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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches
Relais mit zwangsgeführten
Kontakten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Ein derartiges Relais, ein sogenanntes
Sicherheitsrelais, ist aus
DE
19847831 A1 bekannt.
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Relais dieser Art, welche häufig für den Einbau
in Schmalgehäuse
mit einer Baubreite von 22,5 mm und einer Bauhöhe von 15,5 mm bestimmt sind, werden
je nach Anwendung mit Kontakten unterschiedlicher Zahl bzw. Belegung
benötigt,
was zwangsläufig
zu einer Modellvielfalt und damit Verteuerung führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, eine Relaiskonstruktion zu schaffen, auf deren Grundlage
durch einfache Modifikation und damit nur geringfügige Werkzeugänderungen
Relais für
unterschiedliche Schaltaufgaben gefertigt werden können. Außerdem sollen
diese Relais zur weiteren Herabsetzung der Fertigungskosten automatisierungsfreundlich
und justagearm sein.
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Gelöst ist diese Aufgabe gemäß vorliegender
Erfindung mit einem Relais der in Anspruch 1 gekennzeichneten Art.
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Bei diesem Relais ist ein Betätigungssystem, bestehend
aus einem dreiteiligen Schieber, vorgesehen, welcher den Anker des
Elektromagneten mit den zwangsgeführten Kontaktfedern, also den
aktiven Kontaktfedern, verbindet.
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Der erste Teil dieses Schiebers besteht
aus einem mit dem Anker verbundenen Rahmen, welcher die Spule vorzugsweise
seitlich umgreift.
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Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag können die
gleiche Spule und der gleiche Rahmen für unterschiedliche Kontaktbestückungen
verwendet werden.
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Anzupassen ist lediglich der aus
zwei Teilen bestehende Kamm, welcher mit dem Rahmen verbunden ist
und oberhalb der Kammern für
die Kontaktfedern angeordnet ist. Der Kamm besitzt einerseits Führungsschlitze
zur formschlüssigen
Verbindung mit den aktiven Kontaktfedern und andererseits Durchbrüche, welche
die passiven Kontaktfedern ohne Kraftschluss durchsetzen. Je nach
Anzahl und Funktion der Kontakte sind unterschiedliche Kämme zu verwenden,
deren Führungsschlitze
der Zahl und der Anordnung der aktiven Kontakte und deren Durchbrüche der
Zahl und Anordnung des passiven Kontakte entsprechen.
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Eine besonders günstige Montagemöglichkeit
ist dadurch realisiert, dass die beiden Kammhälften miteinander und mit dem
Rahmen lösbar
verbunden sind.
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Eine vorteilhafte, nämlich verlustarme, Übertragung
der Kräfte
ergibt sich dadurch, dass gemäß Anspruch
2 der Rahmen und der zweiteilige Kamm und die Verbindung des Rahmens
mit dem Anker sowie mit dem Kamm in gleicher Höhe der Verbindung mit den Kontaktfedern
gelegen sind. Auf diese Weise wird die Hubbewegung des Ankers ohne
Umlenkung auf den Schieber übertragen.
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Mit Anspruch 3 sind konkrete Merkmale
zur Herstellung der lösbaren
Verbindung des Rahmens mit dem Anker einerseits und den Kammhälften andererseits
angegeben.
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Gemäß Anspruch 4 sind die in den
Kammhälften
vorgesehenen Führungsschlitze
sowie Durchbrüche,
welche der Aufnahme der aktiven Kontaktfedern bzw. passiven Kontaktfedern
dienen, seitlich offen.
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Dieser Vorschlag ermöglicht eine
besonders einfache Fertigung, da die Kammhälften bei der Montage lediglich
seitlich einzuschieben und miteinander zu verschnappen sind. Wie
erwähnt
bieten sie ein hohes Maß an
Flexibilität
für die
Kontaktbelegung und -steuerung und damit viele Kombinationsmöglichkeiten.
So ist es in das Belieben des Konstrukteurs gestellt, wahlweise
passive oder aktive Kontaktfedern an der selben Stelle vorzusehen,
wodurch eine Produktvielfalt vermieden wird.
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Nicht unproblematisch hierbei ist
die Ausgestaltung der aktiven und passiven Kontaktfedern. Die aktiven
Kontaktfedern sollen weicher als die passiven sein, was z. B. durch
eine größere Federlänge erreicht
werden kann. Diese Möglichkeit
verbietet sich, wenn nach dem erfindungsgemäßen Konzept an derselben Stelle
wahlweise aktive oder passive Kontaktfedern vorgesehen sein sollen.
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Der Lösung dieses Problems dient
der Vorschlag nach Anspruch 5, nach welchem die Kontaktfeder mäanderförmig verlaufende
Federarme aufweist, durch welche die wirksame Federlänge vergrößert wird
und somit eine flache Kraft-Weg-Kennlinie realisierbar ist.
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Dem gleichen Ziel dient die Ausgestaltung der
aktiven und passiven Kontaktfedern gemäß dem Anspruch 6.
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Die passiven Kontaktfedern, welche
einen geringeren Federweg als die aktiven Kontaktfedern zu durchlaufen
haben, sind nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 6 in Richtung auf
die aktiven Kontaktfedern abgebogen und liegen mit definierter Vorspannung
an einem Anschlag des Trägerblockes
an.
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Der weiteren Vereinfachung der Fertigung dienen
die Vorschläge
nach den Ansprüchen
7 bis 9.
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Gemäß Anspruch 7 werden für Öffner und Schließer identisch
ausgebildete Kontaktfedern verwendet.
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Alle Kontaktfedern sind gemäß Anspruch
8 im wesentlichen eben ausgebildet und im Trägerblock senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Schiebers eingepresst. Diese Ausbildung und Anordnung begünstigt die
automatische Fertigung.
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Außerdem sind gemäß Anspruch
9 für alle Kontaktfedern
identische Kontaktstücke
vorgesehen.
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Eine besonders einfache und damit
kostengünstige
Justage ist nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 10 dadurch ermöglicht,
dass der Rückstellung des
Ankers und der mit diesem über
den Schieber verbundenen aktiven Kontaktfedern eine einzige Ankerrückstellfeder
dient, welche mit parallel zum Anker verlaufenden, vorgespannten
Schenkeln am Anker anliegen und mit dem Joch des Elektromagneten
verbunden sind. Die Rückstellfeder
ist so dimensioniert, dass sie bei nicht erregter Spule des Magnetsystems die
aktiven Kontaktfedern über
den Schieber in die Ruhestellung zu führen vermag.
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Die Justage des Relais, soweit erforderlich, kann
nach der Endmontage an der Ankerrückstellfeder vorgenommen werden.
Eine Justage der Kontaktfedern, soweit diese ausreichend präzise gefertigt
sind, ist nicht notwendig.
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Auch der Trägerblock, welcher der Aufnahme
des Antriebssystems und der Kontaktfedern dient, ist gemäß Anspruch
11 automatisierungsfreundlich aufgebaut. Er besitzt eine erste Kammer, in
welche das Antriebssystem eingesetzt ist, und weitere Kammern, in
welche die Kontaktfedern, wie oben bereits erwähnt, von oben, also senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Schiebers, eingesetzt sind. Da der Trägerblock
aus elektrisch isolierendem Material besteht, werden Kriechströme zwischen
dem Antriebssystem und den Kontaktfedern sowie zwischen den Kontaktfedern
untereinander weitgehend verhindert oder zumindest reduziert.
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Zum Schutze des Relais ist gemäß Anspruch 12
eine Haube vorgesehen, welche auf dem Trägerblock aufgesetzt ist. Ihre
vertikalen Wände
sind im endmontierten Zustand mit den Rändern der Bodenplatte verbunden.
Soweit ein feutigkeitsdichter Abschluss erforderlich ist, sind sie
zusammen mit den in gleicher Höhe
mit den die Bodenplatte durchsetzenden Anschlussstiften der Federträger feuchtigkeitsdicht
mit dieser verklebt oder vergossen.
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Da die Ränder und die Anschlussstifte
aufnehmenden Schlitze der Bodenplatte in gleicher Höhe liegen,
ist ein einfaches Verkleben und Vergießen in einer Ebene bzw. Richtung
möglich.
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Sämtliche
Teile des Relais, nämlich
der Rahmen, der zweiteilige Kamm, der Trägerblock, die Haube sowie der
Spulenkörper
bestehen gemäß Anspruch
13 aus Spritzteilen ohne Hinter- bzw. Unterschneidungen, wobei alle
Teile mit Ausnahme des Spulenkörpers
in Formen ohne Schieberfunktion herstellbar sind.
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Durch diese konstruktiven Maßnahmen
werden zum einen die Werkzeugkosten reduziert und zum anderen die
Herstellung so vereinfacht, dass möglichst wenig Ausschuss entsteht.
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Der Gegenstand der Erfindung ist
nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispieles
im Einzelnen erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen
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1 Explosionsdarstellung
der Einzelteile des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais,
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2 perspektivische
Darstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais
von rechts gesehen,
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3 perspektivische
Darstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais
von links gesehen,
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4a perspektivische
Darstellung des Antriebssystems,
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4b Draufsicht
des Antriebssystems gemäß 4a,
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4c vergrößerter Teilschnitt
längs der
Linie A-A in 4b,
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5 Axialschnitt
des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais
gemäß 2 und 3 und
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6 vergrößerte Explosionsdarstellung
einer Kontaktfeder mit Federträger.
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Die Explosionsdarstellung gemäß 1 lässt die Einzelteile des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais
erkennen.
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Das Antriebssystem 10 ist
ein elektromagnetisches Klappanker-Relais mit einer auf den Spulenkörper 12 gewickelten
Spule 11, deren Spulenenden mit den in den Anschlussstiftträger 12a eingesetzten Anschlussstiften 12b elektrisch
verbunden, vorzugsweise verlötet,
sind. Im Inneren der Spule befindet sich der Spulenkern 13,
dessen dem Anker 15 zugewandte Kernpolfläche 13a nach
Art eines Hufnagelkopfes gegenüber
dem Querschnitt des Kern 13 vergrößert ist.
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Der Kern 13 ist mit seinem
verjüngten
Ende 13b in die Ausnehmung 14b des L-förmigen Joches 14 einsetzbar.
Auch die dem Anker 15 zugewandte Jochpolfläche 14a ist
gegenüber
dem Jochquerschnitt vergrößert.
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Der Anker 15 ist mittels
der Ankerrückstellfeder 16 am
Joch 14 gelenkig angebracht.
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Zu diesem Zweck ist der abgewinkelte Schenkel 16d mit
Hilfe von aus dem Joch 14 herausgeprägten Warzen, welche in die
Befestigungslöcher 16c des
Schenkels 16d eingreifen, am Joch 14 befestigt.
Der Anker 15 wird hierauf zwischen die Kernpolfläche 13a und
die Federschenkel 16a der Ankerrückstellfeder 16 eingeschoben.
Fixierfederarme 16b der Ankerrückstellfeder 16 greifen
hierbei in Einprägungen 15b des
Ankers 15 ein. Beidseitige Federschenkel 16a bilden
die federnde Abstützung
für den Klappanker 15.
Eine in 1 erkennbare
u-förmige Einprägung 15c am
Anker dient der Bildung einer vorstehenden umlaufenden Lippe 15d auf
der gegenüberliegenden
Seite des Ankers 15, deren Bedeutung an Hand von 4c nachstehend noch erläutert ist.
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Das Antriebssystem 10 dient
der Betätigung der
Kontaktfedergruppe 20. Diese besteht aus zwei Paaren von
Schließerkontaktfedersätzen 21, 22 und einem
Paar Öffnerkontaktfedersätze 23, 24,
wie dies besser aus den 2, 3 und 5 ersichtlich ist. Jeder Kontaktfedersatz
weist jeweils eine passive Kontaktfeder 21 beziehungsweise 23 und
eine aktive Kontaktfeder 22, 24 auf. Die Kontaktfedern 21 bis 24 sind an
Federträgern 25 befestigt,
wie dies nachstehend an Hand von 6 noch
erläutert
ist. Die Anschlussstifte 25a der Federträger 25 durchsetzen
hierbei Durchbrüche
des Trägerblockes 30 und
bilden gleichzeitig den elektrischen Anschluss für die Kontaktfedern (vergleiche 5). Kontaktstücke 21a, 22a, 23a und 24a an
den freien Enden der Kontaktfedern 21 bis 24 dienen
als Schaltkontakte.
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Der Trägerblock 30 nimmt
bestimmungsgemäß das Antriebssystem 10 sowie
die Kontaktfedergruppe 20 auf. In den Figuren auf der rechten
Seite begrenzt eine im Querschnitt u-förmige Kammerwand 34 zusammen
mit dem rechten Teil des Trägerblockes 30 die
Antriebskammer 33 für
die Aufnahme des Antriebssystems 10. Die im Querschnitt
u-förmige
Kammerwand 34 isoliert hierbei die Spule 11, 12 des
Antriebssystems 10 elektrisch gegen die in den Kontaktfederkammern 31 angeordneten
Kontaktfedern 21 bis 24. Beidseitig am Trägerblock 30 innerhalb
der Antriebskammer 33 vorgesehene Schnappfedern 35 greifen
in beidseitig am Joch 14 vorgesehene Aufnahmen 14c schnappend
ein und legen somit das Antriebssystem 10 in der Antriebskammer 33 fest.
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Die der Aufnahme der Federkontakte 21 bis 24 dienenden
Kontaktfederkammern 31 werden begrenzt durch Kammerwände 31 und
einen senkrecht zu diesem stehenden Mittelsteg 36 (vergleiche
auch 2 und 3).
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Die dritte Baugruppe, welche das
Antriebssystem 10 mit der Kontaktfedergruppe 20 mechanisch
verbindet und so als Schieber den vom Anker 15 bei Erregung
des Antriebssystems 10 erzeugten Hub auf die Kontaktfedern 21 bis 24 überträgt, ist
von einem Rahmen 40 und mit diesem verbindbaren Kammhälften 41 und 42 gebildet.
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Der Rahmen 40 umfasst im
montierten Zustand den oberen Bereich der vom Spulenkörper 12 getragenen
Spulenwicklung 11 und ist so dimensioniert, dass er um
den Hub des Ankers 15 in Längsrichtung, also in Richtung
auf die Kontaktfedergruppe 20, verschiebbar ist. In eine
mittige Aufnahme 40d des Rahmens 40 greift der
Anker 15 mit seiner Betätigungsnase 15a ein.
In beidseitig dieser Aufnahme 40d vorgesehene Aufnahmen 40e greifen
die Federschenkel 16a der Ankerrückstellfeder 16 ein,
so dass der Rahmen und damit der Anker 15 im nicht erregten
Zustand des Antriebssystems 10 in die Ausgangslage, in
den Zeichnungen die rechte Position, gezogen wird.
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Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Rahmen 40 mit
Führungsvorsprüngen 40c (vergleiche 3) ausgestattet, welche
beidseitig am Mittelsteg 36 anliegen und so von diesem
geführt
werden. Für
alle Varianten des Relais kann derselbe Rahmen verwendet werden.
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Der zweite Teil des Betätigungssystems
besteht aus den aus zwei Kammhälften 41 und 42 gebildeten
Kamm. Beide Kammhälften 41 und 42 sind auf
der dem Rahmen 40 zugewandten Seite mit Einhängebügeln 41a und 42a ausgestattet,
in welche der Rahmen 40 mit Einhängenasen 40a, b formschlüssig, aber
lösbar
eingreift.
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Die der Zwangsführung der aktiven Kontaktfedern 22 und 24 dienenden
Kammhälften 41 und 42 weisen
in Richtung auf den Mittelsteg 36 offene Führungsschlitze 41b, 42b auf,
welche die aktiven Kontaktfedern 22, 24 unterhalb
der Kontaktstücke 22a, 24a umfassen.
Die Kammhälften 41 und 42 sind
so konzipiert, dass sie auf den oberen Stirnflächen der Kammerwände 32 aufliegend
gegeneinander in Richtung auf den Mittelsteg 36 zusammengeschoben werden
können.
Hierbei umfassen sie die aktiven Kontaktfedern 22, 24,
während
größer dimensionierte,
gleichfalls auf der Seite des Mittelsteges 36 offene Durchbrüche 41d (vergleiche 5) den ungehinderten Durchgriff
und die freie Beweglichkeit der passiven Federkontakte 21 und 23 ermöglichen.
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Die Verbindung der beiden gegeneinander geschobenen
Kammhälften 41 und 42 erfolgt
mittels des an der Kammhälfte 41 vorgesehenen
Verbindungssteges 41c und der an der Kammhälfte 42 vorgesehenen
Aufnahme 42c, in welche der Verbindungssteg 41c rastend
einschnappt.
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Dieses Betätigungssystem gestattet die
Realisierung einer Vielzahl von Varianten.
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Bei einer größeren Anzahl von Kontaktfedersätzen sind
entsprechend länger
dimensionierte Kammhälften
und Trägerblöcken vorzusehen.
Je nach Anordnung der Führungsschlitze 41b, 42b können unterschiedliche
Schaltfunktionen ausgeführt werden.
Auch ist es in das Belieben des Konstrukteurs gestellt, andere Schließer- und Öffnerkontakte oder
andere Paarungen von aktiven und passiven Kontaktfedern zu realisieren.
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Darüber hinaus bietet diese Konstruktion eine
außerordentlich
einfache und automatisierungsfreundliche und damit wirtschaftliche
Montage aller Bauelemente. Eine nur in 1 dargestellte Haube 50 bildet
zusammen mit dem Trägerblock 30 das
das Sicherheitsrelais aufnehmende staubdichte Gehäuse. Bei
Verkleben oder Vergießen
der Spalte zwischen den Haubenwänden 51 und
der Bodenplatte 37 des Trägerblockes 30 und
Abdichten der von den Anschlussstiften 25a durchsetzten
Schlitze im Trägerblock 30 sind
feuchtigkeitsdichte Ausführungen möglich.
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Die 4a, b und c zeigen
den Aufbau des Magnetsystems.
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Wie die vergrößerte Schnittdarstellung gemäß 4c erkennen lässt, weist
der Kern 13 an seinem dem Anker 15 zugewandten
Ende eine hufnagelkopf-ähnliche
verbreiterte Kernpolfläche 13a auf.
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Die Kernpolfläche 13a taucht in
einen von der umlaufenden Lippe 15d des Ankers 15 gebildeten
Raum ein.
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Schließlich ist auch das Joch 14 mit
einer im Bereich des Ankers 15 vergrößerten Jochpolfläche 14a ausgestattet.
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Alle mit der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen
tragen dazu bei, ein kompaktes Sicherheitsrelais hoher Leistung
in Flachbauweise zu schaffen, das für unterschiedliche Schalt-
und Steueraufgaben ohne großen
Aufwand leicht modifizierbar ist, wodurch eine allzu große Modellvielfalt
vermieden wird.
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Gleichzeitig gestattet die Konstruktion
eine einfache und kostengünstige
Fertigung sowie automatisierungsfreundliche Montage und Justage.
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Um trotz der reduzierten Relais-Bauhöhe den aktiven
Kontaktfedern die erforderliche Elastizität zu verleihen, sind diese
in der anhand der in 6 dargestellten
Kontaktfeder 22 erläuterten
Weise gestaltet. Die mit 22 bezeichnete Kontaktfeder besteht aus
der Kontaktfederzunge 22b, welche über mäanderförmig gestaltete Kontaktfederarme 22c und
d mit der Kontaktfe derbasis 22f verbunden ist. Trotz geringerer
Längserstreckung
hat diese Kontaktfeder senkrecht zur Federebene eine hohe Elastizität, was zu einer
flach verlaufenden Federkennlinie führt. Die Kontaktfeder 22 ist,
wie oben bereits erläutert,
im Federträger 25 mit
herausgeprägten
Warzen 25c festgelegt, welche in den Bohrungen 22g verpresst
sind. Das freie Ende der Kontaktfederzunge 22b weist eine Kontaktstückaufnahme 22e auf,
in welche das Kontaktstück 22a eingesetzt
ist.
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Während
die aktiven Kontaktfedern 22 und 24 zur Erzeugung
einer flachen Kennlinie mäanderartig
geformte Kontaktfederarme besitzen und damit relativ elastisch sind,
sind die passiven Kontaktfedern 21 und 23, wie
vor allem die Schnittdarstellung gemäß 5 deutlich macht, vorgebogen, wodurch ihnen
die für
einen Anschlag erforderliche Vorspannung verliehen wird.
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- 10
- Antriebssystem
- 11
- Spulenwicklung
- 12
- Spulenkörper
- 12a
- Anschlussstiftträger
- 12b
- Anschlussstifte
- 13
- Kern
- 13a
- Kernpolfläche
- 13b
- verjüngtes Ende
- 14
- Joch
- 14a
- Jochpolfläche
- 14b
- Aufnahmefenster
- 14c
- Aufnahme
für Schnappfeder
- 14d
- Prägung für Warzen
- 15
- Anker
- 15a
- Betätigungsnase
- 15b
- Einprägung für Ankerrückstellfeder
- 15c
- Einprägung für Polschuhbildung
- 15d
- Lippe
- 16
- Ankerrückstellfeder
- 16a
- Federschenkel
- 16b
- Fixierfederarme
- 16c
- Befestigungslöcher
- 16d
- abgewinkelte
Schenkel
- 20
- Kontaktfedergruppe
- 21
- Passive
Schließerkontaktfedern
- 21a
- Kontaktstücke
- 22
- Aktive
Schließerkontaktfedern
- 22a
- Kontaktstücke
- 22b
- Kontaktfederzunge
- 22c,d
- Kontaktfederarme
- 22e
- Kontaktstückaufnahme
- 22f
- Kontaktfederbasis
- 22g
- Bohrung
für Verbindungswarze
- 23
- passive Öffnerkontaktfedern
- 23a
- Kontaktstücke
- 24
- aktive Öffnerkontaktfedern
- 24a
- Kontaktstücke
- 25
- Federträger
- 25a
- Anschlussstift
- 25c
- Warze
- 30
- Trägerblock
- 31
- Kontaktfederkammer
- 32
- Kammerwände für Kontaktfederkammer
- 33
- Antriebskammer
- 34
- Kammerwände für Antriebskammer
- 35
- Schnappfedern
- 36
- Mittelsteg
- 36a
- Durchbruch
- 37
- Bodenplatte
- 40
- Rahmen
- 40a,
b
- Einhängenasen
- 40c
- Führungsvorsprünge
- 40d
- Aufnahme
für Betätigungsnase
- 40e
- Aufnahme
für Federschenkel
- 41
- Erste
Kammhälfte
- 41a
- Einhängebügel
- 41b
- Führungsschlitz
- 41c
- Verbindungssteg
- 41d
- Durchbruch
- 42
- Zweite
Kammhälfte
- 42a
- Einhängebügel
- 42b
- Führungsschlitz
- 42c
- Stegaufnahme
- 42d
- Durchbrüche
- 50
- Haube
- 51
- Vertikale
Wände