Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein elektromagnetisches Relais.

Bei elektromagnetischen Relais besteht das Problem der Erwärmung aufgrund hoher Spulenströme, die zum Anziehen des Ankers von einer geöffneten Stellung in eine Kontaktstellung, zum Schließen des Relais, benötigt werden. Da zum Anziehen aber ein stärkeres Magnetfeld und damit eine größere magnetische Durchflutung der Erregerspule als zum Halten des Ankers in der Kontaktstellung benötigt wird, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösung bekannt, die magnetische Durchflutung der Erregerspule nach Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung und für den Zeitraum, in dem der Anker in der Kontaktstellung gehalten wird, herabzusetzen und somit die Leistung und folglich die Erwärmung des Relais, für den Zeitraum, in dem das Relais geschlossen gehalten wird, zu reduzieren. Eine bekannte Lösung besteht darin, die Versorgungsspannung mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) zu belegen und hierüber den Spulenstrom für den gewünschten Zeitraum auf einen vorteilhaften Wert herabzusetzen. Für die PWM-Ansteuerung werden jedoch komplexe mikroelektronische Bauteile und entsprechend komplexe Schaltarchitekturen benötigt, sodass die PWM-Ansteuerung für viele Anwendungen ungeeignet ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Relais, insbesondere ein verbessertes elektromagnetisches Relais, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.

Die Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch ein Relais gelöst wird, das ermöglicht, über eine Steigerung des Gesamtwiderstands der Erregerspule oder der Erregerspulen bei unveränderter Versorgungsspannung den Spulenstrom zu verringern und damit die Relaisleistung beziehungsweise die elektrische Leistung und damit die Wärmeverlustleistung herabzusetzen.

Nach einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein elektromagnetisches Relais, mit einem Joch und einem am Joch schwenkbar angeordneten Anker, der gegenüber dem Joch eine geöffnete Stellung und eine Kontaktstellung aufweist, und der ausgebildet ist, von einem Magnetfeld aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung angezogen und in der Kontaktstellung gehalten zu werden, einem ersten Schaltungszweig, der einen ersten Kondensator und eine dazu seriell verschaltete erste Erregerspule aufweist, einem zweiten Schaltungszweig, der einen zweiten Kondensator und eine dazu seriell verschaltete zweite Erregerspule aufweist, wobei die erste Erregerspule und die zweite Erregerspule ausgebildet sind, das Magnetfeld zum Anziehen und Halten des Ankers bereitzustellen, und einem Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements der erste Schaltungszweig und der zweite Schaltungszweig in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements die erste Erregerspule und die zweite Erregerspule in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn der Anker durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Spulen in die Kontaktstellung angezogen ist.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Relais bereitgesellt ist, dessen Spulenleistung der ersten und zweiten Erregerspulen automatisch von einer Anzugsleistung, die erbracht werden muss, um den Anker aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung anzuziehen, auf eine geringere Halteleistung, die aufgebracht werden muss, um den Anker in der Kontaktstellung zu halten, herabgesetzt wird, sobald der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Die Kontaktstellung des Ankers ist hierbei die Stellung des Ankers, in der eine Kontaktierung zwischen Anker und Joch stattfindet und das Relais geschlossen ist, sprich das Relais vollständig durchgezogen hat.

Die Ausbildung des vorliegenden Relais mit zwei miteinander verschalteten Erregerspulen ermöglicht mittels einer Überführung der Schaltungsanordnung der zwei Erregerspulen von einer Parallelschaltung in eine Reihenschaltung der Erregerspulen den Gesamtwiderstand R _ges der ersten und zweiten Erregerspulen mit Einzelwiderständen Ri und R ₂ zu verändern.

So ergibt sich für eine Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen der Gesamtwiderstand gemäß: 1 _ 1 1

Rges Rl R2

Für eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen ergibt sich hingegen der Gesamtwiderstand gemäß:

Rges- Ri + 2

Durch das Schalten der Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige in die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen wird somit der Gesamtwiderstand der ersten und zweiten Erregerspulen erhöht. Bei unveränderter Versorgungsspannung führt die Erhöhung des Gesamtwiderstands der seriell verschalteten ersten und zweiten Erregerspulen wiederum zu einer Verringerung des durch die ersten und zweiten Erregerspulen fließenden Spulenstroms. Ein verringerter Spulenstrom führt wiederum zu einer Herabsetzung der magnetischen Durchflutung der ersten und zweiten Erregerspulen und damit verbunden zu einer Herabsetzung des Magnetfelds der ersten und zweiten Erregerspulen.

Aufgrund der Niederohmigkeit der ersten und zweiten Kondensatoren für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet, die ersten und zweiten Schaltungszweige parallel angeordnet sind und die ersten und zweiten Kondensatoren aufgeladen werden, sind die Widerstände der ersten und zweiten Kondensatoren für die Berechnung der Gesamtwiderstands für diesen Zeitraum vernachlässigbar.

Die ersten und zweiten Erregerspulen sind in Bezug auf den jeweiligen Wickelsinn vorzugsweise derart angeordnet, dass sich für den zweiten Schaltzustand des Schaltelements, sprich die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen, die realisierte magnetische Durchflutung G _ges =IN des aus den ersten und zweiten Erregerspulen Q=IN gebildeten magnetischen Systems aus den magnetischen Durchflutungen Qi _,2 =INi _,2 der ersten und zweiten Erregerspulen wie folgt ergibt:

Gges= 01+ 02= I NI+IN ₂ =I(NI +N ₂ )

wobei I den Spulenstrom und NI _,2 die Wicklungszahlen der ersten und zweiten Erregerspulen darstellen. Über das Herabsetzen des Spulenstroms und damit das Herabsetzen der Spulenleistung wird eine Verringerung der Wärmeentwicklung der Erregerspulen erreicht. Speziell bei Bauteilen mit geringer Baugröße ist aufgrund der geringen Wärmekapazität der Bauteile eine Reduzierung der Wärmeentwicklung vorteilhaft.

Nach einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Kondensatoren ausgebildet, im ersten Schaltzustand des Schaltelements den ersten und zweiten Erregerspulen einen Ladestrom bereitzustellen, der geeignet ist, das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen zum Anziehen und Halten des Ankers zu bewirken.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet und die ersten und zweiten Schaltungszweige parallel zueinander angeordnet sind, die ersten und zweiten Kondensatoren durch die anliegende Betriebsspannung aufgeladen werden und folglich ein Ladestrom in den ersten und zweiten Schaltungszweigen fließt. Die ersten und zweiten Kondensatoren sind in diesem Stadium niederohmig und derart dimensioniert, dass einer hoher Ladestrom fließt, und den ersten und zweiten Erregerspulen damit ein Spulenstrom bereitgestellt ist, der geeignet ist, in den ersten und zweiten Erregerspulen eine magnetische Durchflutung und ein Magnetfeld zu induzieren, mittels dem der Anker in die Kontaktstellung angezogen werden kann.

Nach einer Ausführungsform sind im zweiten Schaltzustand die ersten und zweiten Kondensatoren hochohmig.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet und die ersten und zweiten Erregerspulen in einer Parallelschaltung angeordnet sind, die die ersten und zweiten Kondensatoren als hochohmige Widerstände fungieren und gewährleisten, dass die ersten und zweiten Erregerspulen mit einem Spulenstrom versorgt sind, der geeignet ist, in den ersten und zweiten Erregerspulen ein Magnetfeld zu induzieren, das ausreichend ist, den Anker in der Kontaktstellung zu halten.

Nach einer Ausführungsform ist der erste ohmsche Vorwiderstand ein ohmscher Widerstand einer Spule, die der dritten Diode und/oder der Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden vorgeschaltet ist.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Reed-Schalter. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement magnetisch ansprechbar ist. Somit kann der Schaltvorgang des Schaltelements direkt mit dem Anziehen des Ankers gekoppelt werden, indem sowohl der Schaltvorgang des Schaltelements als auch das Anziehen des Ankers durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen bewirkt werden. Damit kann ferner verhindert werden, dass ein Schaltvorgang des Schaltelements stattfindet, ohne dass zuvor ein vollständiges Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung stattgefunden hat

Nach einer Ausführungsform ist der Reed-Schalter von dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen durchströmt.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Schaltzeitpunkt des Schaltelements möglichst präzise auf den Zeitpunkt, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist, abgestimmt werden kann. Indem der Reed-Schalter ausgebildet ist, zu schalten, sobald das Magnetfeld am Ort des Reed-Schalters eine magnetische Feldstärke erreicht hat, die am Ort des Ankers dem zum Anziehen und Halten des Ankers benötigten Magnetfeld entspricht und das Anziehen des Ankers bewirkt, wird ein Schaltvorgang des Schaltelements dann bewirkt, wenn zuvor ein vollständiges Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung stattgefunden hat. Vorzugsweise ist der Reed-Schalter zu den ersten und zweiten Erregerspulen benachbart angeordnet und in einem Bereich positioniert, in dem ein magnetischer Streufluss der ersten und zweiten Erregerspulen auftritt.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement ein Reed-Relais.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist.

Nach einer Ausführungsform ist dem Reed-Relais ein RC-Glied mit einer Zeitkonstante vorgeschaltet.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mittels der Zeitkonstante des RC- Glieds der Schaltzeitpunkt des Schaltelements auf den Zeitpunkt abgestimmt werden kann, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Hierzu weist das RC-Glied einen dritten ohmschen Widerstand und einem dritten Kondensator auf. Der dritte ohmsche Widerstand und der dritte Kondensator sind hierbei in ihrer Dimensionierung auf die ersten und zweiten Kondensatoren abgestimmt. Die ersten und zweiten Kondensatoren sind wiederum derart dimensioniert, dass eine vollständige Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren einem vollständigen Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung entspricht. Über die Zeitdauer der Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren kann somit ein Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Über die Abstimmung der Dimensionierung des RC-Glieds im Hinblick auf das Verhältnis der Zeitkonstante des RC-Glieds zu der Zeitdauer der Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren kann folglich eine Abstimmung des Schaltzeitpunkts des Schaltelements mit dem Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des Ankers in der Kontaktstellung erreicht werden. Vorzugsweise ist die Zeitkonstante des RC-Glieds darüber hinaus derart gewählt, dass zum Schaltzeitpunkt des Schaltelements, beziehungsweise des Reed-Relais, die Spannung über dem Schaltelement nahezu auf Null abgeklungen ist und an den ersten und zweiten Erregerspulen eine nahezu identische Spannung abfällt. Hierdurch können, hohe Stromspitzen die ansonsten beim Schaltvorgang des Schaltelements an den ersten und zweiten Kondensatoren auftreten können, vermieden werden.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Transistor.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist.

Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein Bipolar-Transistor.

Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein pnp-Bipolar-Transistor.

Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein npn-Bipolar-Transistor.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass nach Abschluss des

Schaltvorgangs in der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen ein geringer Erregerstrom fließt.

Nach einer Ausführungsform ist der Transistor ein MOSFET-Transistor.

Hierdurch wir der technische Vorteil erreicht, dass Spannungsspitzen an der zweiten Erregerspule vermieden werden. Darüber hinaus ist der Transistor während des Schaltvorgangs stromlos, sodass das Auftreten einer Verlustleistung während des Schaltvorgangs am Schaltelement vermieden wird.

Nach einer Ausführungsform sind dem Transistor ein RC-Glied und ein Spannungsteiler vorgeschaltet, wobei über das RC-Glied und den Spannungsteiler eine Zeitkonstante definiert ist.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass über die Dimensionierung des RC- Glieds und des Spanungsteilers der Schaltzeitpunkt des Schaltelements einstellbar ist. Hierzu weist das RC-Glied einen dritten ohmschen Widerstand und einen dritten Kondensator auf. Ferner umfasst der Spannungsteiler einen vierten ohmschen Widerstand und einen fünften ohmschen Widerstand. Werden die Dimensionierungen des RC-Glieds und des Spannungsteilers im Hinblick auf die Zeitkonstante ferner in Relation zu der Dimensionierung der ersten und zweiten Kondensatoren im Hinblick auf die Zeitdauer der Aufladung abgestimmt, kann der Schaltzeitpunkt des T ransistors auf den Zeitpunkt abgestimmt werden kann, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. Das RC-Glied ist hierbei über den Spannungsteiler an den Basisanschluss des T ransistors angeschlossen, so dass über die Zeitkonstante des RC-Glieds und des Spannungsteilers der Zeitpunkt regelbar ist, zu dem der Transistor in einen leitenden Zustand versetzt wird und somit schaltet. Vorzugsweise ist die Zeitkonstante des RC-Glieds und des Spannungsteilers derart gewählt, dass eine positive Beeinflussung von Stromspitzen des Kollektor-Emitter-Stroms des Transistors, die beim Ausschalten auftreten können, und der Stromsteilheit beim Ein-und Ausschalten erreicht werden kann. Ferner können durch die Wahl des Widerstandsverhältnisses der Widerstände des RC-Glieds und des Spannungsteilers Stromspitzen und Spannungssteilheiten des Kollektor-Emitter-Stroms des Transistors reduziert werden.

Nach einer Ausführungsform umfasst der erste Schaltungszweig ferner eine erste Diode und der zweite Schaltungszweig umfasst ferner eine zweite Diode, wobei die erste Diode auf dem ersten Schaltungszweig zwischen der ersten Erregerspule und dem ersten Kondensator angeordnet ist, und wobei die zweite Diode auf dem zweiten Schaltungszweig zwischen dem zweiten Kondensator und der zweiten Erregerspule angeordnet ist.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Stromrichtungen auf den ersten und zweiten Schaltungszweigen festgelegt sind. Dies ist insbesondere für den Schaltvorgang des Transistors vorteilhaft, um ungewollte rückwärts gerichtete Ströme zu verhindern, die beim Schaltvorgang auftreten können und der intendierten Stromrichtung der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen entgegen laufen.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine Diode.

Das Schaltelement ist hier als Diode, insbesondere als dritte Diode, ausgeführt, welche bei Reihenschaltung der beiden Spulen in Durchflussrichtung betrieben wird. Dabei kann das Umschalten von Parallel- auf Reihenschaltung durch den

Spannungsunterschied zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig erfolgen. Dieser ist dabei mindestens gleich der

Durchbruchspannung der Diode. D.h., dass eine Spannung unterhalb der

Durchspruchspannung einem ersten Schaltzustand und eine Spannung in Höhe der Durchbruchspannung oder höher dem zweiten Schaltzustand entspricht. Zudem können mehrere Dioden in Reihe und/oder ein Vorwiderstand zu der Diode zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig angeordnet sein, um den Schaltzeitpunkt zu variieren. Durch den zusätzlichen Spannungsabfall über der Diode und dem Widerstand, kann der Strom in Reihenschaltung der Spulen weiter reduziert werden. Die Wärmeverluste können verringert werden.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine dritte Diode und einen zur dritten Diode seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement einfach fertigbar ist und der Schaltvorgang automatisch abläuft. Dabei setzt der Schaltvorgang des Schaltelements, der die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige in die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen überführt, ein, sobald der Spannungsunterschied zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen mindestens der Durchbruchspannung der dritten Diode entspricht. Darüber hinaus kann durch den zusätzlichen Spannungsabfall über der dritten Diode und dem ersten ohmschen Vorwiderstand des Schaltelements im Schaltungszweig zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen der Strom in der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen weiter reduziert werden, sodass die Wärmeverluste durch die ersten und zweiten Erregerspulen ebenfalls verringert werden können. Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden und einen seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Mehrzahl von dritten Dioden und den vom Widerstandswert der Mehrzahl von dritten Dioden angepassten ersten ohmschen Vorwiderstand der Schaltzeitpunkt des Schaltelements variierbar ist.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Transistor und einen Hall-Sensor.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über den Hall-Sensor der Schaltvorgang des Transistors an das das Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung bewirkende Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen gekoppelt ist.

Nach einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor mit dem Transistor elektrisch verbunden und von dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen durchströmt.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass über den Hall-Sensor das Schaltverhalten des Transistors an das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen koppelbar ist. Hierdurch kann vermieden werden, dass ein Schaltvorgang des Schaltelements ohne vorheriges vollständiges Anziehen des Ankers in die Kontaktstellung stattfindet. Vorzugsweise ist der Hall-Sensor zu den ersten und zweiten Erregerspulen benachbart angeordnet und in einem Bereich positioniert, in dem ein magnetischer Streufluss der ersten und zweiten Erregerspulen auftritt.

Nach einer Ausführungsform ist zwischen dem Hall-Sensor und dem Basisanschluss des Transistors ein Spannungsteiler angeordnet.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das den Hall-Sensor durchströmende Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen in dem Hall-Sensor eine dem Magnetfeld entsprechende Hallspannung bewirkt, die wiederum dem Basisanschluss des T ransistors beaufschlagt ist. Erreicht das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen einen entsprechenden Grenzwert, wird der Transistor durch die entsprechende dem Basisanschluss des Transistors beaufschlagte Hallspannung in den leitenden Zustand versetzt. Durch entsprechende Konfiguration des Sensors beziehungsweise durch entsprechende Anpassung der an dem Basisanschluss anliegende Spannung über entsprechende Dimensionierung des Spannungsteilers kann somit erreicht werden, dass der Transistor für einen Wert des Magnetfeldes der ersten und zweiten Erregerspulen in den leitenden Zustand versetzt wird, der ausreichend ist, den Anker vollständig in die Kontaktstellung anzuziehen.

Nach einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor parallel zu einer Zenerdiode angeordnet.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass über die parallel geschaltete Zenerdiode die anliegende Spannung auf die Nennversorgungsspannung des Hall- Sensors begrenzt ist.

Nach einer Ausführungsform umfasst das elektromagnetische Relais ferner einen ersten Anschlusskontakt, einen zweiten Anschlusskontakt, einen dritten Anschlusskontakt und einen vierten Anschlusskontakt, die dazu dienen, die ersten und zweiten Erregerspulen mit einer Versorgungsspannung zu beaufschlagen, wobei der erste Anschlusskontakt mit dem Wicklungsanfang der ersten Erregerspule elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Anschlusskontakt mit dem Wicklungsende der ersten Erregerspule verbunden ist, wobei der dritte Anschlusskontakt mit dem Wicklungsanfang der zweiten Erregerspule elektrisch verbunden ist, und wobei der vierte Anschlusskontakt mit dem Wicklungsende der zweiten Erregerspule verbunden ist.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Relais als ein Relais mit schmaler Bauform, insbesondere schmaler Baubreite ausgebildet werden kann und für eine Reihenklemme, insbesondere eine 6,2mm-Reihenklemme oder 3,5mm- Reihenkleme verwendbar ist. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass die ersten und zweiten Erregerspulen in einer Parallelschaltung angeordnet werden können.

Nach einer Ausführungsform ist der Reed-Schalter mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten elektrisch verbunden.

Hierdurch wird der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht, indem das Schaltelement direkt am Relais ausgebildet ist. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass der Reed-Schalter räumlich möglichst nah an den Spulen angeordnet und somit gewährleistet ist, dass eine optimale Durchflutung des Reed-Schalters durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen stattfindet. Hierdurch wird die Schaltgenauigkeit des Schaltelements erhöht, und eine Schaltung zu genau dem Zeitpunkt ermöglicht, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist.

Nach einer Ausführungsform umfasst das elektromagnetische Relais ferner eine Leiterplatte, die benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet und mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlusskontakten elektrisch verbunden ist.

Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht, indem die für das Schaltelement benötigten elektronischen Bauteile direkt und platzsparend am Relais ausgebildet werden können.

Nach einer Ausführungsform ist das Schaltelement auf der Leiterplatte ausgebildet, mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten elektrisch verbunden und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet.

Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über das Schaltelement die Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen in eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen geschaltet werden kann.

Nach einer Ausführungsform ist das Reed-Relais auf der Leiterplatte ausgebildet, mit den zweiten und dritten Anschlusskontakten elektrisch verbunden und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet.

Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über das Reed-Relais die Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen in eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen geschaltet werden kann.

Nach einer Ausführungsform ist der Transistor auf der Leiterplatte ausgebildet, wobei der Emitteranschluss des Transistors mit dem zweiten Anschlusskontakt und der Kollektoranschluss des Transistors mit dem dritten Anschlusskontakt elektrisch verbunden sind. Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass über den Transistor die Parallelschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen in eine Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen geschaltet werden kann.

Nach einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor auf der Leiterplatte ausgebildet und benachbart zu den ersten und zweiten Erregerspulen angeordnet.

Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass der Hall- Sensor räumlich möglichst nah an den Spulen angeordnet und somit gewährleistet ist, dass eine optimale Durchflutung des Hall-Sensors durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen stattfindet. Hierdurch wird die Schaltgenauigkeit des Schaltelements erhöht, und eine Schaltung zu genau dem Zeitpunkt ermöglicht, zu dem der Anker vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist.

Nach einer Ausführungsform ist das Joch als ein U-förmiges Joch mit zwei parallel gegenüber liegend angeordneten Schenkeln ausgebildet.

Hierdurch wird wiederum der technische Vorteil einer möglichst platzsparenden Bauform des Relais erreicht. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass das Joch zwei Erregerspulen aufnehmen kann.

Nach einer Ausführungsform ist der Anker an einem Ende eines der Schenkel des U- förmigen Jochs schwenkbar ausgebildet.

Nach einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Erregerspulen jeweils an den Schenkeln des Jochs angeordnet.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das vorliegenden Relais möglichst platzsparend ausgebildet werden kann, in dem zum Anziehen und Halten des Ankers benötigten Wicklungen auf zwei räumlich getrennte Spulen aufgeteilt werden können.

Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1A ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7a eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer weiteren

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7b eine schematische Bodenansicht des Relais in Fig. 7a;

Fig. 8a eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer weiteren

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8b eine schematische Bodenansicht des Relais in Fig. 8a; und

Fig. 9 eine schematische Frontansicht des Relais gemäß einer weiteren

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektromagnetisches Relais 100 umfasst ein Joch 601 und einen am Joch 601 schwenkbar angeordneten Anker 602 (beide in Fig. 1 nicht gezeigt), wobei der Anker 602 gegenüber dem Joch 601 eine geöffnete Stellung und eine Kontaktstellung aufweist, und wobei der Anker 602 ausgebildet ist, von einem Magnetfeld aus der geöffneten Stellung in die Kontaktstellung angezogen und in der Kontaktstellung gehalten zu werden.

Gemäß Fig. 1 umfasst das elektromagnetische Relais 100 ferner einen ersten Schaltungszweig 101 , der einen ersten Kondensator 101 -2 und eine dazu seriell verschaltete erste Erregerspule 101 -1 aufweist, einen zweiten Schaltungszweig 102, der einen zweiten Kondensator 102-2 und eine dazu seriell verschaltete zweite Erregerspule 102-1 aufweist, wobei die erste Erregerspule 101 -1 und die zweite Erregerspule 102-1 ausgebildet sind, das Magnetfeld zum Anziehen und Halten des Ankers 602 bereitzustellen, und ein Schaltelement 103, das zwischen dem ersten Schaltungszweig 101 und dem zweiten Schaltungszweig 102 angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements 103 der erste Schaltungszweig 101 und der zweite Schaltungszweig 102 in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements 103 die erste Erregerspule 101 -1 und die zweite Erregerspule 102-1 in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement 103 ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn der Anker 602 durch das Magnetfeld der ersten und zweiten Spulen in die Kontaktstellung angezogen ist.

Gemäß Figur 1 weist die 1 . Erregerspule 101 -1 einen ersten ohmschen Widerstand 101 - 1 1 und eine erste Induktivität 101 -12 auf, während die zweite Erregerspule 102-1 einen zweiten ohmschen Widerstand 2-1 1 und eine zweite Induktivität 102-12 aufweist.

Das Schaltelement 103 ist zwischen dem ersten Schaltungszweig 101 und dem zweiten Schaltungszweig 102 derart angeordnet, dass das Schaltelement 103 zwischen der ersten Erregerspule 101 -1 und dem ersten Kondensator 101 -2 und dem zweiten Kondensator 102-2 und der zweiten Erregerspule 102-1 angeordnet ist.

In einem ersten Schaltzustand des Schaltelements 103, der vorzugsweise ein geöffneter Schaltzustand des Schaltelements 103 ist, in dem das Schaltelement 103 hochohmig ist, sind der erste Schaltungszweig 101 und der zweite Schaltungszweig 102 parallel zueinander angeordnet. Das Anlegen einer Versorgungsspannung durch die Spannungsquelle 104 bewirkt eine Aufladung des ersten Kondensators 101-2 und des zweiten Kondensators 102-2. Während des Aufladens der ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 fließen entsprechende Ladeströme durch die ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 101-2 der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102. Die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 sind derart dimensioniert, dass die durch die ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 fließenden Ladeströme geeignet sind, eine magnetische Durchflutung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 und ein entsprechendes Magnetfeld zu bewirken, das geeignet ist, den Anker 602 des Relais 100 vollständig in die Kontaktstellung anzuziehen. Die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 sind ferner so dimensioniert, dass zum Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des Ankers 602 in die Kontaktstellung die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2 vollständig aufgeladen und somit hochohmig sind.

Mit Schalten des Schaltelements 103 in den zweiten Schaltungszustand, der vorzugsweise ein geschlossener Zustand des Schaltelements 103 ist, in dem das Schaltelement 103 niederohmig ist, wird die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102 in eine Reihenschaltung der zweiten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 geschaltet.

Die ersten und zweiten Kondensatoren 101-2, 102-2, die zum Schaltzeitpunkt des Schaltelement 103 hochohmig sind und nicht Teil der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 sind, gewährleisten, dass ein primärer Strompfad entlang der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 verläuft.

Mit Umschalten der Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102 zur Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 ist der Gesamtwiderstand der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 erhöht. Dies hat eine Verringerung der Spulenströme, bei gleichbleibender äußerer angelegter Spannung, und eine damit verbundene Verringerung der magnetischen Durchflutung und des Magnetfeldes der ersten und zweiten Erregerspulen 101-1 , 102-1 zur Folge, wodurch die Verlustleistung reduziert werden kann.

Der Schaltvorgang des Schaltelements 103 vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand findet statt, nachdem der Anker 602 vollständig in die Kontaktstellung angezogen ist. In Fig. 1A ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einerweiteren Ausführungsform gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 eine dritte Diode 103-1 und einen der dritten Diode 103-1 seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand 103-3. Mittels der dritten Diode 103-1 und dem seriell vorgeschalteten ersten ohmschen Vorwiderstand 103-3 ist der Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schaltelements 103, bei dem die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101 , 102 in die Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 überführt wird, an den Spannungsunterschied zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen 101 , 102 koppelbar. Das Schaltelement 103 schaltet demnach sobald der Spannungsunterschied zwischen den ersten und zweiten Schaltungszweigen 101 , 102 der Durchbruchspannung der dritten Diode 103-1 entspricht.

Nach einer Ausführungsform (in Fig. 1A nicht gezeigt) umfasst das Schaltelement 103 eine Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden 103-1 und eine Mehrzahl seriell vorgeschalteter erster ohmscher Vorwiderstände 103-3. Hierdurch kann der Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schaltelements 103 variierbar gestaltet werden.

Nach einer Ausführungsform (in Fig. 1A nicht gezeigt) ist der erste ohmsche Vorwiderstand 103-3 ein ohmscher Widerstand einer Spule, die der dritten Diode 103-1 und/oder der Mehrzahl seriell verschalteter dritter Dioden 103-1 vorgeschaltet ist.

In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 einen Reed-Schalter 201 . Mittels des Reed-Schalters 201 kann der Schaltvorgang des Schaltelements 103 über das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen ausgelöst werden, indem der Reed-Schalter 201 schaltet, sobald das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, der einem Magnetfeld entspricht, das ausreichend ist, den Anker 602 vollständig in die Kontaktstellung anzuziehen.

In Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 ein Reed-Relais 301 . Das Reed-Relais 301 ist ferner mit einem RC- Glied 302 verbunden, das einen dritten ohmschen Widerstand 302-1 und einen dritten Kondensator 302-2 umfasst. Über die Abstimmung der Zeitkonstante des RC-Glieds 302 ist der Schaltzeitpunkt des Reed-Relais 301 einstellbar, sodass über eine Abstimmung der Zeitkonstante des RC-Glieds 302 mit dem Zeitraum der Aufladung der ersten und zweiten Kondensatoren 101 -2, 102-2 erreicht wird, dass der Schaltvorgang des Reed-Relais 301 exakt nach vollständigem Anziehen des Ankers 602 in die Kontaktstellung stattfindet.

In Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 einen Transistor 401 . Der Transistor 401 ist über den Basisanschluss mit einem Spannungsteiler 405, der einen vierten ohmschen Widerstand 405-1 und einen fünften ohmschen Widerstand 405-2 umfasst, und einem RC-Glied 302, das einen dritten ohmschen Widerstand 302-1 und einen dritten Kondensator 302-2 umfasst, verbunden. Über die Dimensionierung des RC-Glieds 302 und der vierten und fünften ohmschen Widerstände 405-1 , 405-2 des Spannungsteilers 405 ist der Schaltzeitpunkt des Transistors 401 mit dem Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des Ankers 602 in die Kontaktstellung abstimmbar.

Gemäß Fig. 4 weisen der erste Schaltungszweig 101 ferner eine erste Diode 402 und der zweite Schaltungszweig 102 eine zweite Diode 403 auf. Die ersten und zweiten Dioden 402, 403 sind derart zwischen der ersten Erregerspule 101 -1 und dem ersten Kondensator 101 -2 und dem zweiten Kondensator 102-2 und der zweiten Erregerspule 102-1 angeordnet, dass die ersten und zweiten Dioden 402, 403 Teile der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 sind, wenn sich der Transistor 401 im leitenden Zustand und das Schaltelement 103 sich damit im zweiten Schaltzustand befindet.

In Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement 103 einen Transistor 401 und einen Hall-Sensor 501 . Der Hall-Sensor 501 ist über den Spannungsteiler 405 mit dem Basisanschluss des Transistors 401 verbunden und ermöglicht, den Schaltvorgang des Transistors 401 mit dem Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 zu koppeln. Überschreitet das Magnetfeld der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 einen vorbestimmten Grenzwert, bewirkt die an den Basisanschluss des Transistors 401 anliegende Hallspannung des Hall-Sensors 501 den Schaltvorgang des Transistors 401 von einem nichtleitenden in einen leitenden Zustand und damit den Schaltvorgang des Schaltelements 103 vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand. Somit wird erreicht, dass der Schaltvorgang des Transistors 401 exakt nach vollständigem Anziehen des Ankers 601 in die Kontaktstellung stattfindet. Zur Begrenzung der Versorgungsspannung der Spannungsquelle 104 auf die Nennversorgungsspannung des Hall-Sensors 501 ist diesem ferner eine Zenerdiode 502 parallel geschaltet.

In Fig. 6 ist eine schematische Frontansicht des Relais 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Relais 100 ein Joch 601 und einen am Joch 601 schwenkbar gelagerten Anker 602. Gemäß einer Ausführungsform ist das Joch 601 als ein U-förmiges Joch mit zwei gegenüberliegend parallel angeordneten Schenkeln ausgebildet, wobei der Anker 602 am Ende eines der Schenkel schwenkbar ausgebildet ist (in Fig. 6 nicht gezeigt) und sich in Kontaktstellung befindet, wenn der Anker 602 das Ende des jeweils anderen Schenkels des Jochs 601 kontaktiert. Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 jeweils an den zwei parallel gegenüberliegend angeordneten Schenkeln des Jochs 601 angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Relais 100 einen ersten Anschlusskontakt 604, einen zweiten Anschlusskontakt 605, einen dritten Anschlusskontakt 606 und einen vierten Anschlusskontakt 607. Ferner ist nach einer Ausführungsform der erste Anschlusskontakt 604 mit dem Wicklungsanfang der ersten Erregerspule 101 -1 und der zweite Anschlusskontakt 605 mit dem Wicklungsende der ersten Erregerspule 101 -1 verbunden, während der dritte Anschlusskontakt 606 mit dem Wicklungsanfang der zweiten Erregerspule 102-1 und der vierte Anschlusskontakt 607 mit dem Wicklungsende der zweiten Erregerspule 102-1 verbunden sind. Ferner weist das Relais 100 zwei Anschlussstifte 603 auf, die geeignet sind, einen Anschluss des Relais 100 mit einer entsprechenden Reihenklemme zu bewirken.

Nach einer Ausführungsform ist der Reed-Schalter 201 zwischen den ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 angeordnet und mit den dritten und vierten Anschlusskontakten 606, 607verbunden. Nach einer Ausführungsform ist der Reed- Schalter 201 zu den ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 benachbart angeordnet und in einem Bereich positioniert, in dem ein magnetischer Streufluss der ersten und zweiten Erregerspulen 101 -1 , 102-1 auftritt.

In Fig. 7a und Fig. 7b sind schematische Ansichten unterschiedlicher Perspektiven des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform ist im Frontbereich des Verbindungsabschnitts der beiden Schenkel des Jochs 601 eine Leiterplatte 701 ausgebildet. Die Leiterplatte 701 ist mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlusskontakten 604, 605, 606, 607 elektrisch verbunden und dient zur Aufnahme des Schaltelements 103 sowie weitere elektronischer Bauteile. Gemäß einer Ausführungsform ist das Reed-Relais 301 an der Leiterplatte 701 ausgebildet.

In Fig. 8a und Fig. 8b sind schematische Ansichten unterschiedlicher Perspektiven des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Transistor 401 an der Leiterplatte 701 ausgebildet.

In Fig. 9 ist eine weitere schematische Ansicht des Relais 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Hall-Sensor 501 an der Leiterplatte 701 ausgebildet.

Bezugszeichenliste

100 Relais

101 erster Schaltungszweig 101-1 erste Erregerspule

101-1 1 erster ohmscher Widerstand

101-12 erste Induktivität

101-2 erster Kondensator

102 zweiter Schaltungszweig 102-1 zweite Erregerspule

102-1 1 zweiter ohmscher Widerstand

102-12 zweite Induktivität

102-2 zweiter Kondensator

103 Schaltelement

103-1 dritte Diode

103-3 erster ohmscher Vorwiderstand

104 Spannungsquelle

201 Reed-Schalter

301 Reed-Relais

302 RC-Glied

302-1 dritter ohmscher Widerstand 302-2 dritter Kondensator

401 Transistor

402 erste Diode

403 zweite Diode

405 Spannungsteiler

405-1 vierter ohmscher Widerstand 405-2 fünfter ohmscher Widerstand

501 Hall-Sensor

502 Zener-Diode

601 Joch

602 Anker 603 Anschlussstift

604 erster Anschlusskontakt

605 zweiter Anschlusskontakt

606 dritter Anschlusskontakt 607 vierter Anschlusskontakt

701 Leiterplatte