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Die
Erfindung betrifft ein Schaltrelais mit einer Magnetspule gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltrelais
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 5.
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Elektromagnetische
Relais sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt und werden
in verschiedenen technischen Gebieten, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik
eingesetzt, um Ströme
zu schalten.
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Aus
DE 4122704 ist ein elektromagnetisches Relais
in Gestalt eines Umpolrelais mit zwei Spulen und einem gemeinsamen
Anker bekannt. Die Spulen sind in einer Längsachse angeordnet, wobei
zwischen den zwei Spulen ein Kontaktraum ausgebildet ist. Den zwei
Spulen ist eine Jochplatte zugeordnet, die entlang der zwei Längsseiten
der Spulen geführt ist.
Im Bereich des Kontaktraumes ist der Anker schwenkbar an der Jochplatte
befestigt. Zwischen dem Anker und jeweils einem Magnetkern einer
Spule ist eine Kontaktfeder angeordnet. An einem Ende ist die Kontaktfeder
im Bereich der Jochplatte an einem Kontaktstift gehaltert. Ein zweites
Ende der Kontaktfeder weist ein Kontaktstück auf und ist zwischen zwei
Gegenkontakten angeordnet. Die Kontaktfeder ist in der Weise vorgespannt,
dass in einer Ruhestellung die Kontaktfeder an dem ersten oder dem
zweiten Gegenkontakt anliegt. Wird nun eine der beiden Spulen bestromt,
so wird der Anker in Richtung der bestromten Spule geschwenkt. Dabei
drückt
der Anker die jeweils zwischen Anker und Kernpolfläche angeordnete
Kontaktfeder aus der Ruheposition in eine Arbeitsposition. In der
Arbeitsposition liegt die Kontaktfeder an dem zweiten Gegenkontakt
an. Durch eine entsprechende zeitlich abgestimmte Bestromung der
zwei Spulen können
die zwei Kontaktfedern abwechselnd in die jeweilige Arbeitsposition
bewegt werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Relais bereitzustellen,
das einen kompakteren Aufbau aufweist.
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Weiterhin
weist die Erfindung die Aufgabe auf, ein vorteilhaftes Verfahren
zur Herstellung eines Relais bereitzustellen.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden durch die Merkmale des Anspruchs 1
und durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltrelais
besteht darin, dass der Schaltkontakt zwischen einer Anlagefläche eines
Polstückes
und dem Anker angeordnet ist und dass der Schaltkontakt im Bereich der
Anlagefläche
eine Aussparung aufweist, so dass in der Schaltposition der Anker
zur Anlage an der Anlagefläche
kommt. Auf diese Weise werden in der Schalposition die Haltekräfte zwischen
der Anlagefläche
und dem Anker erhöht.
Somit ist ein geringerer Strom zum Halten des Ankers an der Anlagefläche erforderlich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Anlagefläche
eine Erhöhung
in Richtung des Ankers im Bereich der Aussparung auf. Durch die
Erhöhung
wird zum einen die Ausbildung der Aussparung mit einer kleineren
Fläche
ermöglicht
und trotzdem eine sichere Anlage des Ankers an der Anlagefläche erreicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Anker eine Erhöhung
in Richtung auf die Anlagefläche
im Bereich der Aussparung auf. Durch die Ausbildung der Erhöhung auf
dem Anker ist eine Verkleinerung der Aussparung möglich und trotz dem
kann eine sichere Anlage des Ankers an der Anlagefläche erreicht
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Anlagefläche
eine zweite abgestufte Fläche
auf, die eine kleinere Fläche
als die Erhöhung
aufweist. Die zweite Fläche
ist näher
am Anker angeordnet. Durch die Ausbildung der abgestuften Fläche, die kleiner
als die Erhöhung
ausgebildet ist, wird bei Anlage des Ankers an der abgestuften Fläche eine
größere Haltekraft
erreicht und zudem wirkt die größere Fläche der
Anlagefläche
auf den Anker, wenn der Anker noch nicht an der abgestuften Fläche anliegt. Durch
die größere Fläche wird
die Magnetkraft zwischen dem Anker und der Anlagefläche erhöht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Polstück
einstückig
mit einem Magnetkern einer Spule ausgebildet. Durch die einstückige Ausführungsform
ist die Herstellung des Polstückes mit
dem Magnetkern kostengünstig
herzustellen.
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Vorzugsweise
weist das Polstück
auf einer Seite, die dem Anker zugeordnet ist, eine ballige Anlagefläche für den Anker
auf. Durch die Anlagefläche wird
ein Anlegen des Ankers an dem Polstück ermöglicht und dadurch die zum
Halten des Ankers benötigte
Haltekraft vergrößert. In
entsprechender Weise weist der Anker in einem Bereich, der der Anlagefläche zugeordnet
ist, ebenfalls eine plane zweite Anlagefläche auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Anlagefläche
als separates Bauteil ausgebildet, das auf dem Polstück befestigt
ist. Auf diese Weise kann eine sehr präzise Herstellung der Anlagefläche unabhängig von
der Herstellung des Polstückes
erreicht werden. Damit ist ein flexiblerer Aufbau bei der Herstellung
gegeben. Zudem können
verschiedene Materialien für
das Polstück
und die Anlagefläche
verwendet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Jochplatte eine Ausnehmung auf und der Magnetkern ist
in die Ausnehmung eingesteckt. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Magnetkern fest mit der Jochplatte verbunden. Weiterhin ist
die Jochplatte in einer bevorzugten Ausführungsform als plane Fläche ausgebildet.
Damit ist eine kostengünstige
Herstellung der Jochplatte gegeben.
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Vorzugsweise
ist der Magnetkern über
eine Schweißnaht,
eine Klebeschicht oder eine Verstemmung der Jochplatte mit dem Kern
verbunden.
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Ein
vorteilhaftes Verfahren zur Justierung eines Relais mit einer Spule
besteht darin, die Spule mit einem Magnetkern in eine Ausnehmung
der Jochplatte einzustecken und nach einer Justierung des Polstückes in
bezug auf eine Sollposition den Magnetkern fest mit der Jochplatte
zu verbinden. Auf diese Weise wird eine sehr präzise und einfache Justierung
des Polstücks
bereitgestellt.
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Die
Erfindung wir im folgenden anhand der Figuren erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Relais,
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2 eine
schematische Darstellung des Relais aus einer zweiten Perspektive,
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3 einen Querschnitt durch das Relais,
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4 einen zweiten Querschnitt durch das Relais,
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5 eine
Seitenansicht des Relais und eine Ansicht von unten,
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6 eine
perspektivische Ansicht des Relais,
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7 einen
Querschnitt durch einen Anker und eine Anlageplatte und
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8 eine
abgestufte Anlagefläche.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung ein Relais 1 mit
einer Spule 2, die auf einer Jochplatte 4 aufgebracht
ist. Die Jochplatte 4 kann einteilig oder mehrteilig ausge bildet
sein. Die Spule 2 ist auf einem Spulenkörper 5 (3, 4) aufgebracht,
wobei die Spule 1 zwischen einem oberen und einem unteren
Flansch 7, 8 angeordnet ist. Der obere Flansch 7 weist
elektrische Anschlüsse 9 zur Kontaktierung
Spule 2 auf. Die Anschlüsse 9 sind
mit dem Draht der Spule 2 verbunden.
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Neben
der Spule 2 ist ein Anker 10 angeordnet. Der Anker
ist nahezu parallel zur Längsachse der
Spule 2 ausgerichtet. Der Anker 10 ist mit der Jochplatte 4 neben
der Spule 2 mit einem unteren Ende verbunden, wobei der
Anker 10 beweglich an der Jochplatte 4 gelagert
ist. Zur Lagerung des Ankers 10 weist die Jochplatte 4 Lagerausnehmungen 11 (2)
auf, die an gegenüberliegenden
Längsseiten
der Jochplatte 4 eingebracht sind. Der Anker 10 weist
Haltelaschen 12 (2) auf,
die am unteren Ende des Ankers 10 an Außenseiten des Ankers 10 ausgebildet
sind und in die Lagerausnehmungen 11 der Jochplatte 4 eingreifen.
Auf diese Weise wird eine Halterung des Ankers 10 an der
Jochplatte 4 erreicht, die zu dem ein seitliches Kippen
des Ankers 10 in Richtung der ersten und der zweiten Spule 2, 3 erlaubt.
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Am
oberen Ende der Spule 2 ist ein Polstück 13 vorgesehen,
das sich in Richtung des Ankers 10 in Form eines Bogens
erstreckt und in eine Anlageplatte 14 übergeht. Das Polstück 13 und
die Anlageplatte 14 stellen einen Polschuh dar, der das
magnetische Feld aus dem Magnetkern 24 Richtung Anker 10 leitet.
Das Polstück 13 ist
vorzugsweise aus Weicheisen gebildet. Die Anlageplatte 14 ist
vom oberen Ende der Spule 2, seitlich entlang der Spule 2 eine
vorgegebene Strecke nach unten geführt. Zwischen dem Anker 10 und
der Spule 2 ist ein Federkontakt 15 angeordnet.
Der Federkontakt 15 ist mit einem unteren Ende im Bereich
des unteren Flansches 8 gehaltert. Der Federkontakt 15 ist
in Form einer Blattfeder ausgebildet und nach oben bis über den
Anker 10 hinaus in einen Schaltbereich 17 geführt. Neben
dem beweglichen Federkontakt 15 ist im Schaltbereich 17 ein
fester Gegenkontakt 19 ausgebildet.
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Der
Federkontakt 15 weist im oberen Endbereich jeweils eine
Kontaktfläche
auf. Der Gegenkontakt 18, 19 weist einen ersten
bzw. zweiten Anschlussstift 20, 21 auf.
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Der
Federkontakt 15 ist elektrisch mit einem Kontaktstift 22 verbunden,
der im unteren Flansch 8 der Spule 2 gehaltert
ist.
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2 zeigt
eine Ansicht des Relais der 1 von unten.
Dabei ist deutlich die Form der Halterung des Federkontaktes 15 an
dem Kontaktstift 22 zu erkennen. Der Federkontakt 15 ist
mit einem unteren Ende um den Kontaktstift 22 gebogen,
wobei das umgebogene Ende des Federkontaktes gegen den unteren Flansch 8 gespannt
ist und damit den Federkontakt 15 gegen den mittigen Gegenkontakt 19 vorspannt.
In der Ruheposition liegt der Federkontakt 15 an dem Gegenkontakt 19 an.
Neben dem Federkontakt 15 ist der Anker 10 angeordnet.
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Das
Polstück 13 ist
mit einem Magnetkern 24 verbunden, der in der Spule 2 angeordnet
ist und durch einen Spuleninnenraum parallel zur Längsachse
der Spule 2 ausgerichtet ist. Das Polstück 13 ist vorzugsweise über eine
plane Berührungsfläche mit dem
Magnetkern 24 kontaktiert und erstreckt sich bügelförmig ausgehend
vom oberen Ende der Spule 2 nach innen in Richtung auf
den Anker 10. Der Magnetkern 24 füllt vorzugsweise
den gesamten Spuleninnenraum aus und ist im unteren Bereich der
Spule 2 durch den unteren Flansch 8 herausgeführt und
erstreckt sich vorzugsweise bis in eine Ausnehmung 25 der
Jochplatte 4. In einer einfachen Ausführungsform kann auf die Ausnehmung 25 verzichtet
werden und der Magnetkern 24 der Spule 2 wird
auf der Jochplatte 4 festgeschweißt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Federkontakt 15 in einem Kontaktbereich, in dem der
Anker 10 bei einer Bestromung der Spule 2 in Richtung
auf die Anlageplatte 14 bewegt wird, eine Aussparung 26 auf.
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Zudem
weist vorzugsweise entweder der Anker 10 oder das Polstück 13 im
Bereich der Aussparung 26 eine Erhöhung 27 auf, auf der
die Anlagefläche 29 ausgebildet
ist. Die Erhöhung 27 ist
beispielsweise als ebene Platte ausgebildet.
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In 2a ist
ein Querschnitt durch das Polstück 13,
den Federkontakt 15 und den Anker 10 dargestellt,
wobei der Anker 10 sich in einer Schaltposition befindet,
in der der Federkontakt 15 an den zugeordneten Kontakt
des Bügels 18 anliegt
und der Anker 10 durch die Aussparung 26 hindurch
zur Anlage an einer Anlagefläche 29 des
Polstückes 13 kommt.
Die Erhöhung 27 kann
ebenso am Anker 10 ausgebildet sein. Wesentlich ist dabei
nur, dass der Anker 10 und das entsprechend zugeordnete
Polstück 13 miteinander
in Anlage kommen. Durch die Anlage des Ankers 10 am Polstück 13 wird
die Haftkraft, die zum Halten des Ankers 10 am Polstück 13 benötigt wird,
erhöht.
Gleichzeitig wirkt in der Lage, in der der Anker 10 nicht
am Polstück
anliegt, die gesamte Fläche
des Polstücks
in Bezug auf eine Erhöhung
einer Anpassungskraft. Somit ist ein geringerer Strom zum Bewegen
des Ankers 10 ausreichend. In einer einfachen Ausführungsform
kann auf die Aussparung 26 verzichtet werden. Die Aussparung 26 kann
beliebige Formen annehmen, mit denen eine Anlage des Ankers 10 an
die Anlagefläche 29 des Polstücks 13 möglich ist.
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3 zeigt im unteren Bereich in 3a eine
Seitenansicht des Relais 1 und im oberen Bereich in 3b den
Querschnitt B-B durch das Relais 1. Deutlich ist dabei
in 3a die Erhöhung 27 auf der
Anlageplatte 14 zu erkennen, die dem Anker 10 zugewandt
ist. Weiterhin ist in 3a die Durchführung des
Magnetkerns 24 bis in die Jochplatte 4 dargestellt.
Auf der Erhöhung 27 ist
die Anlagefläche
für den
Anker 10 ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Polstück 13 als
separates Bauteil ausgebildet und wird durch eine Verstemmung des
Magnetkerns im oberen Endbereich der Magnetspule mit dem Magnetkern 24 kontaktiert.
Das Polstück 13 und
die Anlageplatte 14 können
einstückig
oder als getrennte Teile ausgebildet sein.
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In 3b ist
der Querschnitt B-B dargestellt, der die Wicklungen der Spule 2,
den Spulenkörper 5 und
den Magnetkern 24 zeigt. Zudem ist die Anlageplatte 14 mit
der zugeordneten Erhöhung 27 dargestellt.
Weiterhin ist der Anker 10, der in der Ruheposition neben
der Erhöhung 27 angeordnet
ist, dargestellt. Zudem befindet sich zwischen dem Anker 10 und
der Anlageplatte 14 der Federkontakt 15 mit der Aussparung 26.
Die Aussparung 26 ist in der Weise gewählt, dass die gesamte Erhöhung 27 durch
die Aussparung 26 ragen kann.
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4 zeigt in einer unteren Darstellung in 4a das
Relais 1 in einer Draufsicht und in einer oberen Darstellung
in 4b einen Querschnitt A-A durch das Relais 1.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist deutlich die Befestigung der Spule über dem Magnetkern 24 in
der Jochplatte 4 zu erkennen. Zudem ist in der dargestellten
Ausführungsform
der Magnetkern 24 einstückig
mit dem Polstück 13 und
der Anlageplatte 14 ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist das Polstück 13 mit
der Anlageplatte 14 und der Erhöhung 27 aus dem gleichen Material
gefertigt, wie der Magnetkern 24.
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Ein
einfaches Verfahren zur Justierung des Relais mit der Spule 2 ist
in 5 schematisch dargestellt. Dabei wird eine Jochplatte 4 mit
einer Ausnehmung 25 vorgesehen. Die Spule weist einen fest mit
dem Spulenkörper 5 verbundenen
Magnetkern 24 auf. Zudem ist im oberen Endbereich der Spulen 2 ein
Polstück 13 mit
einer Anlagenplatte 14 und einer Erhöhung 27 vorgesehen.
Der Magnetkern 24 ragt im unteren Bereich der Spule 2 über den
unteren Flansch 8 hinaus. Zudem weist der Endbereich des Magnetkerns 24 einen
nahezu angepassten Querschnitt zu der Ausnehmung 25 auf.
Zur Montage und Justage des Relais 1 wird ein Spulenmodul
mit dem Magnetkern 24 in die Ausnehmung 25 der
Jochplatte 4 eingeschoben. Anschließend wird das Polstück 13 bzw.
die Fläche,
die durch die Erhöhung 27 gebildet wird,
auf eine Sollposition in Bezug auf die Jochlagerfläche des
Ankers justiert. Anschließend
wird der Magnetkern 24 fest mit der Jochplatte 4 verbunden.
Die Verbindung erfolgt beispielsweise durch einen Schweißvorgang,
ein Verstemmen der Jochplatte 24 oder ein Verkleben der
Jochplatte 4 mit den Magnetkernen 24. Anschließend werden
die weiteren Bauteile angebracht.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren,
die Spule und damit das Polstücke 13 in
bezug auf eine Sollposition zu justieren und anschließend erst
die Spule 2 über
den Magnetkern 24 fest mit der Jochplatte 4 zu
verbinden, wird ein einfaches und präzises Verfahren zur Herstellung
eines Relais bereitgestellt.
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6 zeigt
das Relais in einer weiteren Perspektive. Der Federkontakt 15 ist
entsprechend der Ausführungsform
der 1 zwischen dem Anker 10 und dem Polstück 13 angeordnet.
Der Federkontakt 15 weist eine Aussparung 26 auf,
so dass der Anker 10 bei einer Bestromung der Spule 2 mit
dem Polstück 13 entsprechend
der 2A zur Anlage gelangt. Die Spule 2 ist über einen
Magnetkern 24 entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen mit
der Jochplatte 4 fixiert. Auch ist die Spule 2 über den
Magnetkern 24 mit der Jochplatte 4 fest verbunden.
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7 zeigt
in einem Querschnitt deutlich die Aussparung 26 und eine
vorteilhafte Ausführungsform
des Relais 1, bei der auf der Erhöhung 27 eine zweite
Erhöhung 28 aufgebracht
ist. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Erhöhung 27 und
die zweite Erhöhung 28 an
dem Anker 10 aufgebracht. Je nach Ausführungsform können jedoch
auch die Erhöhung 27 und
die zweite Erhöhung 28 auf
dem Polstück 13 analog
zu 5 auf gebracht sein. Die Anordnung einer zweiten
Erhöhung 28 weist
in bezug auf die Schaltfunktion des Relais 1 Vorteile auf,
da bei einem Nicht-Anliegen des Ankers 10 auf dem Polstück 13 aufgrund
der großen
Fläche
der Erhöhung 27 eine
relativ große
magnetische Haftkraft erzeugt wird. Liegt nun der Anker 10 über die
zweite Erhöhung 28 an
dem Polstück 13 an,
so ist die magnetisch wirksame Fläche bei der Anlage deutlich
reduziert, da die Fläche
der zweiten Erhöhung 28 kleiner ist
als die Fläche
der Erhöhung 27.
Die verkleinerte Fläche
bei der Anlage des Ankers 10 am Polstück 13 bietet den Vorteil,
dass größere Kräfte zwischen
dem Anker 10 und dem Polstück 13 wirken und somit
eine geringe Bestromung der Spule 2 ausreicht, um den Anker 10 in
der Anlageposition zu halten.
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8 zeigt
eine direkte Aufsicht auf die abgestufte Anlagefläche 27, 28,
wobei die Anlagefläche 29 auf
der kleineren zweiten Erhöhung 28 ausgebildet
ist. Das Verhältnis
der Fläche
der ersten und der zweiten Erhöhung 27, 28 zueinander
wird in Abhängigkeit
von der Anwendung festgelegt. Vorzugsweise weist die Aussparung 26 mindestens
die Größe der Fläche der
Erhöhung 27 auf.
Somit wird eine verbesserte Funktion des Relais erhalten.
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Unter
der Fläche
der Erhöhung 27 wird
die gesamte Fläche
inklusive der Fläche
der zweiten Erhöhung 28 verstanden,
da bei einem Nicht-Anliegen des Ankers 10 auf dem Polstück 13 die
gesamte Fläche
wirksam ist, was insbesondere im Ansprechbereich des Relais, d.
h. bei Beginn der Ankerbewegung der Fall ist.
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- 1
- Relais
- 2
- Spule
- 4
- Jochplatte
- 5
- Spulenkörper
- 7
- oberer
Flansch
- 8
- unterer
Flansch
- 9
- Anschlüsse
- 10
- Anker
- 11
- Lagerausnehmung
- 12
- Haltelasche
- 13
- Polstück
- 14
- Anlageplatte
- 15
- Federkontakt
- 17
- Schaltbereich
- 18
- Bügel
- 19
- Gegenkontakt
- 20
- erster
Anschlussstift
- 21
- zweiter
Anschlussstift
- 22
- Kontaktstift
- 24
- Magnetkern
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Aussparung
- 27
- Erhöhung
- 28
- zweite
Erhöhung
- 29
- Anlagefläche