DE102004013471B4 - Electromagnetic relay, in particular high-current relays - Google Patents
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Abstract
Elektromagnetisches Relais, insbesondere Hochstromrelais (2), mit folgenden Merkmalen:a) Eine Kern-/Jochanordnung (10, 30) besitzt mindestens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schenkel (12, 14, 32;112;114;132);b) der erste Schenkel (12; 112) trägt eine Spule (60);c) ein Anker (20; 120) ist an einer Lagerstelle (L; 100L) in der Nähe einer Polfläche des ersten Schenkels (12; 112) um eine Drehachse schwenkbar gelagert, wobei der Anker (20; 120) auf der einen Seite der Drehachse einen sich zu einem Arbeitsluftspalt erstreckenden Ankerarm (21) und auf der anderen Seite der Drehachse einen Betätigungsarm (23) bildet;d) über das freie Ende des Betätigungsarms (23) hinaus erstreckt sich eine Betätigungsfeder (24), die durch den Anker (20) zwischen einer Ruhestellung und einer Arbeitsstellung umschaltbar ist;e) ein beweglicher Kontakt (8; 108) wirkt in der Arbeitsstellung und/oder der Ruhestellung mit mindestens einem auf einem Träger (50) befindlichen Festkontakt (28; 128) zusammen;f) der Anker (20; 120) ist im Wesentlichen flachstückartig ausgebildet;g) mit einem freien Ende der Betätigungsfeder (24; 124) ist der bewegliche Kontakt (8, 108) gekoppelt.Electromagnetic relay, in particular high-current relay (2), with the following features: a) A core / yoke arrangement (10, 30) has at least a first, a second and a third leg (12, 14, 32; 112; 114; 132); b) the first leg (12; 112) carries a coil (60); c) an armature (20; 120) is at a bearing point (L; 100L) in the vicinity of a pole face of the first leg (12; 112) around a Axis of rotation mounted pivotably, the armature (20; 120) forming an armature arm (21) extending to a working air gap on one side of the axis of rotation and an actuating arm (23) on the other side of the axis of rotation; d) via the free end of the actuating arm (23) also extends an actuating spring (24) which can be switched between a rest position and a working position by the armature (20); e) a movable contact (8; 108) acts with at least one in the working position and / or the rest position fixed contact (28; 128) located on a carrier (50) ; f) the anchor (20; 120) is essentially flat; g) the movable contact (8, 108) is coupled to a free end of the actuating spring (24; 124).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Hochstromrelais. Speziell betrifft die Erfindung ein Hochstromrelais für den Einsatz in Kraftfahrzeugen.The invention relates to an electromagnetic relay, in particular a high-current relay. The invention particularly relates to a high-current relay for use in motor vehicles.
An elektromagnetische Relais werden je nach Anwendungsgebiet unterschiedliche Anforderungen gestellt. Bei Kraftfahrzeuganwendungen wird zur Unterbringung im Gehäuse z.B. einer Relaisbox beispielsweise eine kompakte Bauweise, speziell eine geringe Bauhöhe gefordert. Außerdem wird bei Kraftfahrzeuganwendungen angestrebt, das Relais so aufzubauen, dass es keine Fehlfunktionen bei äußeren mechanischen Beeinflussungen, beispielsweise Stößen, gibt. Aus der
- - eine Kern-/Jochanordnung besitzt einen ersten Schenkel, der durch den Kern gebildet wird, und sie besitzt einen zweiten und einen dritten Schenkel, die durch ein im Querschnitt L-förmiges Joch gebildet werden;
- - der Anker dieses Relais ist im Querschnitt L-förmig, die Lagerstelle für den Anker wird an einer Kante des freien Endes des ersten Schenkels (des Kerns) gebildet, der Arbeitsluftspalt wird durch das äußere Ende des einen Abschnitts des „L“ einerseits und eine innere Endfläche des L-förmigen Jochs andererseits gebildet. Das dem Arbeitsluftspalt abgewandte Ende des Ankers bildet einen Betätigungsarm;
- - auf der dem Kern abgewandten Seite des Ankers ist an diesem eine Betätigungsfeder angebracht, die sich über das freie Ende des Betätigungsarms hinaus erstreckt; und
- - am freien Ende der Betätigungsfeder ist ein beweglicher Kontakt gehaltert, der mit einem auf einem Träger gelagerten Festkontakt zusammenwirkt.
- a core / yoke arrangement has a first leg which is formed by the core, and it has a second and a third leg which are formed by a cross-sectionally L-shaped yoke;
- - The armature of this relay is L-shaped in cross-section, the bearing point for the armature is formed on an edge of the free end of the first leg (the core), the working air gap is formed by the outer end of one section of the "L" on the one hand and one inner end surface of the L-shaped yoke on the other hand. The end of the armature facing away from the working air gap forms an actuating arm;
- - On the side of the armature facing away from the core, an actuating spring is attached to it, which extends beyond the free end of the actuating arm; and
- - A movable contact is held at the free end of the actuating spring and cooperates with a fixed contact mounted on a carrier.
Weiterhin sind bei dem bekannten elektromagnetischen Relais die Anschlüsse für den Laststromkreis, wie bei einem Steckrelais üblich, aus dem Sockel des Relaisgehäuses etwa parallel zu dem Anker und rechtwinklig herausgeführt. Die damit verbundene beträchtliche Bauhöhe des Relais für mittlere Lasten ist typisch.Furthermore, in the known electromagnetic relay, the connections for the load circuit, as is usual with a plug-in relay, are led out of the base of the relay housing approximately parallel to the armature and at right angles. The associated considerable overall height of the relay for medium loads is typical.
Da der Betätigungsarm des Ankers relativ kurz ist im Vergleich zu dem Ankerarm, ergibt sich zwar ein gutes Hebelverhältnis zum Schließen bzw. Öffnen der Kontakte, allerdings ist der Anker auch empfindlich für Erschütterungen, da sein Schwerpunkt weit entfernt ist von der Lagerstelle an der Kante des freien Endes des Kerns. Bei einer von außen einwirkenden Stoßbelastung kann es dazu kommen, dass der Anker sich - ohne dass die auf dem Kern sitzende Spule von Strom durchflossen wird - in die Arbeitsstellung bewegt und so fälschlicherweise den Kontakt öffnet oder schließt.Since the armature's actuating arm is relatively short compared to the armature arm, there is a good lever ratio for closing and opening the contacts, but the armature is also sensitive to vibrations because its center of gravity is far away from the bearing point at the edge of the free end of the core. In the event of an external shock load, the armature may move into the working position - without current flowing through the coil on the core - and thus falsely open or close the contact.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Hochstromrelais für Kraftfahrzeuganwendungen, anzugeben, bei dem es auch bei starken Stoßbelastungen nicht zu Fehlfunktionen kommt. Außerdem soll durch den konstruktiven Aufbau der Stromführung erreicht werden, dass auch bei hohen Stromstärken - typischerweise Anlasserstromstärken - Rückwirkungen auf das Magnetsystem vernachlässigbar sind.The invention is based on the object of specifying an electromagnetic relay, in particular a high-current relay for motor vehicle applications, in which malfunctions do not occur even in the event of strong shock loads. In addition, the design of the current conduction should ensure that even with high currents - typically starter currents - repercussions on the magnet system are negligible.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein elektromagnetisches Relais, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Merkmale a) - e) des Anspruchs 1 sind mit dem Stand der Technik nach der
- - die Kern-/Jochanordnung einen vierten Schenkel besitzt, der magnetisch im wesentlichen unwirksam ist, dessen freies Ende die Lagerstelle für den im Wesentlichen flachstückartigen Anker bildet, und der zusammen mit dem Ankerarm den Arbeitsluftspalt bildet; und
- - mit einem freien Ende der Betätigungsfeder ist ein Betätiger gekoppelt ist, der etwa parallel zu dem ersten und dem dritten Schenkel der Kern-/Jochanordnung verläuft und endseitig mit dem beweglichen Kontakt gekoppelt ist.
- the core / yoke arrangement has a fourth leg, which is magnetically essentially ineffective, the free end of which forms the bearing point for the essentially flat-piece-like armature, and which, together with the armature arm, forms the working air gap; and
- - An actuator is coupled to a free end of the actuating spring which runs approximately parallel to the first and the third leg of the core / yoke arrangement and is coupled at the end to the movable contact.
Die Kern-/Jochanordnung besitzt drei oder vier Schenkel, die im Querschnitt die Form eines Rechtecks oder eines Quadrats bilden, wobei das Ende des dritten Schenkels oder der vierte Schenkel sich mit dem Ankerarm überlappt. Die Drehachse des Ankers ist in der Nähe der Kernpolfläche des ersten Schenkel oder/oder in der Nähe des freien Endes des vierten Schenkels angeordnet, der Betätigungsarm des Ankers verläuft etwa symmetrisch zu dem Ankerarm bezüglich der Lagerstelle. „Im Wesentlichen flachstückartig“ soll im vorliegenden Zusammenhang bedeuten, dass der Anker im Großen und Ganzen flächig ausgebildet ist, nur im Bereich seiner Drehachse um einige Grad abgewinkelt ist, um die Bewegung zwischen Ruhestellung und Arbeitsstellung vollziehen zu können. Durch die Ausgestaltung des Ankers kann dieser so gelagert werden, dass seine Drehachse im Wesentlichen mit dem Schwerpunkt der beweglichen Massen der Antriebsseite (Anker, Betätiger, Flachlitze und Kontakte) zusammenfällt. Dies hat speziell bei Kraftfahrzeuganwendungen einen großen Vorteil: Wirken äußere Stoßbelastungen auf das Relais ein, so wirken diese störend, wenn die Belastung zu einem Drehmoment am Anker führt, welches diesen zu kippen trachtet. Durch die Schwerpunktlagerung entsteht in einer derartigen Belastungssituation praktisch kein Drehmoment. Die Kraft wirkt über den Scherpunkt im Bereich der Drehachse auf den Anker, so dass dieser trotz der äußerlichen Krafteinwirkung keinem Drehmoment ausgesetzt wird.The core / yoke arrangement has three or four legs which in cross section form the shape of a rectangle or a square, the end of the third leg or the fourth leg overlapping with the anchor arm. The axis of rotation of the armature is arranged in the vicinity of the core pole surface of the first leg and / or in the vicinity of the free end of the fourth leg, the actuating arm of the armature runs approximately symmetrically to the armature arm with respect to the bearing point. In the present context, “essentially flat” is intended to mean that the armature is by and large planar, is only angled by a few degrees in the area of its axis of rotation in order to be able to move between the rest position and the working position. Due to the design of the armature, it can be mounted in such a way that its axis of rotation essentially coincides with the center of gravity of the movable masses on the drive side (armature, actuator, flat stranded wire and contacts). This has a great advantage especially in motor vehicle applications: if external shock loads act on the relay, they have a disruptive effect if the load leads to a torque on the armature which tends to tilt it. Due to the center of gravity, there is practically no torque in such a load situation. The force acts on the armature via the shear point in the area of the axis of rotation, so that it is not subjected to any torque despite the external force.
Der die Lagerfläche bildende vierte Schenkel kann z.B. eine gestanzte - z.B. ovale
- - Öffnung aufweisen, die ihn magnetisch unwirksam macht.
- - Have opening that makes it magnetically ineffective.
Durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Relais ergibt sich weiterhin die vorteilhafte Möglichkeit, einen zusätzlichen Arbeitsluftspalt zwischen der Kernpolfläche an der dem Anker zugewandten Stirnfläche des ersten Schenkels einerseits und der der Stirnfläche gegenüber liegenden Fläche des Ankers andererseits zu bilden. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine sehr effiziente Umsetzung der in der Spule wirksamen elektrischen Leistung in mechanische Leistung.The above-described configuration of the relay also provides the advantageous possibility of forming an additional working air gap between the core pole face on the armature face of the first leg on the one hand and the armature face opposite the face on the other. This configuration results in a very efficient conversion of the electrical power effective in the coil into mechanical power.
In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kern der Kern-/Jochanordnung im Querschnitt L-förmig ist, also den ersten und den zweiten Schenkel bildet, während der dritte und der vierte Schenkel durch ein im Querschnitt L-förmiges Joch gebildet werden. Hierdurch kann man das Relais mit einer geringen Anzahl von Einzelteilen herstellen.In a special embodiment it is provided that the core of the core / yoke arrangement is L-shaped in cross section, i.e. forms the first and second legs, while the third and fourth legs are formed by a yoke with an L-shaped cross section. This allows the relay to be manufactured with a small number of individual parts.
Vorzugsweise befindet sich in dem Kern eine Tasche, in die ein Dauermagnet eingesetzt ist. Dieser Dauermagnet erzeugt eine Magnetkraft im geschlossenen Zustand des den Ankerarm enthaltenden magnetischen Kreises, also in der Arbeitsstellung des Ankers. Der Kraft des Magneten wird durch die elektromagnetische Kraft der Spule entgegen gewirkt, um den Anker in seine Ruhestellung zu bewegen. Man kann den Dauermagneten auch weglassen. Eine solche Ausführungsform stellt dann eine monostabile Variante des Relais dar. Die Kraft zum Halten des Ankers bzw. zum Anziehen des Ankers wird dann ausschließlich durch Erregen der Spule aufgebracht. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Relais wird auf die Ausbildung der Tasche in dem Kern verzichtet. Der Kern kann direkt mit dem Joch verbunden werden.There is preferably a pocket in the core into which a permanent magnet is inserted. This permanent magnet generates a magnetic force in the closed state of the magnetic circuit containing the armature arm, that is, in the working position of the armature. The force of the magnet is counteracted by the electromagnetic force of the coil in order to move the armature into its rest position. You can also leave out the permanent magnet. Such an embodiment then represents a monostable variant of the relay. The force for holding the armature or for tightening the armature is then applied exclusively by exciting the coil. In this variant of the relay according to the invention, the formation of the pocket in the core is dispensed with. The core can be connected directly to the yoke.
Der Anker wird vorzugsweise von einer einstückig mit der Betätigungsfeder ausgebildeten Rückstellfeder in seine Ruhestellung vorgespannt. In der Ruhestellung erzeugt die Rückstellfeder die Anlagekraft, die gegen die restlichen durch die Schwerpunktslagerung geringen Beschleunigungskräfte wirken. Befindet sich der Anker in seiner Arbeitsstellung, so wird die Federkraft der Rückstellfeder größer und ist bestrebt, bei fehlendem elektromagnetischem Feld den Anker wieder in seine Ruhestellung zu drängen.The armature is preferably biased into its rest position by a return spring formed in one piece with the actuating spring. In the rest position, the return spring generates the contact force that acts against the remaining acceleration forces, which are low due to the center of gravity. If the armature is in its working position, the spring force of the return spring is greater and strives to force the armature back into its rest position in the absence of an electromagnetic field.
Angestrebt wird außerdem bei Relais für Kraftfahrzeuganwendungen eine geringe Lastkreis-Rückwirkung. Dies bedeutet: Der bei geschlossenem Relais fließende Laststrom soll möglichst wenig Wirkung auf den Haltemagnetkreis haben. Dies wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung speziell dadurch erreicht, dass der bewegliche Kontakt etwas zurückgesetzt von dem freien Ende einer Flachlitze angeordnet ist, deren Ende mit einem Ende des Betätigers gekoppelt ist, wobei insbesondere der Träger für den Festkontakt die Flachlitze und zwei Lastkreisanschlüsse des Relais in im Wesentlichen derselben Ebene liegen, in der sich der Boden des Relaisgehäuses befindet. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass der Laststrom durch eine Ebene fließt, die mehr oder weniger mit der Symmetrieebene des Haltemagnetkreises zusammenfällt. Hierdurch stehen die Feldvektoren des magnetischen Haltekreises orthogonal zu den Feldvektoren des Lastfelds im Raum. Die Folge ist eine geringere Beeinflussung des Antriebsfelds durch das magnetische Lastfeld. Dies wiederum hat zur Folge, dass höhere Schaltströme geführt werden können, ohne dass dadurch das Magnetsystem störenden Einflüssen ausgesetzt ist.A low load circuit reaction is also aimed for in relays for motor vehicle applications. This means: The load current flowing when the relay is closed should have as little effect as possible on the holding magnetic circuit. In a preferred embodiment of the invention, this is specifically achieved in that the movable contact is arranged somewhat set back from the free end of a flat stranded wire, the end of which is coupled to one end of the actuator Relays lie in essentially the same plane as the bottom of the relay housing. This configuration ensures that the load current flows through a plane that more or less coincides with the plane of symmetry of the holding magnetic circuit. As a result, the field vectors of the magnetic holding circuit are orthogonal to the field vectors of the load field in space. The consequence is that the drive field is less influenced by the magnetic load field. This in turn means that higher switching currents can be carried without the magnet system being exposed to disruptive influences.
Dadurch, dass die Lastkreisanschlüsse in der Ebene des Bodens des Relaisgehäuses oder in einer dazu parallelen Ebene liegen, wird eine flache Bauweise des Relais erzielt.Because the load circuit connections lie in the plane of the bottom of the relay housing or in a plane parallel to it, a flat design of the relay is achieved.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn die Kontakte als parallel arbeitende Doppelkontakte ausgeführt sind. Durch den Einsatz von Doppelkontakten lassen sich mit dem Relais sehr starke Ströme schalten und führen, ohne dass ein Verschweißen der Kontakte zu befürchten ist. Der hohe Stromdurchfluss wird noch begünstigt durch Verwendung einer Flachlitze. Der Laststrom geht bei dem erfindungsgemäßen Relais vorzugsweise entlang einer geraden Bahn durch den Laststromkreis. Daher fällt innerhalb des Relais nur relativ wenig Verlustwärme an, die sich leicht abführen lässt.It is particularly preferred if the contacts are designed as double contacts working in parallel. By using double contacts, the relay can handle very high currents Switching and guiding without having to worry about welding of the contacts. The high current flow is enhanced by the use of a flat strand. In the relay according to the invention, the load current preferably goes through the load circuit along a straight path. Therefore, there is only relatively little heat loss within the relay, which can be easily dissipated.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Relais; -
2 eine perspektivische Ansicht des in1 gezeigten Relais von unten; -
3 eine Schnittansicht des in1 gezeigten Relais entlang der Linie III-III mit dem Anker in Ruhestellung; -
4 eine Schnittansicht ähnlich wie3 , jedoch mit dem Anker in Arbeitsstellung, und -
5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais von oben - oder Gehäuse -; -
6 eine mit der Ansicht nach5 vergleichbare Ansicht, allerdings ohne Gehäuse und ohne Spulenkörper mit Wicklung; -
7 eine Schnittansicht des in den5 und6 gezeigten Relais mit geschlossenen Kontakten; und -
8 eineSchnittansicht ähnlich wie 7 , jedoch bei einem Relais mit geöffneten Kontakten.
-
1 a perspective view of an embodiment of a relay according to the invention; -
2 a perspective view of the in1 relay shown from below; -
3 a sectional view of the in1 relay shown along the line III-III with the armature in the rest position; -
4th a sectional view similar to3 , but with the anchor in working position, and -
5 a perspective view of a further embodiment of the relay according to the invention from above - or housing -; -
6th one with the view5 comparable view, but without housing and without coil formers with winding; -
7th a sectional view of the in the5 and6th shown relay with closed contacts; and -
8th a sectional view similar to7th , but for a relay with open contacts.
Das in
Wie weiter unten noch erläutert wird, wird der Betätiger
Links unten neben dem Betätiger
Das Relais
Wie in den
Wie weiterhin in
Wie in
Auf der Oberseite des Betätigungsarms
In dem in
Wenn die Spule
Wie im Einzelnen in
Ein weiterer Arbeitsluftspalt
Ein Vergleich der
Das magnetische Feld des Haltemagnetkreises wird durch das durch den Stromfluss im Laststromkreis (Anschlüsse
Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Stromführung über die Flachlitze
Im folgenden soll eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, die bezüglich der wirksamen Beschleunigungskräfte günstiger ist. Bei dieser weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auch ein vergleichsweise günstiges Hebelverhältnis bezüglich der Kontaktstelle erreicht, damit einhergehend eine hohe Kontaktkraft, mithin ein verringerter Durchgangswiderstand für den Strom.In the following a second embodiment of the invention will be described, which is more favorable with regard to the effective acceleration forces. In this further embodiment of the invention, a comparatively favorable leverage ratio with respect to the contact point is also achieved, along with a high contact force, and consequently a reduced volume resistance for the current.
Die weitere Ausführungsform der Erfindung ist in ähnlichen Ansichten wie die erste Ausführungsform dargestellt. Die
Wie insbesondere in
In
Die Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais
Wie in
Bei den beiden oben beschriebenen Ausführungsformen enthält die Kern-/Jochanordnung einen Dauermagneten (
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Owner name: TE CONNECTIVITY GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: TYCO ELECTRONICS AMP GMBH, 64625 BENSHEIM, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: SCHMITT-NILSON SCHRAUD WAIBEL WOHLFROM PATENTA, DE |
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