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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Sicherheitsrelais, mit einem Grundkörper, einem am Grundkörper angeordneten Spulensystem mit einer Spule und einem Joch, welches sich entlang einer Wickelachse der Spule durch diese erstreckt, sowie mit einem Anker, welcher auf einer Ankerlagerachse schwenkbar gelagert angeordnet ist und welcher Polschuhe zur magnetischen Kopplung mit dem Joch des Spulensystems aufweist, und mit einem Kontaktsystem mit zumindest zwei Kontaktfedern, wobei am Anker Betätiger angeordnet sind, welche den Kontaktfedern zugeordnet sind, um bei einer Bewegung des Ankers die Kontaktfedern zu betätigen, d. h. die entsprechenden Kontakte der Kontaktfedern durch die Bewegung der Kontaktfedern zu öffnen oder zu schließen.
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Derartige Relais sind aus der Praxis in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei einer Ausbildung als Sicherheitsrelais ist mindestens eine der Kontaktfedern einem sogenannten „Öffner“ oder Ruhekontakt (auch als NC-Kontakt, NC = Normally Closed, bezeichnet) zugeordnet und mindestens eine andere Kontaktfeder ist dem „Schließer“ oder Arbeitskontakt zugeordnet (auch als NO-Kontakt, NO = Normally Open, bezeichnet). Durch eine Zwangsführung bzw. durch eine passende Anordnung der Betätiger am Anker ist dafür gesorgt, dass Öffner und Schließer nicht gleichzeitig geschlossen werden können. Insbesondere ist die Anordnung so, dass das Öffnen des Öffners stets dem Schließen des Schließers vorangeht und dies keinesfalls gleichzeitig oder gar umgekehrt geschieht. Tritt beim Öffnen des Öffners ein „Öffnungsversagen“ auf, weil beispielsweise die Kontaktfeder des Öffners mit dem Gegenkontakt verschweißt ist, so kann der Schließer nicht geschlossen werden. Somit kann ein Öffnungsversagen durch den geöffneten (mechanisch verbundenen) Schließer sicher erkannt werden. Für Sicherheitsrelais (Relais mit zwangsgeführten Kontakten gemäß IEC 61810-3) ist zudem vorgeschrieben, dass bei einem Öffnungsversagen eines Schließers der Öffner und ebenso bei einem Öffnungsversagen eines Öffners der Schließer immer noch einen vorgegebenen Minimalkontaktabstand aufweisen muss, nämlich mindestens 0,5 mm.
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Die Kontaktfedern des Kontaktsystems müssen daher einen relativ großen Hub aufweisen, was zu entsprechenden Weglängen der Betätiger führt. Dies wiederum bedingt eine ausreichend große Konstruktion des gesamten Relais. Andererseits ist es für viele Anwendungen wünschenswert, Relais mit entsprechenden Sicherheitsanforderungen mit möglichst geringen Außenmaßen zu haben. Insbesondere ist es bei vielen Konstruktionen vorteilhaft, wenn das Relais relativ flach ist, d. h. die Bauhöhe des Relais bei einer Positionierung auf einer Platine relativ gering ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Relais zu schaffen, welches insbesondere auch als Sicherheitsrelais dienen kann und welches dennoch möglichst geringe Außenmaße aufweist, insbesondere besonders flach auf einer Platine angeordnet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Relais gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Wie eingangs erwähnt, weist das elektromagnetische Relais einen Grundkörper und ein am Grundkörper angeordnetes Spulensystem mit zumindest einer Spule und einem Joch auf, welches sich entlang einer Wickelachse, d. h. der Längsachse, der Spule durch diese erstreckt. Beispielsweise kann so ein Spulensystem bzw. so eine Spulenbaugruppe aufgebaut werden, indem zunächst das Joch unter Bildung eines Spulenkerns mit Kunststoff in einem Spritzgussverfahren umspritzt wird und der so gebildete Spulenkern bzw. Spulenkörper dann mit dem Spulendraht umwickelt wird, um die Spule zu bilden.
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Weiter weist das elektromagnetische Relais einen Anker auf, der neben der Spule, also außerhalb der Spule, um eine Ankerlagerachse schwenkbar gelagert angeordnet ist und welcher die Polschuhe zur magnetischen Kopplung mit dem Joch des Spulensystems aufweist. Bei dieser Konstruktion ist also das Joch des Spulensystems statisch und wird durch Anlegen einer Spannung an die Wicklung der Spule entsprechend magnetisch so gepolt, dass die in Ruhestellung anliegenden Polschuhe des Ankers aufgrund deren Koppelung mit einem oder mehreren Dauermagneten zunächst abgestoßen und dann in der Gegenstellung (der Arbeitsstellung) angezogen werden, was zur Bewegung des Ankers um die Ankerlagerachse führt.
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Des Weiteren umfasst das elektromagnetische Relais ein Kontaktsystem mit zumindest den eingangs genannten beiden Kontaktfedern. Dabei ist die Anordnung dieser Kontaktfedern so, dass eine Federbewegungsebene, in der sich die flexiblen Kontaktfedern bzw. der bewegliche federnde Teil der Kontaktfedern jeweils entlang einer Haupterstreckungsrichtung erstrecken, quer, vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig, zur Wickelachse der Spule verläuft. Die „Federbewegungsebene“ kann hier so definiert werden, dass sich der bewegliche Teil der Kontaktfeder von der offenen Position in die geschlossene Position des Kontakts in dieser Ebene bewegt bzw. eine Fläche in dieser Ebene überstreicht. Handelt es sich beispielsweise um eine (z. B. L-förmig aufgebaute) Kontaktfeder, deren federnder Arm sich von einem festen Anschlusspunkt (z. B. dem Winkelpunkt der L-Form) aus zum Gegenkontakt hin erstreckt, so lässt sich die Federbewegungsebene durch diesen festen Anschlusspunkt, den Punkt, an dem der Kontakt geschlossen ist, und den Punkt, an dem sich der Kontaktkopf der Feder im offenen Zustand befindet, definieren. Unter „Haupterstreckungsrichtung“ ist hierbei die Richtung zu verstehen, in der sich ein beweglicher Teil bzw. flexibler Arm der Kontaktfeder im Wesentlichen erstreckt.
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Das Kontaktsystem kann hier also zumindest zwei Kontakte, nämlich z. B. einen Öffner und einen Schließer, aufweisen, welche jeweils mindestens eine dieser Kontaktfedern und einen zugehörigen Gegenkontakt umfassen. Der Gegenkontakt ist dabei vorzugsweise ein stationärer, d. h. ein im Wesentlichen feststehender, Kontaktkörper, gegen den die flexible Kontaktfeder zum Schließen des Kontakts gedrückt wird bzw. von diesem abgehoben wird. Dabei wird die Kontaktfeder dann in der Federbewegungsebene bewegt bzw. flexibel vom Gegenkontakt weggebogen oder gegen den Gegenkontakt hingebogen, je nachdem, welche Konstruktion genau vorliegt. Bei dieser Anordnung der Federbewegungsebene bzw. der Haupterstreckungsrichtung der flexiblen Kontaktfedern und der Wickelachse verlaufen also (bei einer Sicht von oben auf das Relais) die Projektionen der Haupterstreckungsrichtung bzw. einer Längsachse der Kontaktfedern und die Projektionen der Wickelachse auf eine Basisfläche des Grundkörpers, mit der dieser wiederum im eingebauten Zustand auf einer Platine angeordnet ist, quer, vorzugsweise senkrecht, zueinander.
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Erfindungsgemäß sind am Anker mindestens zwei Betätiger angeordnet, welche den Kontaktfedern jeweils zur Betätigung der Kontaktfedern zugeordnet sind, also auf diese Kontaktfedern bzw. die beweglichen, flexiblen Teile der Kontaktfedern einwirken und somit die Kontaktfedern in der Federbewegungsebene bewegen können. Diese Betätiger erstrecken sich am Anker bezüglich der Ankerlagerachse radial nach außen in einer Längsrichtung des Ankers, d. h. von der Ankerlagerachse aus nach außen weg. Dabei sind die radial äußersten Enden der beiden Betätiger (in der Längsrichtung des Ankers gesehen) weiter von der Ankerlagerachse entfernt als die Polschuhe des Ankers.
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Dadurch, dass sich die Betätiger bzw. Betätigerarme für die beiden Kontakte an gegenüberliegenden Enden des Ankers diametral nach außen vom Ankerlager weg erstrecken, ergibt sich der Vorteil, dass trotz einer flachen Bauweise des Relais ein relativ großer Hub am Betätiger vorliegt. Ebenso unterstützt die Anordnung des Ankers neben der Spule eine flache Bauweise. Daher kann auch bei einer flachen Bauweise ein großer Abstand der Kontaktfedern von den Gegenkontakten realisiert werden. Folglich kann, wie später erläutert, das Relais als Sicherheitsrelais ausgebildet werden und insbesondere können die Kontaktfedern an den gegenüberliegenden Enden des Ankers einem Öffner und einem dazu gehörigen Schließer zugeordnet werden, da die Kontaktfedern über den Anker zwangsgeführt werden können.
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Dementsprechend wird das erfindungsgemäße Relais vorzugsweise als Sicherheitsrelais in einer Sicherheitsschaltung verwendet.
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Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei auch Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
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Vorzugsweise ist das Relais derart aufgebaut, dass die Federbewegungsebenen zumindest einer der Kontaktfedern im Wesentlichen parallel zur Ankerlagerachse verlaufen, d. h. dass die Ankerlagerachse in den üblichen Toleranzen parallel zur Federbewegungsebene verläuft. Bei einer solchen Konstruktion verläuft also auch die Haupterstreckungsrichtung der betreffenden Kontaktfeder im Wesentlichen parallel zur Ankerlagerachse in dem Sinne, dass die Projektionen der Längsachse der Kontaktfeder und der Ankerlagerachse auf der Basisfläche des Grundkörpers des Relais parallel verlaufen. Mit anderen Worten, bei einer Sicht von oben auf das Relais laufen dann die beiden Längsachsen der Kontaktfeder und die Ankerlagerachse parallel und vorzugsweise die Wickelachse der Spule senkrecht. Dadurch, dass die Kontaktfedern und die Ankerlagerachse im Wesentlichen parallel nebeneinander verlaufen, wird ebenfalls eine besonders platzsparende Konstruktion erreicht.
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Vorzugsweise liegen die Federbewegungsebenen der beiden Kontaktfedern im Wesentlichen parallel zueinander.
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Weiterhin ist es für die gewünschte flache Anordnung von Vorteil, wenn die Ankerlagerachse in ihrer gedachten Verlängerung durch die Spule hindurch verläuft. Ob es einen Höhenversatz zwischen der gedachten Verlängerung der Ankerlagerachse und der Wickelachse gibt, hängt jedoch von der genauen Konstruktion des Ankers ab.
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Wird beispielsweise bei einer bevorzugten Variante ein H-förmiger Anker verwendet, welcher insgesamt vier Polschuhe aufweist, die so angeordnet sind, dass immer zwei Polschuhe ein Ende des Jochs des Spulensystems umgreifen und folglich immer zwei Polschuhe auf gegenüberliegenden Seiten des Jochs mit einer Polfläche des Jochs in Kontakt sind, so ist es bevorzugt, wenn sich die Ankerlagerachse in ihrer Verlängerung und die Jochmittelachse kreuzen. Bei einer anderen bevorzugten Variante des Ankers, bei der dieser nur zwei Polschuhe aufweist und immer nur ein Polschuh in Kontakt mit einer Polfläche des Jochs ist, kann die Ankerlagerachse so liegen, dass sie in ihrer Verlängerung gegenüber der Jochmittelachse höhenverschoben in Bezug auf die Basisfläche des Grundkörpers des Relais ist. Insbesondere ist es möglich, die Ankerlagerachse dann unterhalb der Jochmittelachse, d. h. zwischen Jochmittelachse und Basisfläche des Grundkörpers des Relais, anzuordnen. Die Ankerlagerachse kann aber auch oberhalb der Jochmittelachse liegen, also zwischen Jochmittelachse und Gehäuseoberseite.
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Vorzugsweise ist in beiden Fällen der Anker so ausgebildet, dass die Polschuhe von der Längsrichtung des Ankers zur Spule hin abgewinkelt bzw. abgeknickt sind.
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Dies ist beispielsweise möglich, indem der Anker als magnetisch wirksame Kerne oder Kernstücke, welche endseitig die Polschuhe bilden, U-förmig ausgebildete Körper aufweist. Im Falle eines Ankers mit nur zwei Polschuhen ist hier nur ein U-förmiges Kernstück nötig. Wird beispielsweise ein H-förmiger Anker an jedem Ende von zwei sich gegenüberliegenden Polschuhen aufgebaut, so können zwei solcher U-förmiger Kernstücke übereinander gelegt werden, so dass die Polschuhe der beiden U-förmigen Kernstücke an den Enden jeweils gabelförmig die Enden des Jochs umgreifen. Durch die zur Spule bzw. zum Joch hin abgewinkelten oder abgeknickten Polschuhe des Ankers ist es möglich, die Polschuhflächen möglichst groß auszubilden, so dass ein möglichst guter magnetischer Fluss erreicht wird. Die U-förmigen Kernstücke können im Übrigen auch ungleich lange U-Schenkel aufweisen. Es wäre auch denkbar, dass die Polschuhe des Jochs zum Anker hin abgewinkelt sind und der Anker keine oder nur eine geringe Abwinklung aufweist. Ebenso ist eine Kombination beider Varianten möglich, da hinsichtlich der Größe der Überdeckung der Polschuhe die Anforderungen in angezogener- und abgefallener Stellung unterschiedlich sein können.
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Die Kernstücke können selbst Permanentmagnete sein. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen U-förmigen Kernstücken um Eisenteile, insbesondere Weicheisenteile. Im Ankerkörper können Permanentmagneten eingebaut sein, die dann für einen magnetischen Fluss durch die Weicheisen-Kernstücke sorgen.
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Wie eingangs erwähnt, erstrecken sich die Betätiger in Längsrichtung des Ankers gesehen nach außen hin über die Polschuhe hinaus von der Ankerlagerachse weg. Vorzugsweise sind diese Betätiger fest, insbesondere drehfest, mit dem Anker verbunden. Ganz besonders bevorzugt sind sie einteilig mit dem Anker ausgebildet, beispielsweise mit dem Anker gemeinsam im Spritzgussverfahren erzeugt.
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Bei einer sehr kostengünstigen, einfachen Herstellungsweise des Ankers werden das Kernstücke oder die Kernstücke (und gegebenenfalls auch die Permanentmagnete, sofern diese nicht nachträglich in im Spritzgussverfahren extra hierfür eingebrachte Kammern eingeklebt werden) in einem Spritzgussverfahren zur Herstellung des Ankerkörpers umspritzt, wobei gleichzeitig die Betätiger, beispielsweise in Form von Betätigerarmen bzw. eine Art endseitigen Stummeln, am Ankerkörper mit angespritzt werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführung sind die Betätiger am Anker und die Kontaktfedern jeweils so ausgebildet und angeordnet, dass eine Kontaktfeder jeweils durch den ihr zugeordneten Betätiger zum Öffnen des betreffenden Kontakts von einem der jeweiligen Kontaktfeder zugeordneten Gegenkontakt weggedrückt wird. Bei einem solchen „Lift-Off-Kontakt“ verschiebt also der Betätiger den Kontaktkopf der Kontaktfeder, d. h. den mit dem Gegenkontakt in Verbindung tretenden Teil der Kontaktfeder, in der Bewegungsebene vom Gegenkontakt weg.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Kontaktfedern quer bzw. vorteilhafterweise senkrecht zur Ankerlängsachse brückenartig über die Betätigerarme erstrecken. Von der Basisfläche aus gesehen verlaufen dann also die Kontaktfedern oberhalb der Ankerlängsachse und die Kontaktfedern werden zum Öffnen nach oben weggedrückt.
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Ganz besonders bevorzugt ist die Anordnung derart, dass der Betätiger im jeweils geschlossenen Zustand des Kontakts noch etwas Abstand zur Kontaktfeder hat, d. h. in dieser Lage nicht die Kontaktfeder berührt. Dies hat den Vorteil, dass mit der Zeit die Kontaktstücke zwischen Kontaktfeder und Gegenkontakt noch etwas abbrennen können und dennoch der Kontakt im geschlossenen Zustand auch sicher geschlossen ist.
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Wie bereits erwähnt, befindet sich am Grundkörper ein Ankerlager, in welchem der Anker um die Ankerlagerachse schwenkbar gelagert ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Ankerlager einerseits und die zumindest zwei Kontaktfedern andererseits an voneinander abgewandten Seiten des Ankers mit den Betätigern angeordnet sind. Wenn also, wie oben beschrieben, die Kontaktfedern jeweils (von der Basisfläche aus gesehen) oberhalb der Betätiger am Anker angreifen, also die Betätiger die Kontaktfeder untergreifen, so sollte sich das Ankerlager vorzugsweise unterhalb des Ankers befinden bzw. von unten vom Anker angreifen. Beispielsweise könnten am Ankerkörper entsprechend in der Ankerlagerachse verlaufende Ankerlagerzapfen ausgebildet sein und diese Ankerlagerzapfen werden von oben, d. h. auf die Basisfläche zu, in die Ankerlager im Grundkörper gedrückt. Alternativ wäre auch eine umgekehrte Anordnung möglich, dass das Ankerlager von oben am Anker angreift und sich die Kontaktfedern unterhalb der Betätiger erstrecken.
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Dadurch, dass die Kontaktfedern und das Ankerlager an voneinander abgewandten Seiten des Ankers jeweils am Ankerkörper angreifen, wird dafür gesorgt, dass der Anker in das Ankerlager gedrückt wird, wenn das Relais umschalten möchte, also der Anker um die Ankerlagerachse gekippt werden soll, dies aber nicht möglich ist, weil ein Kontakt verschweißt wird, d. h. der Fall eines Öffnungsversagens vorliegt. Der Anker wird dann auf der Seite, an der der Betätiger den defekten Kontakt öffnen soll, von der Kontaktfeder in Richtung Ankerlager gedrückt und auf der anderen Seite wird der Anker durch die Magnetkraft nach unten gedrückt, so dass der Anker in einem solchen Versagensfall insgesamt automatisch in das Ankerlager gedrückt wird. Dies sorgt dafür, dass der Anker immer in der korrekten Position gehalten wird und es noch nicht einmal erforderlich wäre, den Anker nach oben hin im Ankerlager, beispielsweise durch ein entsprechendes Gegenlager im Relaisgehäuse etc., zu halten. Es ist somit gewährleistet, dass der zweite Kontakt sicher offengehalten wird, wenn der zu öffnende Kontakt nicht geöffnet werden kann.
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Wie bereits erwähnt, erstrecken sich die Wickelachse der Spule, die Ankerlagerachse und eine Haupterstreckungsrichtung der Kontaktfedern besonders bevorzugt jeweils flach, vorzugsweise im Wesentlichen parallel, oberhalb einer Basisfläche des Grundkörpers des Relaisgehäuses, welcher als Kontaktseite zur Positionierung des Relais auf einer Platine bzw. Leiterplatte ausgebildet ist. Diese Basisfläche bzw. Kontaktseite ist die Fläche, die im verbauten Zustand des Relais auf bzw. in kurzem Abstand parallel über der Platine liegt. An der Basisfläche sind Anschlüsse bzw. Terminals, beispielsweise Kontaktbeinchen, SMD-Kontaktflächen etc. für die Platine bzw. den Schaltkreis, entsprechend angeordnet. Mit anderen Worten, das Relais weist in Bezug auf die Leiterplatte eine liegende Drehachse des Ankers auf und Anker und Magnetbaugruppe befinden sich nebeneinander flach über der Basisfläche. Die Federbewegungsebene steht hierbei im Wesentlichen senkrecht auf der Basisfläche, d. h. die Federn werden zum Öffnen bzw. Schließen von der Basisfläche wegbewegt bzw. in Richtung der Basisfläche bewegt.
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Sofern das Relais, wie in der bevorzugten Ausführung gewünscht, als Sicherheitsrelais ausgebildet sein soll, ist eine der zumindest zwei Kontaktfedern als Teil eines Arbeitskontakts ausgebildet und die andere der zumindest zwei Kontaktfedern als Teil eines Ruhekontakts, der diesem Arbeitskontakt innerhalb einer externen Sicherheitsschaltung zugeordnet ist. Bei einem solchen Sicherheitsrelais sind also der Arbeitskontakt und der Ruhekontakt an den voneinander weg weisenden Enden des Ankers in dessen Längsrichtung angeordnet, wodurch neben der Zwangsführung ein besonders großer Hub auf beiden Seiten, d. h. sowohl am Arbeitskontakt als auch am Ruhekontakt, realisiert werden kann.
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Bevorzugt weist zumindest einer der Betätiger, besonders bevorzugt der Betätiger, welcher der Kontaktfeder des Arbeitskontakts zugeordnet ist, einen sich in einer Öffnungsrichtung der Kontaktfeder erstreckenden Andruck-Vorsprung, beispielsweise in Form einer kleinen Erhebung etc., auf, welcher im geöffneten Zustand (in Öffnungsrichtung) gegen die Kontaktfeder drückt. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass zu jedem Zeitpunkt sichergestellt ist, dass ein mechanisch verbundener Öffner mindestens 0,5 mm Kontaktabstand hat, wenn ein Schließer geschlossen ist und auch umgekehrt. Zusätzlich kann aber auch der Betätiger des Ruhekontakts einen entsprechenden Andruck-Vorsprung aufweisen.
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Vorzugsweise ist zumindest eine der Kontaktfedern, besonders bevorzugt die Kontaktfeder des Ruhekontakts, als Doppelkontakt ausgebildet und weist zwei Kontaktstücke auf, die in einer geschlossenen Stellung an einem Gegenkontaktstück anliegen. Dies ist bei einem Kontakt, über den Signale übertragen werden sollen, üblicherweise also dem Ruhekontakt (NC-Kontakt), der in der Normalstellung des Relais geschlossen sein sollte, besonders vorteilhaft. Durch die Ausbildung als Doppelkontakt kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass ein für die Signalübertragung ausreichender Kontakt zumindest eines der beiden Kontaktstücke mit dem Gegenkontaktstück gegeben ist, beispielsweise falls an einem der Kontaktstücke eine Verschmutzung eine gute Kontaktierung zwischen den Kontakten verhindert.
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Bei einer einfachen Grundform des Relais reicht es aus, wenn die Betätiger so angeordnet sind, dass sie die jeweiligen Kontaktfedern in eine Richtung wegdrücken können, beispielsweise vom Gegenkontakt wegdrücken können. In der Gegenrichtung erfolgt die Bewegung der Kontaktfeder einfach durch die Vorspannung, die die jeweilige Kontaktfeder aufweist. Das heißt, die Betätiger arbeiten dann nur gegen die Vorspannung der Kontaktfeder und lassen diese einfach aufgrund der eigenen Vorspannung in eine Ausgangsposition, beispielsweise den geschlossenen Zustand des jeweiligen Kontakts, zurückkommen. Diese Konstruktion, bei der der Betätiger nur von einer Seite an den Kontaktfedern angreift, hat den Vorteil einer einfacheren Montage des Relais.
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Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Betätiger gabelförmig auszubilden, d. h. dass die dem Betätiger zugeordnete Kontaktfeder von dem Betätiger von zumindest drei Seiten umgriffen wird. Bei solchen Betätigern kann auch das Schließen eines Kontakts unterstützt bzw. initiiert werden, je nachdem, ob die Kontaktfeder eine bestimmte Vorspannung in eine Richtung hat.
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Um die Montage des Relais zu vereinfachen und somit auch kostengünstiger zu machen, weist der Grundkörper vorzugsweise Rastelemente auf, um das Spulensystem am oder im Grundkörper zu verrasten. Der Spulenkörper kann entsprechende, damit zusammenwirkende Gegenrastmittel aufweisen oder die Rastelemente werden einfach durch Flächen bzw. Kanten des Spulensystems, beispielsweise des Spulenkörpers oder der Polflächen des Jochs, gebildet. Ebenso kann vorteilhafterweise der Anker mit beispielsweise einem Ankerlagerzapfen im Ankerlager des Grundkörpers verrastet werden.
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Besonders bevorzugt weist das Relais einen Gehäusedeckel auf, welcher mit dem Grundkörper zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses verbindbar ist. Dabei weist auch der Gehäusedeckel Rastelemente und der Grundkörper damit zusammenwirkende Gegenrastmittel auf, um den Gehäusedeckel mit dem Grundkörper einfach zu verrasten und so eine schnelle, einfache, kostengünstige Montage zu ermöglichen. Vorzugsweise weist der Gehäusedeckel innenseitig auch Gegenlagerelemente auf, um den Anker im Ankerlager des Grundkörpers zu halten. Diese Gegenlagerelemente blockieren den Anker dann bezüglich eines Rausrutschens aus dem Ankerlager.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Sprengzeichnung des Grundkörpers (mit stationären Gegenkontakten), des Spulensystems und des Ankers eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Relais,
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2 eine perspektivische Ansicht mit einem Teilschnitt durch das Spulensystem des Relais nach 1,
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3 eine Sprengzeichnung des Ankers des Relais nach 1,
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4 eine Sprengzeichnung des Grundkörpers, Spulensystems und Ankers des Relais nach 1, jedoch nun mit Anker und Spulensystem im zusammengeschobenen Zustand,
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5 eine Sprengzeichnung des Grundkörpers, Spulensystems und Ankers des Relais nach 1, jedoch nun mit Anker und Spulensystem im Grundkörper und mit den Kontaktfedern vor der Montage in den Grundkörper,
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6 eine Draufsicht auf das Relais gemäß den 1 bis 5 (bei geöffnetem Gehäusedeckel),
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7 eine perspektivische Frontansicht des Relais gemäß den 1 bis 6 in einem ersten Schaltzustand (mit geschlossenem Ruhekontakt) mit einem daneben angeordneten Gehäusedeckel für das Relais,
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8 eine perspektivische Frontansicht des Relais gemäß den 1 bis 6 in einem zweiten Schaltzustand (mit geschlossenem Arbeitskontakt), hier ohne Gehäusedeckel dargestellt,
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9 eine perspektivische Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Relais, hier ohne Gehäusedeckel,
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10 eine schematische Darstellung des Spulensystems und des Ankers eines Relais nach den 1 bis 8 oder nach 9,
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11 eine schematische Darstellung eines Spulensystems und eines Ankers eines Relais gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Anhand der 1 bis 8 sowie 10 wird nun zunächst ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Relais 1 beschrieben, wobei dieses Relais 1 als Sicherheitsrelais mit einem Arbeitskontakt A und einem Ruhekontakt R ausgebildet ist. Wie üblich, ist im unerregten bzw. nicht energetisierten Zustand der Spule (also ohne Stromfluss) das Relais in einem ersten Schaltzustand P1 (siehe 7), in dem der Ruhekontakt geschlossen ist (Normally Closed) und der Arbeitskontakt A offen ist (Normally Open). In diesem Zustand ist durch die Bauweise dafür gesorgt, dass das Kontaktstück 55 der Kontaktfeder 51 des Arbeitskontakts auch in einem Fehlerfall gemäß IEC 61810-3 einen Mindestabstand von 0,5 mm zum Kontaktstück 64 des Gegenkontakts 60 aufweist.
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Wie insbesondere aus der Sprengzeichnung in 1 hervorgeht, gehören neben den Kontaktfedern 51, 53 des Arbeitskontakts A und des Ruhekontakts R zu den Hauptkomponenten dieses Relais 1 ein Grundkörper 10, in welchem alle anderen weiteren Komponenten montiert werden, ein Spulensystem 20 (auch als Spulenbaugruppe bezeichnet) und ein damit beweglich gekoppelter Anker 30, welcher zwei Betätiger 36, 37 aufweist, mit denen die Kontaktfedern 51, 53 des Arbeitskontakts A und des Ruhekontakts R betätigt werden können.
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Anhand der Figurenabfolge in den 1, 4 und 5 ist außerdem ersichtlich, wie diese Komponenten zur Herstellung eines Relais 1 zusammenmontiert werden können.
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Hierzu werden zunächst in den Grundkörper 10 in entsprechende Durchbrüche 18 an zwei Ecken des Grundkörpers 10 die stationären Gegenkontakte 60, 61 des Arbeitskontakts und des Ruhekontakts mit ihren Anschlussbeinchen 63 (im Folgenden Terminals 63 genannt) eingesteckt und fixiert. In einem späteren Prozessschritt werden sie zur stärkeren Fixierung zusätzlich vergossen, beispielsweise mit Epoxy-Vergussmittel. Diese stationären Gegenkontakte 60, 61 sind L-förmig ausgebildet, wobei die langen L-Schenkel die Terminals 63 bilden, und weisen (als kurze L-Schenkel) obenseitig zu einer mittleren Längsachse des Grundkörpers 10 abgewinkelte Gegenkontaktabschnitte 62 auf, die in etwa, bevorzugt exakt, waagerecht liegen und an ihrer Oberseite mit Gegenkontaktstücken 64 versehen sind. Diese Gegenkontaktstücke 64 sind beispielsweise aus einer Silberlegierung gefertigt, die am Gegenkontaktabschnitt 62 vernietet oder verschweißt sein können. Der Grundkörper 10 weist dann den in 1 dargestellten Zustand auf.
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Anschließend werden das Spulensystem 20 und der Anker 30 in die passende Position zueinander gebracht und, wie dies in 4 dargestellt ist, im Grundkörper 10 montiert, was, wie nachfolgend noch erläutert wird, durch eine einfache Verrastung erfolgen kann.
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Der Aufbau des Spulensystems ist in 2 genauer dargestellt. Wie in dem dort gezeigten Teilschnitt erkennbar ist, wird ein Joch aus Weicheisen zunächst in einem Spritzgussverfahren mit Kunststoff umspritzt, wobei die Spritzform so geformt ist, dass der Spulenkörper 21 trommelartig mit einem mittleren in Längsrichtung des Jochs 25 verlaufenden Spulenkörper-Kern 22 und zwei endseitigen Spulenkörper-Flanschen 23 ausgebildet ist, wobei jeweils die Endabschnitte des Jochs 25 aus den Spulenkörper-Flanschen 23 herausragen. Die oberen und unteren Flächen der freistehenden Endabschnitte des Jochs 25 bilden die Polflächen des Jochs 25. Anschließend wird die Spule 24 auf den Spulenkörper-Kern 22 zwischen die Spulenkörper-Flansche 23 gewickelt. Die Spulenkörperflansche 23 weisen außenseitig jeweils Anschlussstücke auf, welche Spulenanschlussdrähte 27 halten, mit der eine elektrische Kontaktierung der Spulenwicklung möglich ist. Im Grundkörper 10 befinden sich entsprechende Löcher in der Basisfläche BF bzw. Basisplatte, durch die die Enden dieser Spulenanschlussdrähte 27 hindurchgesteckt werden, um sie mit entsprechenden Anschlüssen einer Schaltung auf einer Platine zu verbinden.
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Bei diesem Aufbau ist dafür gesorgt, dass die Mittelachse des Jochs 25 gleichzeitig die Wickelachse WA der Spule 24 ist, d. h. das Joch 25 verläuft zentral durch die Spule 24.
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Der passende Anker 30 hierzu weist entsprechende Polschuhe 33a, 33b, 33c, 33d auf, die im montierten Zustand jeweils an den Polflächen des Jochs 25 anliegen oder von diesen über einen definierten Luftabstand beabstandet sind, je nach Stellung des Ankers 30 relativ zum Spulensystem 20, also je nach Schaltzustand P1, P2 des Relais 1.
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Zur Ausbildung dieser Polschuhe 33a, 33b, 33c, 33d weist der Anker zwei U-förmige Weicheisen-Kernstücke 33 auf, welche zur Bildung eines Ankerkörpers 31 in einem Spritzgussverfahren mit Kunststoff umspritzt wurden. Dies ist in 3 besonders gut erkennbar. Diese Weicheisen-Kernstücke 33 sind U-förmig ausgebildet und werden so zueinander angeordnet, dass ihre U-Stege 33u und U-Schenkel parallel verlaufen. Auf der in der montierten Position zum Spulensystem 20 weisenden Seite sind in dem Ankerkörper 31 beim Einspritzen zwei Kavitäten 35 verblieben, in welche Permanentmagnete 34 eingeklebt werden können. Diese Kavitäten 35 weisen eine Breite auf, die dem Abstand zwischen den beiden U-förmigen Eisen-Kernstücken 33 entspricht. Die U-Schenkel sind vorzugsweise jeweils unterschiedlich hoch und die beiden U-förmigen Eisen-Kernstücke 33 sind dabei so angeordnet, dass immer ein kürzerer U-Schenkel als kürzerer Polschuh 33c, 33b einem längeren U-Schenkel als längerer Polschuh 33a, 33d gegenüberliegt.
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In der montierten Position liegen an zwei sich diagonal gegenüberliegenden Polflächen des Jochs 25 des Spulensystems 20 jeweils ein längerer Polschuh 33a, 33d und an den anderen sich diagonal gegenüberliegenden Polflächen jeweils ein kürzerer Polschuh 33b, 33c des Ankers 30 einander gegenüber. Dieses Prinzip ist auch noch einmal in 10 gut erkennbar.
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Durch am Ankerkörper 31 angespritzte Ankerlagerzapfen 32a, 32b (siehe 1 und 3) sowie durch entsprechende Positionierung von Ankerlagerausschnitten 12a, 12b eines Ankerlagers 12 im Grundkörper 10 wird eine Ankerlagerachse AA definiert, welche genau die Mittelachse des Jochs 25 – welche wie gesagt der Wickelachse WA der Spule 24 entspricht – schneidet. Auch dies ist in 10 schematisch gut erkennbar. Die spezielle Anordnung der Ankerlagerachse AA zur Wickelachse WA bzw. Mittelachse des Jochs 25 sorgt hier sicher für eine gleichzeitige Anlage der diagonal gegenüberliegenden Kanten der Ankerpolflächen am Joch 25.
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Dieses Magnetsystem (bestehend aus Spulensystem 20 und Anker 30) hat also vier Arbeits-Luftspalte. Die langen Polschuhe 33a, 33d sind dabei so angeordnet, dass in der in 7 dargestellten Schaltstellung P1, in der die Spule 24 nicht von Strom durchflossen wird, also der Ruhekontakt R geschlossen ist, diese Polschuhe 33a, 33d an den ihnen zugeordneten Polflächen des Jochs 25 anliegen. Dadurch wird in dieser Richtung eine besonders starke Anzugskraft erreicht. Wird die Spule 24 von Strom durchflossen, d. h. erregt, wird im Joch eine dem Dauermagnetfluss, welcher durch den magnetischen Fluss der Dauermagnete über die Ankereisen vorliegt, entgegengerichtete Polung erzeugt. Dadurch werden diese längeren Polschuhe 33a, 33d abgestoßen und die kürzeren Polschuhe 33b, 33c von dem Joch 25 angezogen, wobei durch zusätzliche Abstandsflächen 26 auf den diesen kürzeren Polschuhen 33b, 33c zugeordneten Polflächen des Jochs 25 dafür gesorgt wird, dass der Magnetfluss noch etwas reduziert wird und die Anziehungskraft nicht ganz so stark ist wie im geschlossenen Zustand des Ruhekontakts R. Dies erleichtert ein Rückschalten zum Schließen des Ruhekontakts R.
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An den Ankerkörper 31 sind in Längsrichtung AL des Ankers 30 radial nach außen von der Ankerlagerachse AA weg zwei Betätiger 36, 37 in Form von kurzen stummelartigen Betätigerarmen angespritzt. Diese reichen so weit radial von der Ankerlagerachse AA nach außen weg, dass sie außenseitig über die Enden der U-förmigen Eisen-Kernstücke 33 hinausragen, d. h. über die Stellen hinausragen, an denen die U-Schenkel vom U-Steg 33u abgewinkelt sind. Dadurch sind die Betätiger 36, 37 radial weiter von der Ankerlagerachse AA entfernt als die Polschuhe 33a, 33b, 33c, 33d. Wie aus den Figuren erkennbar ist, sorgt dies dafür, dass bei einer Verkippung des Ankers 30 um einen relativ kleineren Weg bzw. Ankerhub im Bereich der Polschuhe 33a, 33b, 33c, 33d ein relativ dazu größerer Weg bzw. Ankerhub im Bereich der Betätiger 36, 37 überstrichen wird und somit der Hub, mit dem die Betätiger 36, 37 die Kontaktfedern 51, 53 bewegen können, und folglich ein Abstand zwischen den Kontaktfedern 51, 53 zu den Gegenkontaktstücken 64 der ortsfesten Gegenkontakte 60, 61 trotz der sehr geringen, flachen Bauhöhe des gesamten Relais 1 relativ groß sein kann.
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Zum Verkoppeln des Spulensystems 20 und des Ankers 30 mit dem Grundkörper 10 und somit auch des Spulensystems 20 und des Ankers 30 zueinander weist der Grundkörper 10 auf einer Basisfläche BF, mit welcher das Relais 1 später im verbauten Zustand auf einer Platine oder dergleichen angeordnet werden kann und aus welcher die Terminals 63, 59 der verschiedenen Kontakte und die Spulenanschlüsse 27 der Spule herausragen, einen Rahmen 11 auf. In diesem Rahmen 11 sind das Spulensystem 20 und der Anker 30 im passend zusammengeschobenen Zustand, so dass die Polflächen der Polschuhe 33a, 33b, 33c, 33d passend vor den Polflächen des Jochs 25 liegen, exakt einpassbar.
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Der Rahmen 11 weist hierzu zwei Seitenwände 14 auf, in denen sich innenseitig Rastelemente 15 befinden, mit denen das Spulensystem 20 durch Hineindrücken zwischen die Seitenwände 14 verrastet werden kann, wobei die Rastelemente in Form von Rastnasen auf die obere Randkante der Enden des Jochs 25 greifen. Diese Rastelemente 15 weisen unten jeweils exakte Anschlagflächen auf, auf denen das Joch 25 mit seinen unteren Randkanten aufliegt, so dass das gesamte Spulensystem 20 passend positioniert ist.
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Außerdem weist dieser Rahmen 11 in den Seitenwänden 14 jeweils Schlitze 16 auf, durch welche die Betätiger 36, 37 des Ankers 30 hindurchragen können. Eine an der in 1 vorne liegende, die Seitenwände 14 verbindende Vorderwand des Rahmens 11 weist an einer mittleren Position einen Ankerlagerausschnitt 12a auf, welcher den Teil des Ankerlagers 12 bildet, in dem der von den Polschuhen 33a, 33b, 33c, 33d weg weisende Ankerlagerzapfen 32a des Ankers 30 aufgenommen wird. Zur Lagerung des inneren, zwischen den Polschuhen 33a, 33b, 33c, 33d in Richtung des Spulensystems 20 weisenden Ankerlagenzapfens 32b befindet sich ein sich von der Basisfläche BF des Grundkörpers 10 nach oben, parallel zur Frontwand des Rahmens 11 erstreckender Ankerlagersteg 13, in welchem ein entsprechender Ankerlagerausschnitt 12b des Ankerlagers 12 angeordnet ist.
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Wie dies in 4 dargestellt ist, brauchen daher der Anker 30 und das Spulensystem 20 nur passend locker übereinander gesteckt zu werden, und die gesamte Baugruppe kann gemeinsam im Rahmen 11 des Grundköpers 10 verrastet werden. Diese Position ist in 5 dargestellt. Wie hier zu sehen ist, sind die Betätiger 36, 37 so lang, dass sie mit ihren Enden vor den oberen, kurzen L-Schenkeln der Gegenkontakte 60, 61 positioniert sind. Zur Abschirmung der Kontakte A, R gegenüber dem Magnetsystem, d. h. dem Spulensystem 20 und dem Anker 30 bzw. dessen Magnetteilen, weisen die Betätiger 36, 37 in einem kurzen Abstand von den Seitenwänden 14 des Rahmens 11 des Grundkörpers 10 zu den außerhalb des Rahmens 11 befindlichen Gegenkontakten 60, 61 flächige Schildelemente 38 auf, die die Schlitze 16 für die Betätiger 36, 37 in den Seitenwänden 14 des Rahmens 11 abdecken. Somit werden die Isolationsstrecken (Luftstrecke und Kriechstrecke) zwischen den Kontakten A, R und den magnetischen Bauteilen und elektrischen Bauteilen des Spulensystems 20 und des Ankers 30 vergrößert.
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Wenn das Spulensystem 20 und der Anker 30, wie in 5 dargestellt, montiert sind, werden die beweglichen Kontaktfedern 51, 53 des Kontaktsystems 50 montiert. Die Kontaktfedern 51, 53 sind hierzu an Federhaltern 59 befestigt, beispielsweise vernietet oder verschweißt, welche an ihrem unteren, zum Grundkörper 10 weisenden Ende jeweils als Terminals 59p bzw. Pins 59p (ähnlich den Terminals 63 der Gegenkontakte 60, 61) ausgebildet sind. Im Grundkörper 10 befinden sich gegenüber den Aussparungen 18 zum Einstecken der stationären Gegenkontakte 60, 61 befindlichen Ecken jeweils entsprechende Aussparungen 17, durch die die Terminals 59p hindurchgesteckt und gleichzeitig im Grundkörper 10 fixiert werden können. In einem späteren Prozessschritt werden auch sie zur stärkeren Fixierung, beispielsweise mit Epoxy-Vergussmittel, zusätzlich vergossen. Die Kontaktfedern 51, 53 sind jeweils, genau wie die Gegenkontakte 60, 61, L-förmig aufgebaut, wobei hier jedoch der obere L-Schenkel erheblich länger ist als der am Federhalter 59 befestigte L-Schenkel. D. h. obenseitig von dem Terminal 59 erstreckt sich hier jeweils ein Federabschnitt 52, 54, an dem endseitig in Richtung der Gegenkontakte 60, 61 (d. h. in 5 jeweils auf der Unterseite der Enden der Kontaktfedern 51, 53) jeweils ein Kontaktstück 55, 58 angeordnet ist, welches zur Kontaktierung mit dem Gegenkontaktstück 64 des jeweiligen Gegenkontakts 60, 61 vorgesehen ist. Die Kontaktstücke 55, 58 können ebenso wie die Gegenkontaktstücke 64 beispielsweise aus einer Silberlegierung gefertigt sein und können mit dem jeweiligen Ende der Kontaktfeder 51, 53 vernietet oder verschweißt sein. In dem hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Relais 1 weist die Kontaktfeder 51 des Arbeitskontakts A ein relativ großes Kontaktstück 55 auf, das an einer endseitig am Federabschnitt 52 angeordneten Verbreiterung befestigt ist. Die Kontaktfeder 53 des Ruhekontakts R weist dagegen endseitig an ihrem Federabschnitt 54 eine geteilte Kontaktfläche 56 mit zwei kleineren Kontaktstücken 58 (kleiner als das Kontaktstück 55 der Kontaktfeder 51 des Arbeitskontakts A) auf, indem in Längsrichtung des Federabschnitts 54 vom Ende her ein Schlitz 57 verläuft. Dies hat den Vorteil, dass der Ruhekontakt R im geschlossenen Zustand mit höherer Sicherheit einen ausreichenden Kontakt zum Gegenkontaktstück 64 hält, um eine Signalleitung zu ermöglichen.
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Die Längsrichtung der beiden Federabschnitte 52, 54 der Kontaktfedern 51, 53 ist die Haupterstreckungsrichtung HR der Kontaktfedern 51, 53. Sie verläuft hier, wie dies insbesondere aus 6 zu sehen ist, nahezu parallel zur Ankerlagerachse AA des Ankers 30 und senkrecht zur Wickelachse WA des Spulensystems 20. Wie hier zu sehen ist, verläuft die Längsachse des Ankers AL parallel zur Wickelachse WA der Spule 24 des Spulensystems 20. Alle benannten Längsachsen bzw. Haupterstreckungsrichtungen verlaufen also im Wesentlichen flach oberhalb der Basisfläche BF des Grundkörpers 10, wodurch sich die besonders flache Ausgestaltung des Relais 1 ergibt. Es ist klar, dass die Federabschnitte 52, 54 je nach Stellung des betreffenden Kontakts A, R, d. h. ob der betreffende Kontakt A, R geschlossen oder offen ist, von dieser Haupterstreckungsrichtung HR ein wenig abweichen, d. h. nicht exakt parallel zur Ankerlagerachse AA verlaufen und nach oben oder unten in Bezug zur Basisfläche BF des Grundkörpers 10 weggebogen sein können. Jedoch ist die Federbewegungsebene FB, innerhalb derer jeweils der flexible Federabschnitt 52, 54 der betreffenden Kontaktfeder 51, 53 bei einer Betätigung bewegt wird, im Wesentlichen senkrecht auf dieser Basisfläche BF und parallel zur Ankerlagerachse AA bzw. im Wesentlichen auch senkrecht zur Wickelachse WA der Spule 24 des Spulensystems. Diese Bewegungsebene FB ist schematisch in 8 einmal für den Arbeitskontakt A dargestellt.
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Wie aus den 5 bis 7 gut erkennbar ist, sind die Federabschnitte 52, 54 so ausgebildet und die Kontaktfedern 51, 53 so positioniert, dass sie die Betätiger 36, 37 an den Enden des Ankers 30 jeweils von oben überbrücken. Das heißt, die Betätiger 36, 37 drücken bei einer Betätigung von unten gegen die jeweiligen Federabschnitte 52, 54.
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In dem in 7 dargestellten „Normalzustand“ des Relais, d. h. ohne dass Strom durch die Spule 24 fließt, befindet sich der Anker 30 in einer derart gekippten Stellung, dass der Ruhekontakt R geschlossen ist, d. h. der Betätiger 37 auf der Seite des Ruhekontakts R ist nach unten und der Betätiger 36 auf der Seite des Arbeitskontakts nach oben gekippt. Um beim Arbeitskontakt A dafür zu sorgen, dass der Kontaktabstand zwischen dem Gegenkontaktstück 64 des Gegenkontakts 60 und dem Kontaktstück 55 der Kontaktfeder 51 groß genug ist, weist der Betätiger 36 an seiner Oberseite genau unterhalb des Federabschnitts 52 im montierten Zustand eine kleine Erhebung 39 zur Bildung eines Andruck-Vorsprungs 39 auf, so dass der Federabschnitt 52 in dem in 7 dargestellten Normalzustand noch weiter von dem Gegenkontaktstück 64 des Gegenkontakts 60 abgehoben wird. Der Mindestabstand beträgt dann hier, auch im Fehlerfall gemäß IEC 61810-3, 0,5 mm. Beide Kontaktfedern 51, 53 bzw. deren Federabschnitte 52, 54 sind so ausgebildet, dass sie eine Vorspannung aufweisen, die dafür sorgt, dass die Kontaktstücke 55, 58 der Kontaktfedern 51, 53 ohne äußere Kraft, d. h. ohne dass ein Betätiger 36, 37 auf die Federabschnitte 52, 54 wirken würde, jeweils gegen die Gegenkontaktstücke 64 der Gegenkontakte 60, 61 gedrückt würden.
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8 zeigt das Relais in einer zweiten Schaltstellung P2, bei der die Spule 24 bestromt wird, wodurch das Magnetfeld des Jochs 25 umgepolt und der Anker 30 somit in eine Stellung verkippt wurde, indem der Betätiger 37 die Kontaktfeder 53 des Ruhekontakts R vom Gegenkontakt 61 abhebt und somit den Ruhekontakt R öffnet, wobei gleichzeitig die Kontaktfeder 51 des Arbeitskontakts A aufgrund ihrer Vorspannung den ihr zugeordneten Gegenkontakt 61 kontaktiert und somit der Arbeitskontakt A geschlossen wird. Der Abstand zwischen den Kontaktstücken auf Seiten des Ruhekontakts R beträgt dann, auch im Fehlerfall gemäß IEC 61810-3, mindestens 0,5 mm.
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Die Anordnung der Kontaktfedern 51, 53 in Bezug zu den Betätigern 36, 37 ist hier jeweils so gewählt, dass im geschlossenen Zustand die Kontaktfedern 51, 53 keine Berührung mit dem zugeordneten Betätiger 36, 37 haben, so dass auch bei einem Herunterbrennen der Gegenkontaktstücke 64 immer noch eine sichere Kontaktierung möglich ist und nicht in der geschlossenen Stellung der Betätiger die jeweilige Kontaktfeder 51, 53 doch von dem Gegenkontaktstück 64 entfernt hält.
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Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, kann im fertig montierten Zustand aller Komponenten das Relais 1 schließlich mit einem Gehäusedeckel 2 verschlossen werden. Dieser weist eine umlaufende Wand auf, deren Innenmaße an die Außenmaße des Grundkörpers 10 angepasst sind. Der Grundkörper 10 weist außen untenseitig in Richtung der Basisfläche BF an seinen beiden Längsseiten jeweils zwei Rastausschnitte 19 auf, welche mit entsprechenden Rastnasen 3 an der Innenseite der Wand des Gehäusedeckels 2 zusammenwirken und mit denen der Gehäusedeckel 2 am Grundkörper 10 verrastet werden kann. An der Innenseite der Wand des Gehäusedeckels 2 befindet sich außerdem eine umlaufende Randkante 7 in einer passenden Höhe, so dass diese umlaufende Randkante 7 auf einer umlaufenden Randkante des Grundkörpers 10 zum Liegen kommt.
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An einer Längsseite befindet sich mittig an der Außenwand des Gehäusedeckels innen eine Aussparung 5, die an die Frontwand des Rahmens 11 des Grundkörpers 10 im Bereich des Ankerlagers 12 angepasst ist, so dass auch hier eine genaue Passung vorliegt. An dieser Seite erstreckt sich an der Innenwand des Gehäusedeckels 2 von der oberen Deckenwand des Gehäusedeckels 2 aus in Richtung dieser Aussparung 5 ein Steg 4, welcher als Gegenlagerelement für den Ankerlagerausschnitt 12a des Ankerlagers 12 dient und den Ankerlagerzapfen an der vom Spulensystem 20 weg weisenden Seite des Ankers 20 im entsprechenden Ankerlagerausschnitt 12a hält. Außerdem weist der Gehäusedeckel 2 einen sich parallel zu den längeren Seitenwänden in etwa im mittleren Bereich erstreckenden Steg 6 auf, der sich im montierten Zustand zwischen das Spulensystem 20 und den Anker 30 erstreckt und als Gegenlagerelement 6 für den Ankerlagerausschnitt 12b des Ankerlagers 12 zwischen dem Anker 30 und dem Spulensystem 20 dient. Somit sind beide Ankerlagerzapfen 32a, 32b sicher im Ankerlager 12 gehalten. Allerdings wäre durch die besondere Konstruktion auch bei einem Öffnungsversagen ein Herausspringen des Ankers 30 aus dem Ankerlager 12 nicht möglich, da hier ja dafür gesorgt wird, dass sich die Federabschnitte 52, 54 der Kontaktfedern 51, 53 über die Betätiger 36, 37 brückenartig hinweg erstrecken und der Anker 30 mit den Ankerlagerzapfen 32a, 32b von oben in die Ankerlagerausschnitte 12a, 12b des Ankerlagers hineingerückt wird. Das heißt, das Ankerlager 12 und die Kontaktfedern 51, 53 greifen von verschiedenen Seiten am Anker 30 an und sorgen somit für eine Stabilisierung. Wird nämlich der Betätiger 36, welcher sich bei einem Schalten der Spule 24 eigentlich öffnen sollte, durch eine verschweißte Kontaktfeder festgehalten, so wird andererseits der Anker 30 durch die Bestromung der Spule 24 magnetisch in eine Position gedrückt, in der der gegenüberliegende Betätiger 37 ebenfalls heruntergedrückt wird. Dies ergibt eine zusätzliche Sicherheit.
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In 9 ist eine abgewandelte Variante des Relais 1 gemäß den 1 bis 8 zu sehen. Das Spulensystem 20 und der Anker 30 mit seinen magnetischen Komponenten sind im Wesentlichen genauso aufgebaut wie bei den ersten Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 8. Jedoch sind hier die Betätiger 41, 42 mit einem unteren Abschnitt 41a, 42a und einem oberen Abschnitt 41b, 42b und jeweils einem dazwischen in Längsrichtung AL des Ankers 30 verlaufenden Schlitz 41s, 42s gabelförmig aufgebaut. Die jeweilige Kontaktfeder 51, 53 bzw. der Federabschnitt 52, 54 der Kontaktfedern 51, 53 verläuft durch den jeweiligen Schlitz 41s, 42s des ihr/ihm zugeordneten Betätigers 41, 42. Diese Konstruktion macht es möglich, dass die Federabschnitte 52, 54 der Kontaktfedern 51, 53 nicht nur gegen ihre eigene Vorspannung vom Gegenkontakt 60, 61 abgehoben werden, sondern auch jeweils durch den oberen Abschnitt 41b, 42b des Betätigers 41, 42 zum Schließen nach unten gegen den Gegenkontakt 60, 61 gedrückt werden können. Dies kann bei manchen Anwendungen sinnvoll sein, abhängig von der Vorspannung, die die Kontaktfedern 51, 53 aufweisen sollen und welchem Zweck das Relais dienen soll.
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In diesem Fall ist auch das Ankerlager des Ankers 30 etwas anders aufgebaut. Anstatt der am Ankerkörper 31 angespritzten Ankerlagerzapfen 32a, 32b befindet sich nun im Ankerkörper 31 eine in Richtung der Ankerlagerachse AA durchlaufende Ankerlagerbohrung 32o. Ebenso befinden sich an der passenden Position im Rahmen 11 im mittigen Ankerlagersteg 13 (in 9 nicht dargestellt) des Grundkörpers 10 Ankerlagerbohrungen 12o. Es wird dann ein Ankerlagerstift 32s, beispielsweise ein Metallbolzen, durch die Bohrungen hindurchgesteckt, um das Ankerlager zu realisieren.
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Unabhängig von der Ausgestaltung der Betätiger nach der zuvor genannten ersten Variante gemäß den 1 bis 8 oder der zweiten Variante gemäß 9 kann auch der Anker 30 (bzw. das aus Anker 30 und Spulensystem 20 bestehende Magnetsystem) anders ausgestaltet sein. Dies ist anhand von 11 schematisch dargestellt. Wie ein Vergleich mit 10 zeigt, besteht ein wesentlicher Unterschied hier darin, dass der Anker 130 nicht H-förmig mit zwei U-Eisen-Kernstücken aufgebaut ist, sondern nur ein solches z. B. U-förmig gestaltetes Eisen-Kernstück 133 aufweist. Das heißt, das Magnetsystem hat nur noch zwei Arbeitsluftspalte, und es liegt immer nur ein Polschuh 133a, 133b an der entsprechenden Polfläche des Jochs 125 an. In dem vorliegend dargestellten Fall ist das Joch 125 so ausgeformt, dass es an den Enden jeweils vergrößerte Polflächen aufweist. Im Prinzip ist aber das Magnetsystem 120 ansonsten in gleicher Weise aufgebaut wie das Magnetsystem 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie dies insbesondere im Zusammenhang mit 2 erläutert wurde. D. h. das Joch 125 wird hier auch zur Bildung eines trommelartigen Spulenkörpers mit Kunststoff umspritzt und dann die Spule 124 in einem mittleren Bereich um das Joch bzw. den Spulenkörper herumgewickelt. Ebenso kann der Anker 130 durch Umspritzen des U-förmigen Eisen-Kernteils 133 mit angeformten Betätigern 36, 37 in einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt werden und es werden in entsprechende Kammern 35 die Permanentmagnete 34 eingesetzt. Da der Anker 133 nur noch zwei Polschuhe 133a, 133b aufweist, die nur noch von einer Seite, hier der Unterseite, an den Polflächen des Jochs 125 anliegen, kann hierbei die Ankerlagerachse AA‘ noch weiter nach unten versetzt werden, so dass sie in einem Abstand unterhalb der Längsachse des Jochs 125 bzw. der Wickelachse WA liegt. Das heißt, die Ankerlagerzapfen müssten dann entsprechend tiefer, jeweils auf der Höhe der Ankerlagerachse AA‘, welche das Weicheisen-Kernteil bzw. dessen Mittellängsachse schneidet, versetzt angeordnet sein. Entsprechend muss der Grundkörper so ausgebildet sein, dass die Ankerlagerausschnitte des Ankerlagers in einem kürzeren Abstand oberhalb der Basisfläche BF liegen. Dieses weitere Ausführungsbeispiel mit einem vereinfachten Anker 130 hat den Vorteil der Materialersparnis. Dies kann auch bei der Montage ein Vorteil sein, da der Anker 133 und das Magnetsystem 120 unabhängig voneinander in den Grundkörper eingesetzt werden können.
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Der oben dargestellte Aufbau aller Ausführungsbeispiele hat den Vorteil, dass sämtliche Komponenten des Relais 1 sehr schnell und einfach durch Verrasten montierbar sind, wobei mit dem Verrasten auch alle wesentlichen Sicherheitsanforderungen eines Sicherheitsrelais erfüllt sind.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnte die Ankerlagerachse auch außerhalb des Eisens des Ankers bzw. versetzt zur Ankerlängsachse liegen. Weiterhin könnte das Ankerlager auch als separates Teil hergestellt sein, welches dann wiederum im Grundkörper und/oder am Magnetsystem bei der Montage fixiert wird, beispielsweise als eine Art Welle, auf die der Anker mit einer entsprechenden Ankerlagerbohrung aufgesteckt wird. Auch könnte das Ankerlager direkt am Magnetsystem angespritzt sein. Ebenso können die, insbesondere zusammenwirkenden, Elemente an der vorderen und der hintere Halbschale vertauscht sein, oder ähnliche Variationen sind möglich. Weiterhin können auch die oben beschriebenen besonderen Merkmale der Varianten gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden. Zudem schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Relais
- 2
- Gehäusedeckel
- 3
- Rastnase
- 4
- Steg
- 5
- Aussparung
- 6
- Steg
- 7
- Randkante
- 10
- Grundkörper
- 11
- Rahmen
- 12
- Ankerlager
- 12a, 12b
- Ankerlagerausschnitte
- 12o
- Ankerlagerbohrung
- 13
- Ankerlagersteg
- 14
- Seitenwand
- 15
- Rastelement
- 16
- Schlitz
- 17
- Aussparung
- 18
- Durchbruch
- 19
- Rastausschnitt
- 20
- Spulensystem
- 21
- Spulenkörper
- 22
- Spulenkörper-Kern
- 23
- Spulenkörper-Flansch
- 24
- Spule
- 25
- Joch
- 26
- Abstandsfläche
- 27
- Spulenanschlussdraht
- 30
- Anker
- 31
- Ankerkörper
- 32a, 32b
- Ankerlagerzapfen
- 32o
- Ankerlagerbohrung
- 32s
- Ankerlagerstift
- 33
- Weicheisen-Kernstück
- 33u
- U-Steg
- 33a, 33b, 33c, 33d
- Polschuhe
- 34
- Permanentmagnet
- 35
- Kavität
- 36
- Betätiger
- 37
- Betätiger
- 38
- Schildelement
- 39
- Andruck-Vorsprung
- 41
- Betätiger
- 41a
- unterer Abschnitt
- 41b
- oberer Abschnitt
- 41s
- Schlitz
- 42
- Betätiger
- 42a
- unterer Abschnitt
- 42b
- oberer Abschnitt
- 42s
- Schlitz
- 50
- Kontaktsystem
- 51
- Kontaktfeder
- 52
- Federabschnitt
- 53
- Kontaktfeder
- 54
- Federabschnitt
- 55
- Kontaktstück
- 56
- Kontaktfläche
- 57
- Schlitz
- 58
- Kontaktstück
- 59
- Federhalter
- 59p
- Terminal / Pin
- 60
- Gegenkontakt
- 61
- Gegenkontakt
- 62
- Gegenkontaktabschnitte
- 63
- Terminal
- 64
- Gegenkontaktstück
- 120
- Magnetsystem
- 124
- Spule
- 125
- Joch
- 130
- Anker
- 133
- Eisen-Kernstück
- 133a, 133b
- Polschuh
- A
- Arbeitskontakt
- R
- Ruhekontakt
- AA
- Ankerlagerachse
- AA‘
- Ankerlagerachse
- AL
- Längsrichtung des Ankers
- BF
- Basisfläche
- FB
- Federbewegungsebene
- HR
- Haupterstreckungsrichtung
- WA
- Wickelachse
- P1
- erster Schaltzustand
- P2
- zweiter Schaltzustand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 61810-3 [0002]
- IEC 61810-3 [0048]
- IEC 61810-3 [0068]
- IEC 61810-3 [0069]
