Die Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagneti¬ sches Relais mit einer Spule, einem über der Spule paral¬ lel zur Spulenachse angeordneten, langgestreckten Dauerma¬ gneten, welcher an seinen beiden Enden jeweils gleichna i- ge Endpole und in seiner Mitte einen dazu ungleichnamigen Mittelpol aufweist, mit einem innerhalb der Spule angeord¬ neten Kern, der an beiden Enden über Jochschenkel mit den beiden Enden des Dauermagneten- gekoppelt ist sowie mit ei¬ nem langgestreckten Wippanker, der über dem Mittelpol des Dauermagneten gelagert ist und mit beiden Jochschenkeln je einen Arbeitsluftspalt bildet.

Ein derartiges Relais mit einem -;-ι-eipoligen 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 Schaltbewe- gungen ausführen.

Das gleiche Magnetsystem mit einem dreipoligen Dauer¬ magneten 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 Kon¬ taktfedern, die unterhalb der Spule liegen und in einer zur Grundebene des Relais parallelen Ebene bewegbar sind.

Diesen bekannten Relais ist- gemeinsam, daß die Kontaktele¬ mente mit geringen Abständen im Bereich des Ankers und des

Magnetsystems liegen. Damit sind diese Systeme nur zum Schalten von geringen Strömen geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile des eingangs beschriebenen polarisierten Systems, nämlich die hohe Empfindlichkeit bei wahlweise einstellbarer mono¬ stabiler oder bistabiler Schaltcharakteristik, und die ge¬ ringe Empfindlichkeit des mittig gelagerten Ankers gegen Erschütterungen, zum Schalten höherer Ströme und Spannun- gen auszunutzen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einem Relais der ein¬ gangs genannten Art dadurch erreicht, daß unterhalb der Spule ein Kontaktsatz mit mindestens einer annähernd 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 ande- rerseits mit einem beweglichen Ende der Kontaktfeder ge¬ koppelt ist.

Bei der Erfindung sind also die Kontaktelemente an der Un¬ terseite 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 entgegen¬ gesetzt zu ^" den Kontaktelementen an der Oberseite der Spule befindet, ergibt sich bereits durch die räumliche Entfer- nung eine große Isolierstrecke zwischen Kontaktsystem und Magnetsystem. Die Spule und das gesamte Magnetsystem kön¬ nen überdies durch entsprechende konstruktive Ausgestal¬ tung eines Grundkörpers unter Schaffung langer Isolier¬ strecken gegenüber dem Kontaktsystem abgeschirmt werden. Ein solcher Grundkörper, in dem beispielsweise der Kon¬ taktsatz mit zur Unterseite herausgeführten Anschlußele-

enten angeordnet ist, bildet vorzugsweise eine Trennwand zwischen Kontaktsatz und Spule, an der nach unten ange¬ formte Seitenwände den Kontaktsatz und/oder nach oben an¬ geformte Seitenwände das Magnetsystem U-förmig bzw. wan- nenförmig umgeben. Diese Trennwand kann zusätzlich einen seitlich offenen Schlitz aufweisen, in welchen eine Iso¬ lierstoffplatte 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 her¬ stellt ^" , kann durch entsprechende Überlappungen mit dem Grundkörper ^• labyrinthartige Isolierstrecken schaffen. Zweckmäßigerweise besitzt der Schieber jeweils Ausnehmun¬ gen, in welche deformierbare Enden der Kontaktfeder einer¬ seits 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 erfin¬ dungsgemäß 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 Kon¬ taktfeder und Schieber,

Figur 8 bis 10 eine zweite Ausführungsform eines erfin¬ dungsgemäß gestalteten Relais in drei Schnittansichten.

Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Relais besitzt ei¬ nen Grundkörper 1 mit einer parallel zur Bodenseite ange¬ ordneten mittleren Trennwand 3, an der nach oben angeform¬ te 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 ei- ne 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 einge¬ steckt, so daß die beiden rechtwinkelig abgebogenen Joch¬ schenkel 15b bzw. 16b parallel nach oben stehen. Zwischen diesen beiden Jochschenkeln ist oberhalb der Spule und parallel zur Spulenachse ein stabfδrmiger, dreipolig auf- magnetisierter Dauermagnet 17 angeordnet, der im Bereich

^' der beiden Jochschenkel jeweils gleichnamige Pole, z. B.

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 Spulen¬ körper befestigt werden. Auch die Kernjoche 15 und 16 wer- den auf geeignete Weise am Spulenkörper fixiert.

Aus Figur 4 ist zu erkennen, daß die Kernschenkel 15a und 16a so abgestuft ausgebildet sind, daß sie nebeneinander¬ liegend 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 Fertigungs¬ schritte 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 Luft¬ spalt 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 Rastlap¬ pen 21 in entsprechenden Ausnehmungen des Dauermagneten 17 durch Rastung befestigt ist. Die Lagerfeder 19 bildet eine Torsionsbaπdlagerung für den Anker. Durch diese Anordnung und Form der Lagerfeder wird sichergestellt, daß der Anker reibfrei gelagert wird und daß zugleich ein guter Flu߬ übergang vom Dauermagneten 17 zum Anker 18 erfolgt. Von oben wird der Anker außerdem durch eine an der Kappe 10 aπgefor te Rippe 22 in der Lagerung gehalten bzw. gesi¬ chert. 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 Luft¬ strecken zwischen den Metallteilen des Magnetsystems und dem Kontaktfedersatz. Die Kopplung zwischen Anker 18 und Schieber 23 erfolgt durch (zwei) Fortsätze 24 des Ankeren- des 18b, die in entsprechende Ausnehmungen 25 des Schie¬ bers eingreifen. Zur Sicherung ist außerdem ein Trennblech

26 mit jeweils einem Haltelappen 26a versehen, der gemäß Figur 1 nach oben oder gemäß der Detaildarstellung in Fi¬ gur 5 nach unten abgebogen sein kann. Eine andere Möglich¬ keit 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 entspre¬ chend gestaltete Ausnehmung 28 des Schiebers 23 eingehängt wird. Auch -andere Ausführungsformen dieser Kopplung sind denkbar.

Der im Kontaktraum 9 unterhalb der Spule angeordnete Kon¬ taktfedersatz besitzt eine an einem Federträger 29 befe¬ stigte Kontaktfeder 30, welche an ihrem freien Ende gabel¬ förmig in zwei Federschenkel 31 und 32 aufgespalten ist. Oberhalb der Kontaktfeder 30 ist ein feststehendes Schlie¬ ßerkontaktelement 33 angeordnet. Dabei bildet ein auf dem Federschenkel 31 befestigtes bewegliches Hauptkontaktstück 34 mit einem gegenüberliegenden feststehenden Hauptkon¬ taktstück 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 feststehen¬ den Vorlaufkontaktstück 37 am Kontaktelement 33 ein Vor¬ laufkontakt gebildet, dessen Kontaktstücke in bekannter Weise aus Wolfram oder einem vergleichbaren Metall beste¬ hen.

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 Schließerkontaktele¬ ment 33 in Figur 2 von rechts. Die Befestigung erfolgt je¬ weils durch Einpressen in entsprechende Stecknuten.

Durch zusätzliches Verdrallen des Anschlußstifts 29a er-

reicht man ein sattes Aufliegen des Federträgers 29 auf der Bodenwand 8. Durch diese Maßnahme ergibt sich für den Kontaktabstand ein enges Toleranzfeld, das die Vorausset¬ zung 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 ein¬ gepreßt und zusätzlich durch Klebung fixiert. Damit ent- fällt eine nachträgliche Justierung. Zur zusätzlichen Ver¬ besserung der Isolation zwischen Magnetsystem und Kontakt¬ raum wird an der Stelle, wo der Abstand zwischen Magnetsy¬ stem und Kontaktbereich kleiner aϊ^ *-2 mm ist, eine isolie¬ rende 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 un¬ magnetischen, elektrisch gut leitenden Werkstoff, bei- spielsweise einer Kupferlegierung, hergestellt. Da der An¬ schlußstift 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 Federbefe¬ stigung bewußt so lang gestaltet, damit gegenläufige Stromrichtungen im Federträger einerseits und in der Kon¬ taktfeder andererseits elektrodynamische Kräfte erzeugen können, die die Schließerkontaktkraft erhöhen. Damit sol¬ len bei einem Kurzschluß sehr hohe Kontaktkräfte erzeugt

werden, die den Kontaktübergangswiderstand verringern uno damit die Verschweißgefahr vermindern.

Allerdings könnte die Kontaktkrafterhöhung aufgrund der oben genannten gegenläufigen Stromrichtungen zwischen Fe¬ derträger 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 Kontakt- stücken zunehmend vergrößert. Durch diesen zunehmenden Ab- brand 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 Funktionsaus- falls, wenn das Relais eine größere Zahl von Schaltspielen ausgeführt hat.

Um dieser Gefahr zu begegnen, besteht im vorliegenden Fall das Schließerkontaktelement aus ferromagnetischem Werk- stoff; 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 Schließerkpntaktelement anziehen möchte. Da dieses aber im Grundkörper fest verankert ist, wird umgekehrt die Kontaktfeder zusammen mit ihrem Kon¬ taktstück ^" 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 be¬ sonderen Vorteil, daß sich die Anziehungskraft und damit auch die Kontaktkraft mit zunehmendem Kontaktabbrand ver- größert.

So addieren sich bei der hier vorliegenden Kombination die beiden unterschiedlichen Arten der Kontaktkraftverstär¬ kung, nämlich einerseits die Abstoßung der Kontaktfeder von ihrem stromdurchflossenen Federträger 29 und anderer- seits die Anziehung an das ferromagnetische Schließerkon¬ taktelement 33. Wenn bei Kontaktabbrand der eine Effekt geringer wird, vergrößert sich gleichzeitig der andere Ef¬ fekt, so daß das Relais während seiner gesamen Lebensdauer auch bei einem Kurzschluß voll funktionsfähig bleibt. Die hohen auftretenden Kurzschlußkontaktkräfte verhindern we¬ gen des entstehenden niedrigen Kontaktwiderstandes ein Verschweißen der Kontakte.

Das ferromagnetische Schließerkontaktelement 33 hat außer- dem noch den Vorteil, daß es den Lichtbogen anzieht, der beim Wolfram-Vorlaufkontakt 36, 37 beim Ein- und Ausschal¬ ten entsteht. Dadurch wird der beispielsweise aus Silber bestehende Hauptkontakt 34, 35 durch die Wolfram-Verdamp¬ fung weniger stark verunreinigt. Die elektrische Leitfä- higkeit 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 be¬ schriebenen Kontaktsatz besteht auch darin, daß der Kon¬ takt mit einer Bewegung des Ankerarms 18b nach oben ge- schlössen wird. Dadurch kann das kürzere Schließerkontakt¬ element oberhalb des längeren Federtragers 29, zwischen der Kontaktfeder 30 und der Spule 14 angeordnet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders günstige Raum¬ ausnutzung 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 Ausführungs¬ form eines erfindungsgemäß gestalteten Relais gezeigt. So¬ weit 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 Grundkör¬ per 41, der nach- oben im wesentlichen wannenför ig 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 Kernjdche sind in diesem Fall so ab- gestuft, daß sie im Mittelbereich übereinanderliegen und auf diese Weise größere Berührungsflächen im Übεrlappungs- bereich besitzen. Sie können in diesem Fall allerdings nicht identisch ausgebildet sein. Ein auf der Spule lie¬ gender Dreipolmagnet 47 ist im Bereich seines Mittelpols dicker ausgeführt und zu den beiden Endpolen hin abge¬ schrägt,- so daß der über den Mittelpol gelagerte, als ebe¬ ne 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 Kunst¬ stoffring 49 umspritzt, welcher zu beiden Seiten des An¬ kers jeweils einen Lagerzapfen 50 bildet. Über diese La¬ gerzapfen 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 voτ der Spu¬ le 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 Kontakt¬ stück 56 der Kontaktfeder wirkt mit einem Kontaktstück ei¬ nes Schließerkontaktelementes 58 zusammen, welches eben¬ falls in Stecknuten des Grundkörpers verankert ist. Eine Bodenplatte 59 bildet zusammen mit einer Kappe 60 ein Ge¬ häuse, welches das Relais allseitig umschließt.

Selbstverständlich sind auch verschiedene Kombinationen einzelner Elemente aus den beiden beschriebenen Ausfüh- rungsbeispielen möglich, insbesondere was die Gestaltung der Kontaktelemente und die Ausgestaltung als Öffner-, Schließer- oder Umschaltkontakt betrifft.