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Die
Erfindung betrifft ein elektromechanisches Öffnerrelais und ein Verfahren,
mit dem Ströme
geschaltet werden können.
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Elektromechanische
Relais sind im Stand der Technik wohl bekannt und weisen üblicherweise eine
Spule auf, in der ein magnetisierbarer Kern steckt. Außen um die
Spule herum erstreckt sich ein den Kern kontaktierendes Joch aus
ebenfalls magnetisierbarem Material. Kern und Joch enden jeweils
in Polflächen,
die in eine gemeinsame Richtung zu einem beweglichen Anker aus ebenfalls
magnetisierbarem Material weisen. Wird ein Schaltstrom durch die
Spule geschickt, so erzeugt diese ein Magnetfeld, welches den Kern
und das Joch, die magnetisch leitend miteinander verbunden sind,
magnetisiert. Durch diese Magnetisierung wird an den Polflächen eine
Schaltmagnetkraft erzeugt, die den Anker zieht und mit dem Anker
bewegungsübertragend
verbundene Kontakte schließt
oder öffnet.
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Um
bei abgeschaltetem Spulenstrom den Anker in eine vorbestimmte Ruhestellung
zu bewegen, ist bei den herkömmlichen
elektromechanischen Relais ein Federelement vorgesehen, das eine
Federkraft erzeugt, welche der von der Spule erzeugbaren Schaltmagnetkraft
entgegengerichtet ist. Fließt kein
Strom durch die Spule, drückt
das Federelement den Anker in eine Ruhestellung. Bei der überwiegenden
Mehrzahl der Relais, den Schließrelais,
sind die Kontakte in der Ruhestellung geöffnet. Bei einem Öffnerrelais
dagegen wird der Kontakt beim Betätigen der Spule geöffnet. In
der Ruhestellung sind die Schaltkontakte geschlossen.
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Elektromechanische
Relais sind Massenartikel, die in sehr großen Stückzahlen in eine Vielzahl von
Alltagsgegenständen,
wie beispielsweise Kraftfahrzeugen und Elektro-Haushaltswaren, eingebaut werden. Die
großen
Stückzahlen
führen
dazu, dass im hohen Umfange Kosten eingespart werden können, wenn
die Fertigung effizienter gestaltet wird. Eine Möglichkeit zur Fertigung eines
Relais ist beispielsweise in der
JP
407 39 19 beschrieben. Eine andere Möglichkeit zur effizienten Fertigung
von Relais besteht darin, unterschiedliche Relaistypen möglichst
einfach und ohne große
Umstellung der einzelnen Fertigungsschritte herzustellen.
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In
Anbetracht dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
elektromechanisches Öffnerrelais
zu schaffen, dessen Fertigung in bestehende Fertigungsstufen weitgehend
integriert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für das eingangs
genannte Relais dadurch gelöst,
dass das elektromechanische Öffnerrelais
mit einer elektromagnetischen Spule, einem in der Spule angeordneten
Kern, der wenigstens abschnittsweise hart- oder dauermagnetisch
ist und eine Ruhemagnetkraft erzeugt, einem in Richtung des Kerns
und von diesem weg beweglichen Anker, auf den die Ruhemagnetkraft
einwirkt, einem Federelement, durch das eine auf den Anker wirkende,
der Ruhemagnetkraft entgegengerichtete Federkraft erzeugt ist, die
kleiner als die Ruhemagnetkraft ist, und mit einem ersten Schaltkontakt,
der mit dem Anker bewegungsübertragend
verbunden und von der Ruhemagnetkraft gegen die Federkraft elektrisch
leitend gegen einen zweiten Schaltkontakt bewegbar ausgestaltet
ist, versehen ist.
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Mit
diesem Aufbau lässt
sich das elektromechanische Öffnerrelais
mit den für
Schließrelais
bereits vorhandenen Fertigungsstufen herstellen, da das erfindungsgemäße Öffnerrelais
im Wesentlichen denselben Aufbau aufweist, wie ein bistabiles, beispielsweise
dem bistabilen Relais der
EP
0 686 989 B1 , oder ein monostabiles Schließrelais,
die beide in der industriellen Praxis in weitaus größeren Stückzahlen
hergestellt werden, als die auf wenige Spezialanwendungen beschränkten Öffnerrelais.
Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Wirkrichtung
des Federelements die gleiche wie bei den Schließrelais, so dass im Wesentlichen dieselbe
Unterbaugruppe bestehend aus Anker und Federelement wie bei den
Schließrelais
verwendet werden kann. Gegenüber
dem Öffnerrelais
muss lediglich eine bauliche Änderung
am Kern vorgenommen werden, da erfindungsgemäß vom Kern eine der Federkraft
entgegengerichtete Ruhemagnetkraft erzeugt sein muss.
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Die
obige Aufgabe wird auch durch ein Öffnerrelais gelöst, welches
einen Schaltvorgang ausführt,
bei dem ein Kontakt gegen die Wirkung einer Federkraft durch eine
Ruhemagnetkraft geschlossen wird und bei Betätigen des Relais durch eine
Spule eine der Ruhemagnetkraft entgegengerichtete Schaltmagnetkraft
erzeugt und der Kontakt geöffnet wird.
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Ausgehend
von diesem Lösungsprinzip
sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen möglich, die jeweils unabhängig voneinander
zu Verbesserungen des Lösungsprinzips
führen
und beliebig miteinander kombiniert werden können.
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So
ist es von Vorteil, wenn die Polfläche des Kerns, die dem Anker
gegenüberliegt,
einen Flächeninhalt
aufweist, der größer ist
als die Querschnittsfläche
eines von der Spule umgebenden Schaftbereichs des Kerns. Durch die
vergrößerte Polfläche wird
die auf den Anker wirkende Ruhemagnetkraft vergrößert und die Ruhestellung stabilisiert, so
dass die Ruhestellung auch bei mechanischen Erschütterungen
oder unter Vibrationsbelastung sicher eingehalten wird.
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Um
Anker und/oder Federelemente von herkömmlichen bistabilen Relais
oder Schließrelais
verwenden zu können
und die Ruhestellung des Relais zu sichern, muss die Ruhemagnetkraft
ausreichend groß sein.
Dies ist beispielsweise dann sichergestellt, wenn der Flächeninhalt
der Polfläche
um wenigstens 200 % größer ist
als die Querschnittsfläche
des Schaftbereichs des Kerns, der in das Spuleninnere ragt.
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Die
vergrößerte Polfläche kann
bei einem Kern mit einer geometrisch prismatischen Form durch einen
Durchmesser in Richtung quer zu seiner Längserstreckung erreicht werden,
der kleiner ist als der Durchmesser der Polfläche. Insbesondere bei Kernen
mit einem im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Schaftbereich kann der
Durchmesser der Polfläche
um wenigstens 120 % größer sein
als der Durchmesser des Schaftbereichs.
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Eine
weitere Maßnahme,
um ein Öffnerrelais mit
denselben Fertigungsschritten Schließrelais herzustellen, kann
darin liegen, die Polfläche
an einem aus der Spule oder einem die Spule tragenden Spulenkörper ragenden
Kernkopf anzuordnen. Durch den Kernkopf wird nämlich der Luftspalt zwischen dem
Anker und der Polfläche
verkleinert, so dass in der Ruhestellung der Anker an der Polfläche anliegt und
die auf den Anker wirkende Ruhemagnetkraft, die umgekehrt proportional
zum Quadrat der Luftspaltbreite abfällt, ausreichend groß ist. Damit können auch
die Spulenkörper
im Wesentlichen unverändert
von den herkömmlichen
Schließrelais
verwendet werden.
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Da
die Magnetfeldlinien aus der Polfläche senkrecht austreten, ist
es von Vorteil, wenn die Polfläche
eine Ebene bildet, an die der Anker im Ankeroberfläche bewegten
Zustand vollflächig
anliegt.
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Zur
Erzeugung der Ruhemagnetkraft kann der Kern wenigstens einen Dauermagnetkörper umfassen,
der die Quelle der Dauermagnetkraft bildet. Vorzugsweise enthält der Dauermagnetkörper Seltene-Erd-Materialien,
da Permanentmagneten aus Seltenen Erden höchste Energiedichten aufweisen
und damit trotz kleinen Bauvolumens hohe Ruhemagnetkräfte erzeugen.
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Der
Dauermagnetkörper
kann insbesondere zwischen zwei Kernkörpern angeordnet sein, von
denen der eine, erste, dem Anker zugewandt und der andere, zweite,
vom Anker abgewandt ist. Die beiden Kernkörper können insbesondere aus einem
weichmagnetischen Werkstoff gefertigt sein, so dass sie die aus
dem Dauermagnetkörper
tretenden Feldlinien jeweils zu den beiden Enden des Kerns ziehend bündeln. Eine
kostengünstige
und feste Verbindung kann dabei durch Einkleben des Dauermagnetkörpers zwischen
die beiden Kernkörper
erreicht werden.
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Die
Montage des Kerns in den Spulenkörper kann
erleichtert werden, wenn der Dauermagnetkörper und die Kernteile miteinander
fluchten und ihre Umfangsflächen
im Wesentlichen bündig
miteinander abschließen.
Dadurch entstehen am Kernumfang keine Vorsprünge oder Kanten, welche beim
Einsetzen des Kerns in den Spulenkörper verhaken und die Montage
beeinträchtigen
können.
Außerdem
werden beide Kernteile optimal vom Magnetfluss des Dauermagnetkörpers durchflutet,
wenn die Polflächen
des Daumenkörpers
und die Kernteile vollflächig
und in möglichst
geringem Abstand aufeinander liegen.
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Ein
weiterer Aspekt der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Öffnerrelais
betrifft einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen und -ungenauigkeiten
bei der Montage der Relais.
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So
verschleißen
in der Großserienfertigung und
den dadurch bedingten hohen Stückzahlen
die Werkzeuge, mit denen die Bauteile des Relais gefertigt werden.
Aufgrund dieses Werkzeugverschleißes werden beispielsweise die
Kerne mit zunehmender Dauer der Großserienfertigung immer dicker,
während
eine im Spulenkörper
ausgebildete Kernaufnahme, in die der Kern im fertigen Relais eingesetzt
ist, mit zunehmender Dauer der Großserie immer enger wird. Mit
zunehmender Dauer der Großserienfertigung
steigt daher die zur Montage des Kerns in der Kernaufnahme des Spulenkörpers notwendige
Montagekraft an, bis die Werkzeuge wieder neu eingerichtet werden.
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Zu
diesen Abweichungen treten die bei der Fertigung nicht vermeidbaren
Fertigungstoleranzen bei den Abmessungen der einzelnen Bauteile
auf, die bei den einzelnen Relais einer Serie zu Abweichungen in
der jeweiligen relativen Lage der Bauelemente zueinander führt. Dies
hat insbesondere bei Variationen in der relativen Lage von Kern,
Anker und Federelement die Folge, dass sich die Schaltmagnetkraft, die
Ruhemagnetkraft und die Federkraft von Relais zu Relais unterscheiden
und teilweise die ursprünglichen
Spezifikationen bezüglich
Schaltzeiten und Schaltströme
nicht mehr eingehalten werden können.
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Um
sowohl die im Zuge des Werkzeugverschleißes als auch im Zuge der unvermeidbaren
Fertigungstoleranzen auftretenden Ungenauigkeiten schon während der
Montage ausgleichen zu können, sind
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung an einer den Kern
in der Spule aufnehmenden Kernaufnahme und/oder am Kern selbst Klemmabschnitte vorgesehen,
die von der Umfangsfläche
des Kerns weg nach außen
bzw. von der dem Kern zugewandten Innenfläche der Kernaufnahme nach innen
vorspringen, so dass, bei aus dem Spulenkörper entfernten Kern, an der
Stelle des wenigstens einen Klemmabschnittes, die Breite des Kerns
größer ist als
die lichte Weite des Spulenkörpers.
Auf diese Weise gelangen bei der Montage der Kern und der Spulenkörper miteinander
klemmend in Eingriff, so dass der Kern fest, aber verschieblich
im Spulenkörper
gehalten ist und in seiner Lage verschoben werden kann, bis der
erforderliche Toleranzausgleich erzielt worden ist. Durch die Klemmwirkung
wird der Kern solange in dieser Stellung im Spulenkörper gesichert,
bis in einem nachfolgenden Schritt Kern und Spulenkörper unlösbar miteinander
verbunden werden, beispielsweise durch Ultraschallschweißen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine gleichmäßige Klemmwirkung,
die weitgehend unabhängig
von den Toleranzabweichungen ist, erzielt werden, wenn, bei in die
Kernaufnahme eingesetztem Kern, die Innenkontur der Kernaufnahme
als Ganzes überwiegend
elastisch verformt ist. Bei dieser Ausgestaltung wird eine lediglich lokal
begrenzte, dann meist plastische Verformung an der Stelle der Klemmabschnitte
vermieden und somit auch bei größeren Toleranzabweichungen
eine nur gering sich ändernde
Klemmkraft erreicht. Außerdem
lassen sich bei einer derartigen Ausgestaltung die Klemmabschnitte
mit gröberen
Toleranzen fertigen als dies beispielsweise bei kleinen scharfen, oder
spitzen Klemmabschnitten der Fall ist, welche in die Kernaufnahme
einkratzen und bei denen bereits geringe Änderungen in der Geometrie
zu starken Änderungen
der Klemmkraft führen
können.
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Es
kommt durch die Verzerrung des ursprünglich kreisförmigen Querschnitts
zu einer abschnittsweisen Anlage der beiden Flächen von Kern und Rohr. Die
unvermeidlichen Durchmesserschwankungen von Kern und Rohr beeinflussen
die aus der Verspannung resultierende Klemmkräfte nur schwach, solange der
Kernumfang kleiner ist als der Umfang des Innenrohrs, da die durch
die elastische Verformung der Kontur eingebrachten Spannungen senkrecht
zur Richtung der größten Festigkeit
wirken.
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Eine
Möglichkeit,
eine Verformung der gesamten Innenkontur zu erreichen, besteht darin,
die Klemmabschnitte über
möglichst
große
Flächen
in Kontakt mit der Kernaufnahme zu bringen. Beispielsweise kann
die Klemmwirkung durch eine Klemmfläche erzielt werden, die sich
in Umfangsrichtung über wenigstens
10° bis
höchstens
etwa 25° des
Außenumfangs
des Kerns oder des Innenumfangs der Kernaufnahme erstreckt.
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Um
das Einsetzen des Kerns in die Kernaufnahme zu erleichtern, ist
der wenigstens eine Klemmabschnitt vorzugsweise auf der dem Anker
zugewandten Hälfte
des Kerns oder an der vom Anker abgewandten Hälfte der Kernaufnahme angeordnet, wenn
der Kern von der Seite des Ankers her in die Kernaufnahme eingesetzt
wird. Wird der Kern dage gen von der Jochseite her in die Kernaufnahme
eingesetzt, befinden sich die Klemmabschnitte des Kerns vorzugsweise
an der dem Joch zugewandten Seite und/oder die Klemmabschnitte der
Kernaufnahme an der dem Anker zugewandten Seite der Kernaufnahme.
Bei dieser Ausgestaltung tritt zunächst keine Klemmwirkung auf,
wenn der Kern in die Kernaufnahme eingesetzt wird. Dies erleichtert
es, den Kern in der Kernaufnahme auszurichten und zu zentrieren.
Die Klemmwirkung tritt erst gegen Ende des Einsetzens des Kerns
in die Kernaufnahme ein, in einem Bereich, innerhalb dessen tatsächlich der
Toleranzausgleich stattzufinden hat.
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Aufgrund
der geringeren Festigkeit ist der wenigstens eine Klemmabschnitt
vorzugsweise an einem Kernkörper
ausgebildet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert.
Dabei können
die beim Ausführungsbeispiel
gezeigten Merkmale nach den oben beschriebenen, jeweils für sich vorteilhaften
Ausgestaltungsvarianten, bei Bedarf weggelassen werden, wenn der
mit dieser Variante erzielte Vorteil bei der Anwendung nicht relevant
ist.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische und perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Relais.
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Zunächst wird
der Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Relais 1 mit Bezug auf die 1 beschrieben,
welche eine schematische Perspektivdarstellung des Relais 1 in
Explosionsansicht zeigt. Das Relais 1 weist ein Gehäuse 2 aus
schlagfestem Kunststoff in Quaderform auf. In dem Gehäuse 2 ist
ein Spulenkörper 3 beispielsweise
aus gegossenem oder vorzugsweise spritzgegossenem Kunststoff angeordnet,
der eine elektromagnetische Spule 4 im Bereich einer Spulenaufnahme 5 trägt. Die
Spulenaufnahme 5 ist in einer Längsrichtung L der Spule durch
zwei Flanschplatten 6, 7 begrenzt, die unten abgekröpft sind
und gleichzeitig Teile der Bodenfläche 8 des Relais bilden.
Zudem sind an den Flanschplatten 6, 7 Spulenstromkontakte 9 angeordnet,
welche mit der Spule 4 elektrisch leitend verbunden sind. Die
Spulenstromkontakte 9 ragen an wenigstens ei nem ihrer Enden
aus der Bodenfläche 8 und/oder dem
Gehäuse 2 beispielsweise
in Form von Kontaktfahnen heraus, so dass sie von außen kontaktiert werden
können,
ohne dass das Gehäuse 2 geöffnet werden
muss.
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Eine
separate Bodenplatte 10, die im Bereich der Spulenaufnahme 5 von
unten gegen den Spulenkörper 3 gesetzt
ist, schließt
das Relais 1 nach unten vorzugsweise staubdicht ab und
ergänzt
die Bodenfläche 8.
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Der
Spulenkörper 3 weist
ferner ein Spulenrohr 11 auf, welches die Spulenaufnahme 5 zwischen den
beiden Flanschplatten 6, 7 überbrückt und mit diesen einstückig ausgeformt
sein kann. Bei in der Spulenaufnahme 5 aufgenommener Spule 4 liegt
das Spulenrohr 11 koaxial zur Längsrichtung L der Spule 4 im
Inneren der Spule 4, so dass die Wicklungen um den Außenumfang
des Spulenrohrs herum verlaufen. Das Spulenrohr 11 ist
innen hohl und bildet eine Kernaufnahme 12 aus.
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Das
Relais 1 weist ferner einen Kern 13 auf. Der Kern 13 kann
ganz aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellt sein oder,
wie beim Ausführungsbeispiel
der 1, an seinen beiden Enden aus zwei weichmagnetischen
Kernkörpern 14, 15 bestehen,
zwischen denen sich ein Magneteinsatz 16 aus einem hartmagnetischen
oder permanentmagnetischen Werkstoff befindet. Die Außenkontur
des Kerns 13 entspricht im Wesentlichen der Innenkontur der
Kernaufnahme 12, so dass der Kern 13 in die Kernaufnahme
einsetzbar ist. Am Kern 13 und/oder in der Kernaufnahme 12 können Klemmabschnitte 17 vorhanden
sein.
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Der
Magneteinsatz 16 ist als separater, vorgefertigter Körper im
Mittenbereich des Kerns 13 angeordnet und weist denselben
Querschnitt auf wie die beiden Kernteile 14, 15,
so dass die Oberfläche ohne
Vorsprünge
und Kanten bündig
verläuft.
Die Kernteile 14, 15 sind mit dem Magneteinsatz
durch einen warmaushärtenden
Epoxydharzkleber 18 miteinander verbunden.
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Mit
seiner hinteren Stirnfläche 19 kontaktiert der
Kern 13 ein Joch 20, das gleichzeitig als Leiter
für einen
vom Relais 1 geschalteten Strom dient und zwei vorzugsweise
als Kon taktfahnen ausgestaltete Schaltstromkontakte 21 ausbildet,
die aus der Bodenfläche 8 ragen,
so dass sie von außen
ohne Öffnen
des Gehäuses 2 kontaktiert
werden können.
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Das
Joch 20 weist zwei im Wesentlichen rechtwinklig zueinander
verlaufende Jochschenkel 22, 23 auf. Der eine
Jochschenkel 22 verläuft,
von der Spulenaufnahme 5 aus betrachtet, jenseits der Flanschplatte 6 parallel
zur Stirnfläche
der Spule 4 bzw. der Flanschplatte. Der Jochschenkel 22 ist
mit einem Fügeloch 22' versehen, das
so bemessen ist, dass der Kern 13 einsetzbar ist. Der andere
Jochschenkel 23 verläuft
parallel zur Längsachse
L der Spule 4.
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Ein
weiteres Paar von Schaltstromkontakten 21 ist an einem
Kontakteinsatz 24 angeordnet, der, von der Spulenaufnahme 5 aus
betrachtet, jenseits des Begrenzungsflansches 7 liegt.
Der Kontakteinsatz 24 ist elektrisch leitend mit einem
Anker 25 verbunden, der schwenkbar im Gehäuse 2 aufgenommen
ist, wobei die Schwenkachse des Ankers 25 durch Achsstummel
oder -zapfen 26 festgelegt ist, so dass ein Klappankersystem
gebildet ist. Die Achsfortsätze 26 können beispielsweise
in Aufnahmen 27 im Gehäuse 2 und/oder
Spulenkörper 3,
von denen in 1 bloß die Aufnahme 27 im
Spulenkörper 3 gezeigt
ist, aufgenommen sein.
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Durch
den Kern 3, das Joch 20 und den Anker 25 wird
ein Magnetkreis geschlossen.
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Schließlich ist
ein Federelement 28 vorgesehen, welches über Nieten 29 fest
mit dem Anker 25 verbindbar ist. Das Federelement 28 stützt sich
mit dem einen Ende am Gehäuse 2 oder
am Spulenkörper 3 und
mit dem anderen Ende am Anker 25 ab, so dass dieser in
eine Richtung, beispielsweise weg von der Spule 4 gedrückt ist.
Anstelle von Achsstummeln 26 kann das Schwenklager des
Ankers 25 auch vom Federelement 28 gebildet werden.
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Im
Folgenden wird kurz die Montage des Relais 1 der 1 beschrieben.
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Nach
dem Zusammenbau von Spulenkörper 3 und
Spule 4 wird das Joch 20 an der vom Anker 25 abgewandten
Seite des Spulenkörpers 3 in
entsprechenden Aufnahmen (in 1 nicht
gezeigt) fixiert und dann der Kern 13 in die Kernaufnahme 17 geschoben,
bis er mit seinem von der Seite des Ankers 25 abgewandten
Ende 19 in das Fügeloch 22' des Joches 20 eintaucht.
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Das
Einschieben des Kerns 13 in die Kernaufnahme 12 in
Einsetzrichtung E kann wenigstens in der Schlussphase über den
Anker 25 erfolgen, an dem bereits die Kontaktfeder 29 angebracht
sein kann, beispielsweise durch Schweißen. Der Kern 13 wird
dadurch, dass der Anker 25 gegen eine seiner Stirnflächen gedrückt wird,
solange in der Kernaufnahme 5 in Richtung des Jochschenkels 22 geschoben,
bis er den Kontakteinsatz 24 berührt. Ausgehend von dieser Kontaktgabe
wird der Anker und damit auch der Kern um einen definierten Weg
weiter geschoben und der Kern dann im Joch fixiert. Der nach der
Kontaktgabe zugestellte Weg erzeugt dann den für die Schaltaufgabe notwendigen Überhub.
Die relative Lage und die Toleranzen von Kern, Kontakt, Anker, Feder
und Joch werden ausgeglichen, da die Überhubeinstellung zur tatsächlichen
Kontaktgabe referenziert wird. Insbesondere ist durch das Einschieben
des Kerns 3 mit an der Polfläche aufliegendem Anker 25 bis
zum Anschlag an das Joch sichergestellt, dass der Magnetkreis durch
den Kern 13, das Joch 20 und den Anker 25 ohne
Luftspalte geschlossen werden kann.
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Der
Kern 13 ist während
des Eindrückens
in die Kernaufnahme 12 unter Klemmwirkung der Klemmvorsprünge 17 verschiebesicher
in seiner jeweiligen Position gehalten. Zudem werden durch die Klemmvorsprünge 17 Fertigungstoleranzen
bei der Dicke D des Kerns 13 quer zur Längsrichtung L und der lichten
Weite W der Spulenaufnahme 12 ausgeglichen.
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Nach
Ausgleich des Überhubs
wird der Kern 13 beispielsweise durch Laserschweißen in seiner durch
die Klemmvorsprünge 17 gehaltenen
Position permanent im Fügeloch 22' des Jochschenkels 22 fixiert,
so dass eine nicht mehr zerstörungsfrei
zu lösende
Verbindung zwischen dem Joch 20 und dem Kern 13 gebildet
wird. Um den Spulenkörper 3 permanent
mit dem Kern 13 zu verbinden und den eingestellten Überhub zu
sichern, kann das Relais vergossen werden. Abschließend werden
die Bodenplatte 10 und das Gehäuse 2 auf die montierten
Komponenten gesetzt und mit dem Spulenkörper 3 verschweißt.
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Der
Kern 13 der 1 weist an seinem vom Anker 25 abgewandten
Ende, das in der Stirnfläche 19 endet,
an seinem Umfang eine Zentrierfläche 30 auf.
Die Zentrierfläche 30 weist
gegenüber
der Innenkontur der Kernaufnahme 12 eine ausreichend geringe
Fertigungstoleranz auf, so dass sie die Spulenaufnahme 12 und
den Kern 13, und damit die Spule 4 und den Kern 13,
beim Einsetzen relativ zueinander exakt ausrichtet. Eine Anfassung 31 an
der Stirnfläche 19 erleichtert
das Einsetzen des Kerns 13 in die Kernaufnahme 12.
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Im
Folgenden wird kurz der Aufbau der Klemmvorsprünge 17 am Beispiel
des Kerns 13 erläutert.
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An
seinem vorderen, der Stirnfläche 19 ab- und
dem Anker 25 (nicht gezeigt) zugewandten Hälfte sind
drei gleichmäßig um den
Außenumfang
des Kerns 13 angeordnete Klemmvorsprünge 17 vorgesehen.
Die Klemmvorsprünge 17 erstrecken
sich in Längsrichtung
L des Kerns 13 auf eine Länge von weniger als die Hälfte, vorzugsweise
weniger als ein Drittel der Länge
des in die Kernaufnahme 12 eingesetzten Bereichs, so dass
eine Klemmwirkung nur bei nahezu vollständig eingestecktem Kern erfolgt
und das erste Einsetzen des Kerns ohne großen Kraftaufwand vor sich geht.
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Die
Klemmvorsprünge 17 sind
von einem abgeschrägten
Bereich 32 umgeben und an ihrem der Kernaufnahme 12 zugewandten
Bereich so an die Innenkontur der Kernaufnahme 12 angepasst,
dass sie breitflächig
an dieser anliegen und die Klemmkräfte über eine möglichst große Fläche in die Kernaufnahme 12 eingeleitet
werden.
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Wie
in 1 dargestellt ist, kann der Kern 13 im
Bereich zwischen den Klemmvorsprüngen 17 mit einem
etwas geringerem Durchmesser als der übrige Bereich des Kerns 13 ausgestaltet
sein.
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An
seinem dem Anker 25 gegenüberliegenden Ende kann der
Kern 13 schließlich
einen im Durchmesser um wenigstens 120 % gegenüber dem Dauermagnetkörper 16 vergrößerten Kopf 33 aufweisen.
Eine vom Kopf 33 gebildete Polfläche 34 kann wenigstens
200 % größer sein
als die Querschnittsfläche
des Kerns 13 im Schaltbereich außerhalb der Klemmabschnitte,
der bei zusammengebauten Öffnerrelais 1 in
die Spule 4 ragt. Um Streuverluste gering zu halten, enden
die Klemmabschnitte ohne Spalt am Kopf 33. Der Kopf 33 ragt
aus der Spule 4 und dem Spulenkörper 3. Der Kern 13,
weist Zylinderform auf.
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Beim
Einsetzen des Kerns 13 in die Kernaufnahme 12 verformt
sich die Kernaufnahme 12 mitsamt dem Spulenrohr 11 bzw.
Spulenkörper 3 in
ihrer Gesamtkontur, ohne dass eine lokale plastische Verformung
an der Stelle der Klemmvorsprünge 17 stattfindet.
Die Verformung des Querschnitts der Kernaufnahme 12 ist
dabei im Wesentlichen elliptisch oder eiförmig, und gegenüber der
ursprünglichen
Kreisform gelenkt. Diese Art der Verformung gewährleistet konstante Klemmkräfte auch
bei stärkeren
Variationen des Außendurchmessers
des Kerns 13 und/oder des Innendurchmessers der Kernaufnahme 12.
Hierzu ist an der Stelle des wenigstens einen Klemmvorsprungs 17 der
Außenumfang
des Kerns 13 entlang seiner Außenkontur kleiner als der Innenumfang
der Kernaufnahme 12 an der Stelle des Klemmvorsprungs 17 bei
eingesetztem Kern 3, wobei bei der Berechnung des Außenumfangs
bzw. Innenumfangs die Umfangsänderung
durch den Klemmvorsprung 17 jeweils berücksichtigt ist.
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Zur
Vermeidung einer lokalen plastischen Deformation an der Stelle der
Klemmvorsprünge 17 trägt ferner
bei, dass sich die Klemmvorsprünge 17 in Umfangsrichtung
um einen relativ großen
Winkel, der zwischen 10° und
25° liegt,
erstrecken. Die Klemmfläche, über die
die Klemmwirkung zwischen dem Kern 3 und der Kernaufnahme 2 hergestellt
wird, nimmt also zwischen ca. 2,5 % und 10 % der Umfangsfläche von
Kern oder Kernaufnahme an der Stelle der Klemmabschnitte ein. Um
die Reibung zu begrenzen, sollte sich die Klemmfläche jedoch über nicht
mehr als ein Drittel des Umfanges erstrecken.
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Innerhalb
des Erfindungsgedankens sind Abweichungen von den oben beschriebenen
Ausführungsformen
möglich.
So können
die Klemmvorsprünge 17 entweder
nur am Kern 13 oder nur in der Kernaufnahme 12 vorgesehen
sein. Ferner können die
Klemmabschnitte 17 bei der Ausführungsform der 1 sich
lediglich über
einen Teil der Längserstreckung
in Längsrichtung
der Kernaufnahme 12 erstrecken und beispielsweise im hinteren,
dem Joch 20 zugewandten Bereich der Kernaufnahme 12 entsprechend
der Ausführungsform
sich befinden. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, dass der vordere, dem Anker 4 zugewandte
Bereich der Kernaufnahme 12 als Zentrierfläche dienen
kann, welche dem Kern 13 in der ersten Phase des Einschiebens
führt und gegenüber der
Spule 4 ausrichtet.
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Außerdem kann
auf beispielsweise auf den vom Anker 25 abgewandten Kernkörper 25 verzichtet werden,
und sich der Dauermagnetkörper 16 bis
zur Stirnfläche 19 erstrecken
bzw. der Kern 3 vollständig aus
Material mit hart- oder dauermagnetischen Eigenschaften gefertigt
sein, wenn besonders hohe Ruhemagnetkräfte gefordert sind.
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Im
Betrieb wird der Anker 25 aufgrund der vom Dauermagnetkörper 16 erzeugten
Ruhemagnetkraft R entgegen der vom Federelement 28 erzeugten
Federkraft F an die Polfläche 34 geklappt
und der Anker 25 leitend mit dem Joch 20 verbunden.
Beim Betätigen
des Relais 1 wird die Spule 4 mit Strom beaufschlagt,
so dass diese eine der Ruhemagnetkraft R entgegengesetzte Schaltmagnetkraft
S erzeugt. Übersteigt
die Summe aus Federkraft F und Schaltmagnetkraft S die Ruhemagnetkraft
R, klappt der Anker 25 von der Polfläche 34 weg und der
Kontakt zwischen Joch und Anker wird geöffnet, so dass kein Strom mehr
zwischen den Kontakten 21 fließen kann.