Vakuumrelais mit im Vakuumraum liegendem Schaltelement

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Vakuumrelais anzuwenden, bei dem innerhalb des Vakuumraumes der Schaltkon­takt mit dem Anlenkelement des Antriebssystems isolierend ver­bunden ist.

Vakuumrelais können mit unterschiedlichen Antriebssystemen ausgerüstet sein. Üblicherweise wird hierzu ein Elektromagnet eingesetzt, dem ein Klappanker als Anlenkteil des Schaltelemen­tes zugeordnet ist. Man kann aber auch ein magnetostriktives oder piezzokeramisches Antriebssystem verwenden mit ebenfalls einem Klappanker als Anlenkelement des Schaltelementes.

Bei einem bekannten Vakuumrelais dieser Art mit einem Elektro­magneten als Antriebssystem besteht das eigentliche Schaltele­ment des Relais aus vier Teilen, nämlich dem Klappanker des Elektromagneten, einem an dem Klappanker befestigten Haltebügel, einem an dem Haltebügel fixierten Isolierstab aus einem kera­mischen Material (Saphir) und einem am oberen Ende des Isolier­stabes angeordneten Schaltkontakt in Form eines Schaltbleches (GB-PS 1 121 497, DE-Z "Siemens Components", 1986, Seite 143 bis 147). Der Anwendungsbereich eines solchen Vakuumrelais hängt u.a. von den mechanischen Eigenschaften des Schaltelemen­tes wie mechanische Beanspruchbarkeit, Schaltlebensdauer, Prell­zeit und Kontaktdruck ab.

Ausgehend von einem Vakuumrelais mit den Merkmalen des Oberbe­griffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mechanischen Eigenschaften des Schaltelementes durch einen konstruktiven Eingriff in die Verbindung zwischen dem Anlenkelement und dem Schaltkontakt zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in das Schaltelement ein Federelement integriert ist. Bei diesem Federelement soll es sich in Weiterbildung der Er­findung im wesentlichen um eine Stabfeder handeln, die entweder in den stabförmigen Träger des Schaltkontaktes oder in die Halterung für den stabförmigen Träger des Schaltkontaktes in­tegriert ist. Dies kann bei einem Vakuumrelais, bei dem als Träger des Schaltkontaktes ein Isolierstab vorgesehen und dieser Isolierstab in einer am Anker des Elektromagneten befestigten Halterung fixiert ist, dadurch erfolgen, daß die Halterung aus einem U-förmigen Blechstück mit zwei von der Basis ausgehenden Zungen besteht, von denen die eine Zunge zwischen den beiden Schenkeln angeordnet und die andere Zunge entgegengesetzt zu den Schenkeln gerichtet ist, wobei die beiden Zungen um 90° abgewinkelt sind und einen Haltebügel für den Isolierstab bilden, und wobei die Schenkel des U-förmigen Blechstückes etwa in ihrer Mitte ebenfalls um 90° abgewinkelt und mit dem abge­winkelten Teil am Anker des Elektromagneten fixiert sind. In diesem Fall bilden die freistehenden Teile der Schenkel des U-förmigen Blechstückes zwei parallele Stabfedern. - Man kann aber auch in der Weise vorgehen, daß bei einem Vakuumrelais mit einem stabförmigen Träger für den Schaltkontakt und einer am Anker befestigten Halterung für den stabförmigen Träger die Halterung aus einem Isolierkörper besteht und der stabförmige Träger als Stabfeder ausgebildet ist. Hierbei kann entweder ein Rundstab oder ein Flachstab als Federelement verwendet werden. Der als Halterung vorgesehene Isolierkörper besteht zweckmäßig aus einem keramischen Material und ist auf den Anker aufgelötet.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Schaltelementes wird die bisher übliche starre Befestigung des Schaltkontaktes am Anlenk­element verlassen. Durch Integration eines Federelementes in das Schaltelement wird ein elastisches Anliegen des Schaltkontaktes an den jeweiligen Kontaktstücken gewährleistet. Dies führt bei­spielsweise bei einem magnetischen Antriebssystem dazu, daß der Anker des Elektromagneten im angezogenen Zustand auf der Pol­ fläche aufliegen kann, wodurch unabhängig von einer schwankenden Spulenspannung jeweils gleiche Kontaktkräfte erzeugt werden. Die in das Schaltelement integrierte Stabfeder kann so dimensioniert werden, daß sie im Zusammenwirken mit der Rückdruckfeder des Ankers eine bestimmte Kontaktkraft gewährleistet. Bei voll ange­zogenem Anker ist somit ein bestimmter Nachgang bzw. Nachdruck einstellbar. Der einstellbare, elastische Nachgang des Schaltele­mentes führt zu einer größeren Dämpfung der auf das Schaltblech und das stabförmige Verbindungselement ausgeübten mechanischen Schaltstoßkräfte, führt weiterhin zu einer Erhöhung der mecha­nischen Lebensdauer des Vakuumrelais und verringert die Prell­zeiten des Schaltkontaktes. Weiterhin läßt sich die Abnutzung der Kontakte durch einen vorbestimmbaren Nachgang bzw. Durch­druck des Schaltelementes ausgleichen. Schließlich kann bei der Montage des Antriebsteiles und des Kontaktteiles der einzustel­lende Kontaktdruck bei voll betätigtem Anlenkelement zuver­lässig über die außenliegenden Kontaktdruchführungen eingestellt und gemessen werden.

Zwei Ausführungsbeispiele des neuen Vakuumrelais sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt

• Figur 1 ein Vakuumrelais mit elastischer Halterung im Schnitt,
• Figur 2 die elastische Halterung als flaches Blechstück und
• Figur 3 die elastische Halterung im montierbaren Zustand und
• Figur 4 ein Schaltelement mit einem als Stabfeder ausgebil­deten stabförmigen Träger für den Schaltkontakt.

Figur 1 zeigt das Gehäuse 1 eines Vakuumrelais, dessen Vakuum­raum von dem Keramikbecher 1, dem ringförmigen Metallteil 2, dem scheibenförmigen Metallteil 3 und dem Gehäuse 4 für einen Elektromagneten gebildet ist. In den so gebildeten Vakuumraum 5 ragen zwei sich gegenüberstehende Kontakte 6 sowie ein senk­recht dazu angeordneter Kontakt 7 hinein.

Das Schaltelement 10 des Vakuumrelais besteht aus dem Klappanker 11, der sich über eine Feder 9 auf dem Spulenkern 8 des Elektro­ magneten abstützt, aus einer auf dem Klappanker aufgeschweißten metallischen Halterung 12, einem in der Halterung 12 fixierten Isolierstab 13 und dem am oberen Ende des Isolierstabes angeord­neten Schaltkontakt 14.

Gemäß Figur 2 ist die metallische Halterung 12 aus einem U-för­migen Blechteil 20 geformt, das im ungeformten Zustand aus der Basis 21, den beiden Schenkeln 22 und 23, einer zwischen den Schenkeln verlaufenden Zunge 24 und einer von der Basis aus­gehenden, zu den Schenkeln 22/23 entgesetzt gerichteten Zunge 25 besteht. In den beiden Zungen sind Bohrungen 26 zur Aufnahme des Isolierstabes 13 vorgesehen; weiterhin sind Biegekanten 27 strichpunktiert dargestellt.

Figur 3 zeigt das U-förmige Blechstück gemäß Figur 2 mit abge­winkelten Schenkeln bzw. Zungen. Die Zungen 24 und 25 und die abgewinkelten Teile der Schenkel 22 und 23 sind jeweils um 90° abgewinkelt und verlaufen parallel zueinander. Dabei bilden die an die Basis 21 unmittelbar anschließenden, nicht abgewinkelten Teile der Schenkel 22 und 23 zwei parallel geschaltete Stabfe­dern.

Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für das Schalt­element. Hierbei ist auf den Klappanker 11 ein Isolator 15 aus keramischem Material aufgelötet, der den Schaltkontakt 14 gegenüber dem Klappanker 11 hochspannungstechnisch isoliert. Das Verbindungselement zwischen dem Schaltkontakt 14 und dem Keramikisolator 15 besteht aus einer metallenen Stabfeder 16, beispielsweise einem runden oder flachen Federstab.