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EP0640243B1 - Polarisiertes leistungsrelais - Google Patents

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Publication number
EP0640243B1
EP0640243B1 EP93908825A EP93908825A EP0640243B1 EP 0640243 B1 EP0640243 B1 EP 0640243B1 EP 93908825 A EP93908825 A EP 93908825A EP 93908825 A EP93908825 A EP 93908825A EP 0640243 B1 EP0640243 B1 EP 0640243B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
coil
armature
relay according
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93908825A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0640243A1 (de
Inventor
Helmut Schedele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0640243A1 publication Critical patent/EP0640243A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0640243B1 publication Critical patent/EP0640243B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2272—Polarised relays comprising rockable armature, rocking movement around central axis parallel to the main plane of the armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/026—Details concerning isolation between driving and switching circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/641—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part performing a rectilinear movement

Definitions

  • the invention relates to a polarized electromagnetic relay with a coil, an elongated permanent magnet arranged above the coil parallel to the coil axis, which has end poles of the same name at both ends and a central pole of the same name in the middle, with a core arranged inside the coil, which is coupled at both ends via yoke legs to the two ends of the permanent magnet and with an elongated rocker armature, which is mounted above the central pole of the permanent magnet and forms a working air gap with both yoke legs.
  • Such a relay with a three-pole magnet and a rocker armature mounted above these magnets is known, for example, from EP-A-0 197 391.
  • the contact system is also arranged above the coil in the area of the armature, the contact springs arranged on both sides of the armature being connected directly to the armature and executing their switching movements directly with the armature.
  • a relay for switching larger powers in which a housing is divided into a coil space for receiving an electromagnetic system and a switching space for receiving a contact arrangement.
  • An armature which carries a permanent magnet, is arranged on the front side in front of the coil and engages in the contact space with a firmly molded actuating arm.
  • the object of the present invention is to utilize the advantages of the polarized system described at the outset, namely the high sensitivity with selectively adjustable monostable or bistable switching characteristics and the low sensitivity of the centrally positioned armature to vibrations for switching higher currents and voltages.
  • this object is achieved in a relay of the type mentioned at the outset in that the armature is supported by a bearing spring which is fastened directly to its central section and can be latched to the permanent magnet on both sides, below.
  • the coil is a contact set with at least one approximately parallel to the coil axis arranged contact spring and at least one fixed contact element and that in front of an end face of the coil is arranged a movable slide perpendicular to the coil axis made of insulating material, on the one hand with a movable end of the armature and on the other hand with a movable end of the contact spring is coupled.
  • the contact elements on the underside of the relay are already arranged near the connection side, so that short connection elements do not generate excessive heat loss even when carrying high currents. Because the armature with the iron parts of the magnet system is opposite to the Contact elements located on the top of the coil, there is already a large insulating distance between the contact system and the magnet system due to the spatial distance. The coil and the entire magnet system can also be shielded from the contact system by appropriate design of a base body with the creation of long insulating distances.
  • Such a base body in which, for example, the contact set with connection elements led out to the underside is arranged, preferably forms a partition between the contact set and the coil, on which side walls formed on the bottom surround the contact set and / or side walls formed on the top, surround the magnet system in a U-shaped or trough-shaped manner.
  • This partition can additionally have a laterally open slot into which an insulating plate is inserted. In this way, three superposed insulating material walls between the contact set and the coil are obtained, which ensures the dielectric strength required for certain applications.
  • the insulating material slide arranged on one end of the coil, which creates a connection between the armature and the contact system, can create labyrinth-like insulating paths by corresponding overlaps with the base body.
  • the slide expediently has recesses into which deformable ends of the contact spring on the one hand and the armature on the other hand engage.
  • the relay shown in FIGS. 1 to 4 has a base body 1 with a central partition 3 arranged parallel to the bottom side, on which upwardly formed side walls 4 and 5 and 6 and 7 form a trough-shaped receptacle for a magnet system 2 which can be inserted from above.
  • the partition wall 3 together with a parallel bottom wall 8 and an extension of the side wall 4, encloses an approximately U-shaped contact space 9, which is open to the right in FIG. 1.
  • the magnet system 2 has a tubular coil body 11 with end flanges 12 and 13, between which a winding 14 is arranged.
  • a core yoke 15 or 16 with a core leg 15a or 16a is inserted into the tubular opening of the coil body 11 from both sides, so that the two yoke legs 15b and 16b bent at right angles are parallel and upward.
  • a rod-shaped, three-pole magnetized permanent magnet 17 is arranged above the coil and parallel to the coil axis.
  • poles of the same name e.g. E. S
  • z. B. N has.
  • the permanent magnet is made of an AlNiCo alloy, for example, and in this case can simply be cut from a tape.
  • the magnet can be attached to the coil body by thermoplastic deformation of the coil flanges.
  • the core yokes 15 and 16 are also fixed in a suitable manner on the coil former.
  • An armature 18 designed as a rocker is mounted on the central pole N of the permanent magnet 17.
  • This anchor is slightly bent in a V-shape towards the permanent magnet in its central region, so that the ends 18a and 18b each form an air gap with the corresponding yoke leg 15b or 16b.
  • a bearing spring 19, preferably made of ferromagnetic material, is used to mount the armature, which is fastened to the underside of the armature with rivets 20 and is fastened by latching in corresponding recesses in the permanent magnet 17 with laterally bent latching tabs 21.
  • the bearing spring 19 forms a torsion band bearing for the armature.
  • This arrangement and shape of the bearing spring ensures that the armature is mounted without friction and that at the same time there is a good flow transition from the permanent magnet 17 to the armature 18. From above, the anchor is also held or secured in the bearing by a rib 22 formed on the cap 10. Since the armature is supported in its center of gravity, it is largely insensitive to vibrations in its switching state.
  • the armature movement is transmitted via a slide 23 to a contact spring set to be described, this slide being arranged between the side wall 5 of the base body and a side wall of the cap 10 and being movable perpendicular to the connection plane or to the coil axis.
  • This arrangement of the insulating slide between insulating walls results in long, labyrinthine creepage and air gaps between the metal parts of the magnet system and the contact spring set.
  • the coupling between armature 18 and slide 23 takes place through (two) extensions 24 of the armature end 18b, which engage in corresponding recesses 25 of the slide.
  • There is also a divider for securing 26 each provided with a retaining tab 26a, which according to FIG.
  • FIG. 6 Another possibility of coupling is shown in the detailed illustration of FIG. 6.
  • a hook-shaped extension 27 is formed on the armature end 18b, which is hooked into a correspondingly designed recess 28 of the slide 23.
  • Other embodiments of this coupling are also conceivable.
  • the contact spring set arranged in the contact space 9 below the coil has a contact spring 30 which is fastened to a spring support 29 and is split open at its free end into two spring legs 31 and 32.
  • a fixed NO contact element 33 is arranged above the contact spring 30.
  • a movable main contact piece 34 fastened on the spring leg 31 forms a main contact with an opposite fixed main contact piece 35 of the contact element 33, the contact pieces of which are made of noble metal.
  • a forward contact is formed with a movable forward contact piece 36 on the spring leg 32 and an opposite fixed forward contact piece 37 on the contact element 33, the contact pieces of which are made of tungsten or a comparable metal in a known manner.
  • the contact spring support 29 and the fixed NO contact element 33 are inserted from different sides into the base body 1, which is U-shaped in the lower part, namely the spring support 29 from one side, in FIG. 2 from the left, and the NO contact element 33 in FIG. 2 from the right.
  • the attachment is done by pressing into the corresponding slots.
  • the magnet system 2 is pressed from the top between the side walls 4, 5, 6 and 7 during assembly and additionally fixed by gluing. Subsequent adjustment is therefore not necessary.
  • an insulating film 39 is inserted into a longitudinal body slot 40 at the point where the distance between the magnet system and the contact area is less than 2 mm. This measure creates the three insulating walls required by VDE regulations.
  • the spring support 29 is made of a non-magnetic, electrically highly conductive material, for example a copper alloy. Since the pin 29a of the spring carrier is in Figure 1 near the right edge of the body, while the attachment point of the contact spring is close to the left edge, the spring carrier extends almost the entire length of the relay. In this way, the current path of the spring carrier is deliberately designed to be so long between the connecting pin and the spring fastening that opposite current directions in the spring carrier on the one hand and in the contact spring on the other hand can generate electrodynamic forces which increase the make contact force. This should generate very high contact forces in the event of a short circuit that reduce the contact resistance and thus reduce the risk of welding.
  • the increase in contact force due to the above-mentioned opposite current directions between the spring support and the spring may not be sufficient if the relay has a longer service life, because the distance between the spring support 29 and the contact spring 30 increases over time because of the contact erosion on the contact pieces. Due to this increasing erosion, the contact forces exerted by the magnet system on the slide on the contact spring are also reduced. Thus, in the event of a short circuit, there may still be a risk of a malfunction if the relay has carried out a large number of switching cycles.
  • the normally open contact element consists of ferromagnetic material; in addition, it is cranked in its central part 33a (through which the switching current does not flow), so that it is as close as possible to the contact spring 30 in this area.
  • a short-circuit current flowing in the middle spring generates a magnetic field which the ferromagnetic NO contact element would like to attract.
  • the contact spring, together with its contact piece 34 is attracted to the fixed normally open contact element 33.
  • this additional type of contact force amplification has the very special advantage that the force of attraction and thus also the contact force increase with increasing contact erosion.
  • the two different types of contact force amplification add up, namely on the one hand the repulsion of the contact spring from its current-carrying spring support 29 and on the other hand the attraction to the ferromagnetic normally open contact element 33 Effect so that the relay remains fully functional even during a short circuit during its entire service life.
  • the high short-circuit contact forces that occur prevent the contacts from welding due to the resulting low contact resistance.
  • the ferromagnetic normally open contact element 33 also has the advantage that it attracts the arc which arises when the tungsten lead contact 36, 37 is switched on and off. As a result, the main contact 34, 35, which is made of silver, for example, is less contaminated by the tungsten evaporation.
  • the electrical conductivity of tungsten is namely 3.5 times lower than that of silver with the same contact force.
  • the lower conductivity of the make contact element 33 is taken into account by two parallel connecting pins 33b.
  • a particular advantage of the combination according to the invention of the polarized rocker armature magnet system with the contact set described above is also that the contact is closed with a movement of the armature arm 18b upwards.
  • the shorter NO contact element can be arranged above the longer spring support 29, between the contact spring 30 and the coil 14. This results in a particularly favorable use of space beneath the coil body, which also enables a particularly compact design of the relay.
  • the relay would also be conceivable for the relay to be modified in such a way that a further mating contact element would additionally be arranged below the contact spring in order to form a changeover contact.
  • the spring support 29 would then have to be shaped differently.
  • FIGS. 8 to 10 A further embodiment of a relay designed according to the invention is shown in FIGS. 8 to 10. Insofar as individual parts of this exemplary embodiment are not described in detail, they are the same or similar to the previous exemplary embodiment.
  • the relay according to FIGS. 8 to 10 has a base body 41, which is essentially trough-shaped at the top and U-shaped in the lower part, similar to the base body 1.
  • a magnet system 42 is inserted into the upper part of the base body, which has a coil body 43 with a winding 44 and two L-shaped core yokes 45 and 46.
  • the core yokes are graduated in such a way that they lie one above the other in the central area and thus have larger contact areas in the overlap area. In this case, however, they cannot be identical.
  • a three-pole magnet 47 lying on the coil is made thicker in the area of its central pole and bevelled towards the two end poles; so that the armature 48, which is mounted over the center pole and is designed as a flat plate, can optionally perform a rocking movement toward one of the two core yokes.
  • the armature 48 is encapsulated in its central region with a plastic ring 49, which forms a bearing pin 50 on each side of the armature.
  • the armature is rotatably supported on both sides in bearing bores 51 of the base body via these bearing pins 50.
  • An actuating finger 52 is formed on the right end of the armature, which is coupled to a slide 53 and, as in the previous case, moves it on the end face in front of the coil and perpendicular to its axis.
  • a contact spring 54 is actuated via the slide 53 and is fastened in the base body via a spring support 55.
  • a contact piece 56 of the contact spring interacts with a contact piece of a normally open contact element 58, which is also anchored in plug-in grooves in the base body.
  • a base plate 59 forms, together with a cap 60, a housing which surrounds the relay on all sides.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einer Spule, einem über der Spule parallel zur Spulenachse angeordneten, langgestreckten Dauermagneten, welcher an seinen beiden Enden jeweils gleichnamige Endpole und in seiner Mitte einen dazu ungleichnamigen Mittelpol aufweist, mit einem innerhalb der Spule angeordneten Kern, der an beiden Enden über Jochschenkel mit den beiden Enden des Dauermagneten gekoppelt ist sowie mit einem langgestreckten Wippanker, der über dem Mittelpol des Dauermagneten gelagert ist und mit beiden Jochschenkeln je einen Arbeitsluftspalt bildet.
  • Ein derartiges Relais mit einem dreipoligen Magneten und einem oberhalb diese Magneten gelagerten Wippanker ist beispielsweise aus der EP-A-0 197 391 bekannt. Dort ist allerdings auch das Kontaktsystem oberhalb der Spule im Bereich des Ankers angeordnet, wobei die zu beiden Seiten des Ankers angeordneten Kontaktfedern direkt mit diesem verbunden und unmittelbar mit dem Anker ihre Schaltbewegungen ausführen.
  • Das gleiche Magnetsystem mit einem dreipoligen Dauermagneten und einem Wippanker ist auch bereits in der DE-A-21 48 377 verwendet. Allerdings sind dort Dauermagnet und Anker seitlich von der Spule angeordnet, und an den Ankerenden befestigte Betätigungsstifte wirken auf Kontaktfedern, die unterhalb der Spule liegen und in einer zur Grundebene des Relais parallelen Ebene bewegbar sind.
  • Diesen bekannten Relais ist gemeinsam, daß die Kontaktelemente mit geringen Abständen im Bereich des Ankers und des Magnetsystems liegen. Damit sind diese Systeme nur zum Schalten von geringen Strömen geeignet.
  • Aus der EP-A-186 160 ist weiterhin ein Relais zum Schalten größerer Leistungen bekannt, bei dem ein Gehäuse in einen Spulenraum zur Aufnahme eines Elektromagnetsystems und einen Schaltraum zur Aufnahme einer Kontaktanordnung unterteilt ist. Ein Anker, der einen Dauermagneten trägt, ist stirnseitig vor der Spule angeordnet und greift mit einem fest angespritzten Betätigungsarm in den Kontaktraum.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile des eingangs beschriebene polarisierten Systems, nämlich die hohe Empfindlichkeit bei wahlweise einstellbarer monostabiler oder bistabiler Schaltcharakteristik und die geringe Empfindlichkeit des mittig gelagerten Ankers gegen Erschütterungen zum Schalten höherer Ströme und Spannungen auszunutzen.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einem Relais der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Anker über eine unmittelbar an seinem Mittelabschnitt befestigte und zu beiden Seiten an dem Dauermagneten einrastbare Lagerfeder gelagert ist, daß unterhalb. der Spule ein Kontaktsatz mit mindestens einer annähernd parallel zur Spulenachse angeordneten Kontaktfeder und mindestens einem feststehenden Kontaktelement angeordnet ist und daß vor einer Stirnseite der Spule ein senkrecht zur Spulenachse bewegbarer Schieber aus Isolierstoff angeordnet ist, der einerseits mit einem beweglichen Ende des Ankers und andererseits mit einem beweglichen Ende der Kontaktfeder gekoppelt ist.
  • Bei der Erfindung sind also die Kontaktelemente an der Unterseite des Relais bereits in der Nähe der Anschlußseite angeordnet, so daß kurze Anschlußelemente auch beim Führen hoher Ströme keine zu hohe Verlustwärme erzeugen. Da sich der Anker mit den Eisenteilen des Magnetsystems entgegengesetzt zu den Kontaktelementen an der Oberseite der Spule befindet, ergibt sich bereis durch die räumliche Entfernung eine große Isolierstrecke zwischen Kontaktsystem und Magnetsystem. Die Spule und das gesamte Magnetsystem können überdies durch entsprechende konstruktive Ausgestaltung eines Grundkörpers unter Schaffung langer Isolierstrecken gegenüber dem Kontaktsystem abgeschirmt werden. Ein solcher Grundkörper, in dem beispielsweise der Kontaktsatz mit zur Unterseite herausgeführten Anschlußelementen angeordnet ist, bildet vorzugsweise eine Trennwand zwischen Kontaktsatz und Spule, an der nach unten angeformte Seitenwände den Kontaktsatz und/oder nach oben angeformte Seitenwände das Magnetsystem U-förmig bzw. wannenförmig umgeben. Diese Trennwand kann zusätzlich einen seitlich offenen Schlitz aufweisen, in welchen eine Isolierstoffplatte eingeschoben ist. Auf diese Weise erhält man drei übereinanderliegende Isolierstoffwände zwischen Kontaktsatz und Spule, was die für bestimmte Anwendungen geforderte Spannungsfestigkeit gewährleistet. Der an einer Stirnseite der Spule angeordnete Isolierstoff-Schieber, der eine Verbindung zwischen Anker und Kontaktsystem herstellt, kann durch entsprechende Überlappungen mit dem Grundkörper labyrinthartige Isolierstrecken schaffen. Zweckmäßigerweise besitzt der Schieber jeweils Ausnehmungen, in welche deformierbare Enden der Kontaktfeder einerseits und des Ankers andererseits eingreifen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Figuren 1 bis 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Relais in drei verschiedenen Schnittansichten,
    • Figur 4 eine Explosionsdarstellung des Relais von Figur 1 bis 3 mit einer zusätzlichen Darstellung des vormontierten Magnetsystems,
    • Figur 5 und 6 zwei gegenüber Figur 1 abgewandelte Details der Ankopplung zwischen Anker und Schieber,
    • Figur 7 eine Ausführungsform der Ankopplung zwischen Kontaktfeder und Schieber,
    • Figur 8 bis 10 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Relais in drei Schnittansichten.
  • Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Relais besitzt einen Grundkörper 1 mit einer parallel zur Bodenseite angeordneten mittleren Trennwand 3, an der nach oben angeformte Seitenwände 4 und 5 sowie 6 und 7 eine wannenförmige Aufnahme für ein von oben einsteckbares Magnetsystem 2 bilden. Nach unten umschließt die Trennwand 3 zusammen mit einer parallelen Bodenwand 8 und einer Verlängerung der Seitenwand 4 angenähert U-förmig einen Kontaktraum 9, der in Figur 1 nach rechts offen ist. Der Grundkörper 1 bildet zusammen mit einer von oben aufsetzbaren Kappe 10 ein ringsum geschlossenes Gehäuse.
  • Das Magnetsystem 2 besitzt einen rohrförmigen Spulenkörper 11 mit endseitigen Flanschen 12 und 13, zwischen denen eine Wicklung 14 angeordnet ist. In die rohrförmige Öffnung des Spulenkörpers 11 ist von beiden Seiten je ein Kernjoch 15 bzw. 16 mit einem Kernschenkel 15a bzw. 16a eingesteckt, so daß die beiden rechtwinkelig abgebogenen Jochschenkel 15b bzw. 16b parallel nach oben stehen. Zwischen diesen beiden Jochschenkeln ist oberhalb der Spule und parallel zur Spulenachse ein stabförmiger, dreipolig aufmagnetisierter Dauermagnet 17 angeordnet, der im Bereich der beiden Jochschenkel jeweils gleichnamige Pole, z. E. S, und im Mittelbereich einen dazu ungleichnamigen Pol, z. B. N, aufweist. Der Dauermagnet besteht beispielsweise aus einer AlNiCo-Legierung und kann in diesem Fall einfach aus einem Band geschnitten werden. Durch thermoplastische Verformung der Spulenflansche kann der Magnet am Spulenkörper befestigt werden. Auch die Kernjoche 15 und 16 werden auf geeignete Weise am Spulenkörper fixiert.
  • Aus Figur 4 ist zu erkennen, daß die Kernschenkel 15a und 16a so abgestuft ausgebildet sind, daß sie nebeneinanderliegend einen großen Überlappungsbereich bilden. Auf diese Weise können die beiden Kernjoche identisch ausgebildet sein und trotzdem einen guten Flußübergang zwischen beiden Teilen ermöglichen. Die Anzahl der Teile und Fertigungsschritte wird somit verringert.
  • Auf dem mittleren Pol N des Dauermagneten 17 ist ein als Wippe ausgebildeter Anker 18 gelagert. Dieser Anker ist in seinem Mittelbereich leicht V-förmig zum Dauermagneten hin geknickt, so daß die Enden 18a und 18b jeweils einen Luftspalt mit dem entsprechenden Jochschenkel 15b bzw. 16b bilden. Zur Lagerung des Ankers dient eine vorzugsweise aus ferromagnetischem Material bestehende Lagerfeder 19, welche an der Unterseite des Ankers mit Nietungen 20 an diesem befestigt ist und mit seitlich abgebogenen Rastlappen 21 in entsprechenden Ausnehmungen des Dauermagneten 17 durch Rastung befestigt ist. Die Lagerfeder 19 bildet eine Torsionsbandlagerung für den Anker. Durch diese Anordnung und Form der Lagerfeder wird sichergestellt, daß der Anker reibfrei gelagert wird und daß zugleich ein guter Flußübergang vom Dauermagneten 17 zum Anker 18 erfolgt. Von oben wird der Anker außerdem durch eine an der Kappe 10 angeformte Rippe 22 in der Lagerung gehalten bzw. gesichert. Da der Anker in seinem Schwerpunkt gelagert ist, ist er in seinem Schaltzustand weitgehend unempfindlich gegen Erschütterungen.
  • Die Ankerbewegung wird über einen Schieber 23 auf einen noch zu beschreibenden Kontaktfedersatz übertragen, wobei dieser Schieber zwischen der Seitenwand 5 des Grundkörpers und einer Seitenwand der Kappe 10 angeordnet und senkrecht zur Anschlußebene bzw. zur Spulenachse bewegbar ist. Diese Anordnung des isolierenden Schiebers zwischen isolierenden Wänden ergibt lange, labyrinthartige Kriech- und Luftstrecken zwischen den Metallteilen des Magnetsystems und dem Kontaktfedersatz. Die Kopplung zwischen Anker 18 und Schieber 23 erfolgt durch (zwei) Fortsätze 24 des Ankerendes 18b, die in entsprechende Ausnehmungen 25 des Schiebers eingreifen. Zur Sicherung ist außerdem ein Trennblech 26 mit jeweils einem Haltelappen 26a versehen, der gemäß Figur 1 nach oben ooer gemäß der Detaildarstellung in Figur 5 nach unten abgebogen sein kann. Eine andere Möclichkeit der Kopplung ist in der Detaildarstellung von Figur 6 gezeigt. In diesem Fall ist am Ankerende 18b jeweils ein hakenförmiger Fortsatz 27 angeformt, der in eine entsprechend gestaltete Ausnehmung 28 des Schiebers 23 eingehängt wird. Auch andere Ausführungsformen dieser Kopplung sind denkbar.
  • Der im Kontaktraum 9 unterhalb der Spule angeordnete Kontaktfedersatz besitzt eine an einem Federträger 29 befestigte Kontaktfeder 30, welche an ihrem freien Ende gabelförmig in zwei Federschenkel 31 und 32 aufgespalten ist. Oberhalb der Kontaktfeder 30 ist ein feststehendes Schließerkontaktelement 33 angeordnet. Dabei bildet ein auf dem Federschenkel 31 befestigtes bewegliches Hauptkontaktstück 34 mit einem gegenüberliegenden feststehenden Hauptkontaktstück 35 des Kontaktelementes 33 einen Hauptkontakt, dessen Kontaktstücke aus Edelmetall bestehen. Zusätzlich ist mit einem beweglichen Vorlaufkontaktstück 36 auf dem Federschenkel 32 und einem gegenüberliegenden feststehenden Vorlaufkontaktstück 37 am Kontaktelement 33 ein Vorlaufkontakt gebildet, dessen Kontaktstücke in bekannter Weise aus Wolfram oder einem vergleichbaren Metall bestehen.
  • Bei der Montage werden der Kontaktfederträger 29 und das feststehende Schließerkontaktelement 33 von verschiedenen Seiten in den im unteren Teil U-förmigen Grundkörper 1 eingesteckt, und zwar der Federträger 29 von der einen Seite, in Figur 2 von links, und das Schließerkontaktelement 33 in Figur 2 von rechts. Die Befestigung erfolgt jeweils durch Einpressen in entsprechende Stecknuten.
  • Durch zusätzliches Verdrallen des Anschlußstifts 29a erreicht man ein sattes Aufliegen des Federträgers 29 auf der Bodenwand 8. Durch diese Maßnahme ergibt sich für den Kontaktabstand ein enges Toleranzfeld, das die Voraussetzung schafft, geringe Streuungen der Relaiskennwerte zu erhalten.
  • Weiterhin wird bei der Montage der Schieber 23 mit seinem unteren Ende mit einer Ausnehmung 38 über die hakenförmig gestalteten Enden 31a und 32a der Kontaktfeder gesteckt und verrastet. Dies ist in Figur 7 gezeigt.
  • Im übrigen wird das Magnetsystem 2 bei der Montage von oben maßgenau zwischen die Seitenwände 4, 5, 6 und 7 eingepreßt und zusätzlich durch Klebung fixiert. Damit entfällt eine nachträgliche Justierung. Zur zusätzlichen Verbesserung der Isolation zwischen Magnetsystem und Kontaktraum wird an der Stelle, wo der Abstand zwischen Magnetsystem und Kontaktbereich kleiner als 2 mm ist, eine isolierende Folie 39 in einen längsseitigen Grundkörperschlitz 40 eingeschoben. Durch diese Maßnahme entstehen die nach VDE-Vorschriften geforderten drei Isolierwände.
  • Im vorliegenden Fall ist der Federträger 29 aus einem unmagnetischen, elektrisch gut leitenden Werkstoff, beispielsweise einer Kupferlegierung, hergestellt. Da der Anschlußstift 29a des Federträgers sich in Figur 1 in der Nähe des rechten Randes des Grundkörpers befindet, während die Befestigungsstelle der Kontaktfeder nahe am linken Rand liegt, erstreckt sich der Federträger fast über die gesamte Länge des Relais. Der Strompfad des Federträgers ist auf diese Weise zwischen Anschlußstift und Federbefestigung bewußt so lang gestaltet, damit gegenläufige Stromrichtungen im Federträger einerseits und in der Kontaktfeder andererseits elektrodynamische Kräfte erzeugen können, die die Schließerkontaktkraft erhöhen. Damit sollen bei einem Kurzschluß sehr hohe Kontaktkräfte erzeugt werden, die den Kontaktübergangswiderstand verringern und damit die Verschweißgefahr vermindern.
  • Allerdings könnte die Kontaktkrafterhöhung aufgrund der oben genannten gegenläufigen Stromrichtungen zwischen Federträger und Feder bei längerer Lebensdauer des Relais unter Umständen nicht ausreichen, weil sich der Abstand zwischen dem Federträger 29 und der Kontaktfeder 30 im Laufe der Zeit wegen des Kontaktabbrandes an den Kontaktstücken zunehmend vergrößert. Durch diesen zunehmenden Abbrand sind auch die Kontaktkräfte, die vom Magnetsystem über den Schieber auf die Kontaktfeder ausgeübt werden, ebenfalls reduziert. Somit bestünde bei einem Kurzschluß unter Umständen trotzdem die Gefahr eines Funktionsausfalls, wenn das Relais eine größere Zahl von Schaltspielen ausgeführt hat.
  • Um dieser Gefahr zu begegnen, besteht im vorliegenden Fall das Schließerkontaktelement aus ferromagnetischem Werkstoff; außerdem ist es in seinem (nicht vom Schaltstrom durchflossenen) Mittelteil 33a abgekröpft, so daß es in diesem Bereich möglichst nahe an der Kontaktfeder 30 liegt. Dies hat folgenden Effekt: Ein in der Mittelfeder fließender Kurzschlußstrom erzeugt ein magnetisches Feld, das das ferromagnetische Schließerkontaktelement anziehen möchte. Da dieses aber im Grundkörper fest verankert ist, wird umgekehrt die Kontaktfeder zusammen mit ihrem Kontaktstück 34 an das feststehende Schließerkontaktelement 33 angezogen. Die Anziehungskraft wird umso größer, je kleiner der Abstand zwischen der Kontaktfeder 30 und dem Schließerkontaktelement 33 ist. Diese zusätzliche Art der Kontaktkraftverstärkung hat im Kurzschlußfall den ganz besonderen Vorteil, daß sich die Anziehungskraft und damit auch die Kontaktkraft mit zunehmendem Kontaktabbrand vergrößert.
  • So addieren sich bei der hier vorliegenden Kombination die beiden unterschiedlichen Arten der Kontaktkraftverstärkung, nämlich einerseits die Abstoßung der Kontaktfeder von ihrem stromdurchflossenen Federträger 29 und andererseits die Anziehung an das ferromagnetische Schließerkontaktelement 33. Wenn bei Kontaktabbrand der eine Effekt geringer wird, vergrößert sich gleichzeitig der andere Effekt, so daß das Relais während seiner gesamen Lebensdauer auch bei einem Kurzschluß voll funktionsfähig bleibt. Die hohen auftretenden Kurzschlußkontaktkräfte verhindern wegen des entstehenden niedrigen Kontaktwiderstandes ein Verschweißen der Kontakte.
  • Das ferromagnetische Schließerkontaktelement 33 hat außerdem noch den Vorteil, daß es den Lichtbogen anzieht, der beim Wolfram-Vorlaufkontakt 36, 37 beim Ein- und Ausschalten entsteht. Dadurch wird der beispielsweise aus Silber bestehende Hauptkontakt 34, 35 durch die Wolfram-Verdampfung weniger stark verunreinigt. Die elektrische Leitfähigkeit von Wolfram ist nämlich gegenüber der von Silber bei gleicher Kontaktkraft um den Faktor 3,5 niedriger. Der geringeren Leitfähigkeit des Schließerkontaktelementes 33 wird übrigens durch zwei parallele Anschlußstifte 33b Rechnung getragen.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination des polarisierten Wippanker-Magnetsystems mit dem oben beschriebenen Kontaktsatz besteht auch darin, daß der Kontakt mit einer Bewegung des Ankerarms 18b nach oben geschlossen wird. Dadurch kann das kürzere Schließerkontaktelement oberhalb des längeren Federträgers 29, zwischen der Kontaktfeder 30 und der Spule 14 angeordnet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders günstige Raumausnutzung unterhalb des Spulenkörpers, wodurch auch eine besonders kompakte Bauform des Relais ermöglicht wird.
  • Es wäre aber auch eine Abwandlung des Relais in der Weise denkbar, daß zusätzlich unterhalb der Kontaktfeder ein weiteres Gegenkontaktelement angeordnet würde, um so einen Umschaltkontakt zu bilden. Der Federträger 29 müßte dann entsprechend anders geformt werden.
  • In den Figuren 8 bis 10 ist noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Relais gezeigt. Soweit einzelne Teile dieses Ausführungsbeispiels nicht im einzelnen beschrieben werden, sind sie gleich oder ähnlich wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
  • Das Relais gemäß Figuren 8 bis 10 besitzt einen Grundkörper 41, der nach oben im wesentlichen wannenförmig und im unteren Teil U-förmig gestaltet ist, ähnlich wie der Grundkörper 1. In den oberen Teil des Grundkörpers ist ein Magnetsystem 42 eingesetzt, welches einen Spulenkörper 43 mit einer Wicklung 44 und zwei L-förmigen Kernjochen 45 und 46 aufweist. Die Kernjoche sind in diesem Fall so abgestuft, daß sie im Mittelbereich übereinanderliegen und auf diese Weise größere Berührungsflächen im Überlappungsbereich besitzen. Sie können in diesem Fall allerdings nicht identisch ausgebildet sein. Ein auf der Spule liegender Dreipolmagnet 47 ist im Bereich seines Mittelpols dicker ausgeführt und zu den beiden Endpolen hin abgeschrägt; so daß der über den Mittelpol gelagerte, als ebene Platte ausgeführte Anker 48 eine Wippbewegung jeweils wahlweise zu einem der beiden Kernjoche hin ausführen kann.
  • Der Anker 48 ist in seinem Mittelbereich mit einem Kunststoffring 49 umspritzt, welcher zu beiden Seiten des Ankers jeweils einen Lagerzapfen 50 bildet. Über diese Lagerzapfen 50 ist der Anker beiderseits in Lagerbohrungen 51 des Grundkörpers drehbar gelagert.
  • Am rechten Ende des Ankers ist ein Betätigungsfinger 52 angeformt, der mit einem Schieber 53 gekoppelt ist und diesen wie im vorhergehenden Fall stirnseitig vor der Spule und senkrecht zu deren Achse bewegt. Über den Schieber 53 wird eine Kontaktfeder 54 betätigt, welche über einen Federträger 55 im Grundkörper befestigt ist. Ein Kontaktstück 56 der Kontaktfeder wirkt mit einem Kontaktstück eines Schließerkontaktelementes 58 zusammen, welches ebenfalls in Stecknuten des Grundkörpers verankert ist. Eine Bodenplatte 59 bildet zusammen mit einer Kappe 60 ein Gehäuse, welches das Relais allseitig umschließt.
  • Selbstverständlich sind auch verschiedene Kombinationen einzelner Elemente aus den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, insbesondere was die Gestaltung der Kontaktelemente und die Ausgestaltung als Öffner-, Schließer- oder Umschaltkontakt betrifft.

Claims (13)

  1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einer Spule (11, 14; 43, 44), einem über der Spule parallel zur Spulenachse angeordneten, langgestreckten Dauermagneten (17; 47), welcher an seinen beiden Enden jeweils gleichnamige Endpole und in seiner Mitte einen dazu ungleichnamigen Mittelpol aufweist,
    einem innerhalb der Spule angeordneten Kern (15, 16; 45, 46), der an beiden Enden über Jochschenkel (15b, 16b; 45b, 46b) mit den beiden Enden des Dauermagneten gekoppelt ist, sowie mit einem langgestreckten Wippanker (18; 48), der über dem Mittelpol des Dauermagneten gelagert ist und mit beiden Jochschenkeln (15b; 16b; 45b; 46b) je einen Arbeitsluftspalt bildet,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anker (18) über eine unmittelbar an seinem Mittelabschnitt befestigte und zu beiden Seiten an dem Dauermagneten (17) einrastbare Lagerfeder (19) gelagert ist,
    daß unterhalb der Spule (11, 14; 43, 44) ein Kontaktsatz mit mindestens einer annähernd parallel zur Spulenachse angeordneten Kontaktfeder (30; 54) und mindestens einem feststehenden Kontaktelement (33; 58) angeordnet ist und
    daß vor einer Stirnseite der Spule (11; 14; 43, 44) ein senkrecht zur Spulenachse bewegbarer Schieber (23; 53) aus Isolierstoff angeordnet ist, der einerseits mit einem beweglichen Ende des Ankers und andererseits mit einem beweglichen Ende der Kontaktfeder gekoppelt ist.
  2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktsatz in einem Grundkörper (1; 41) aus Isolierstoff mit zur Unterseite herausgeführten Anschlußelementen angeordnet und durch diesen gegenüber dem Magnesystem schachtel- bzw. labyrinthartig abgeschirmt ist.
  3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1; 41) eine Trennwand (3) zwischen Kontaktsatz und Spule bildet, an der nach oben angeformte Seitenwände (4, 5, 6, 7) das Magnetsystem und/oder nach unten angeformte Seitenwände den Kontaktsatz umgeben.
  4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (3) ein Schlitz (40) vorgesehen ist, in den von einer Seite her eine Isolierstoffplatte (39) eingesteckt ist.
  5. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper wannenförmig nach oben gezogene Seitenwände besitzt, zwischen denen das Magnetsystem (2) auf Maß einpreßbar und in justierter Stellung fixierbar ist.
  6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (23; 53) jeweils Ausnehmungen (25; 38) aufweist, in die deformierbare Endabschnitte der Kontaktfeder (30) einerseits und ein Fortsatz des Ankers (18; 48) andererseits eingreifen.
  7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen gerade Anker (48) über einem gegenüber den Endpolen erhöhten Mittelpol des Dauermagneten (47) gelagert ist.
  8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (17) im wesentlichen die Form eines geraden Balkens besitzt und daß der Anker (18) mit den Enden leicht von den Endpolen des Dauermagneten weggebogen ist.
  9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontaktfeder (30; 54) mit einem starren Träger (29; 55) von einer Seite her in eine Haltenut des Grundkörpers und ein feststehendes Schließerkontaktelement (33) von der entgegengesetzten Seite in Befestigungsnuten des Grundkörpers (1) eingesteckt sind.
  10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle zwischen der Kontaktfeder (30) und deren Träger (29) entgegengesetzt zur Kontaktstelle liegt und daß Kontaktfeder und Träger über einen wesentlichen Teil ihrer Länge annähernd parallel und in geringem Abstand voneinander verlaufen.
  11. Relais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließerkontaktelement (33) einen langgestreckten ferromagnetischen Abschnitt (33a) aufweist, der sich der Kontaktfeder (30) gegenüberliegend über einen wesentlichen Teil parallel zur Kontaktfeder erstreckt.
  12. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (30) gespalten ist, wobei ein erster Federschenkel (31) mit dem Schießerkontaktelement (33) einen mit Edelmetall gebildeten Hauptkontakt (34, 35) und ein zweiter Federschenkel (32) einen mit hochschmelzendem, Material gebildeten Vorlaufkontakt (36, 37) bildet.
  13. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus zwei identischen L-förmigen Teilen (15, 16) besteht.
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