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Der
Verstärkungskragen 33 dient
sowohl der mechanischen Versteifung im Bereich der Öffnung 27 als
auch der Querschnittsvergrößerung zur
Stromleitung.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
auf jeder Seite der Kontaktbrücke 3 mehr
als eine Ausnehmung 45 vorzusehen, um mehr als zwei Federarme 43 mit
den zugehörigen
Kontaktnasen 35 auszubilden. Auch bei der Realisierung
von beispielsweise je drei Federarmen und drei Kontaktnasen auf
beiden Seiten einer Kontaktbrücke
würde sich
eine weitere Verbesserung ergeben: Die Übergangsverluste an den Kontaktflächen würden auf
je drei Kontaktflächen
verteilt, wodurch die lokale Erwärmung
reduziert würde.
Aufgrund der in Längsrichtung
und quer zur Längsrichtung
gegebenen Biegeweichheit der Federarme ergibt sich in allen Fällen eine
flächige
Anlage der Kontaktbereiche auf den Kontaktflächen, so daß Kanten- und Randlagen, die
zu einem erhöhten Übergangswiderstand
und zu höheren
Kontakttemperaturen führen,
vermieden werden.
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Nach
allem wird auch deutlich, daß die
Herstellung der Kontaktbrücke
durch Biege-, Präge-
oder Tiefziehverfahren einfach realisierbar ist. Die Ausnehmung
kann durch einen Stanzvorgang hergestellt werden, der seinerseits
einfach durchführbar
ist.
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Schließlich sei
noch auf 2 verwiesen, aus der ersichtlich
ist, daß der
Verstärkungskragen 33 mit
vorteilhaft kleinem Innendurchmesser der Öffnung 27 realisierbar
ist. Hierdurch läßt sich
die Länge der
Federarme und damit die Biegeweichheit weiter steigern.
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Gleichzeitig
wird die Kippfähigkeit
der Kontaktbrücke 3 in
der Einspannstelle zwischen Teil 15 und der Isolierscheibe 17 erhöht. Dies
ist von Vorteil bei Höhenfehlern
der Kontaktflächen
auf den Kontaktbolzen beziehungsweise bei kleinen, einseitig auftretenden
Mikroschweißpunkten.
Sie lassen sich durch "Aufhebeln" auftrennen beim
Lüften
der Kontaktbrücke
durch die Kontaktluftfeder. Das heißt also, die hier dargestellte
Kontaktbrücke
kann mit einer Vielzahl von verschiedenen Einrückrelais 1 kombiniert
und gegebenenfalls auch nachträglich
eingesetzt werden.