DE19546763A1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit mindestens einem Schaltsystem, welches aufweist:

• - eine Spule mit Spulenkörper und Wicklung,
• - eine Kern-Joch-Anordnung, die sich axial durch die Spule erstreckt und an beiden Spulenenden durch U-förmige Krüm­ mung jeweils ein Polstück bildet, wobei die beiden Polstüc­ ke in einer gemeinsamen Ebene parallel zur Spulenachse ne­ ben der Spule liegen und zwischen ihren Enden einen Luftspalt bilden,
• - einen flachen Anker, der bei Erregung der Spule den Luftspalt überbrückt, und
• - eine langgestreckte Kontaktfeder, die in der Nähe des er­ sten Polstückes an einem feststehenden Träger befestigt ist, mit ihrem Mittelteil mit dem Anker verbunden ist und an ihrem freien Ende einen beweglichen Kontakt trägt, der mit mindestens einem in der Nähe des zweiten Polstückes be­ festigten Schließerkontakt zusammenwirkt.

Ein derartiges Relais ist beispielsweise aus der DE 31 42 890 A1 bekannt. Zur Bildung der Kern-Joch-Anordnung sind dort zwei L-förmige Polstücke mit den Enden eines stufenförmig ab­ gesetzten Kerns verbunden, was mehrere Arbeitsgänge erfor­ dert. Die Kontaktfeder ist mit dem Joch verbunden, während der Schließerkontakt getrennt in einem Fortsatz des Spulen­ körpers verankert ist. Dies schränkt die Variationsmöglich­ keiten des Relais ein.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Relais mit der eingangs genannten Grundkonstruktion so zu gestalten, daß mit möglichst wenig Einzelteilen und mit möglichst wenig Montage­ und Justierschritten ein besonders preisgünstiger Aufbau er­ zielt wird, der auch mit den gleichen oder nur geringfügig abgewandelten Einzelteilen vielseitig variierbar ist, insbe­ sondere sowohl als Schließerrelais als auch als Umschaltre­ lais, als Einfach-, Doppel- oder auch Mehrfachrelais ausführ­ bar ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit der eingangs genannten Konstruktion dadurch erreicht, daß der Schließerkontakt auf dem zweiten Polstück befestigt ist und über einen von dem er­ sten Polstück isolierten Abschnitt der Kern-Joch-Anordnung mit einem Anschluß verbunden ist, und daß die Kontaktfeder ein Anschlußelement besitzt, welches in der Nähe des ersten Polstückes in dem Spulenkörper verankert ist.

Bei dem erfindungsgemäßem Relais dient also das zweite Polstück unmittelbar als Träger für den Schließer-Festkontakt, wobei ein Teil der Kern-Joch-Anordnung die Stromzuführung zum Schließerkontakt übernimmt. Der Anschluß­ stift für den Schließerkontakt ist mit diesem Teil der Kern- Joch-Anordnung verbunden, vorzugsweise einstückig angeformt. Auf diese Weise kann die Zahl der Einzelteile klein gehalten werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß durch die Befestigung des Schließerkontakts auf dem Polstück eine definierte Beziehung zum Anker hergestellt ist, der bei Erregung des Relais auf dem gleichen Polstück auf schlägt.

Wird die unmittelbar auf dem Anker liegende Kontaktfeder im Bereich zwischen dem Anker und der Kontaktstelle geradlinig ausgebildet, so ist die Lage der Kontaktfeder durch die An­ kerdicke ohne zusätzliche Toleranzen gegenüber dem Polstück festgelegt. Durch die Höhe der Kontaktstücke gegenüber der Ankerdicke kann somit der Überhub bzw. die dadurch bedingte Kontaktkraft bereits durch die Konstruktion festgelegt wer­ den, ohne daß es nach der Montage einer Justierung bedürfte.

Eine besonderes einfache Gestaltung des Relais ergibt sich dann, wenn die Kern-Joch-Anordnung aus zwei U-förmigen Teil­ jochen gebildet ist, welche mit jeweils einem Schenkel paral­ lel zueinander und gegenläufig in eine entsprechende Axi­ alausnehmung des Spulenkörpers eingesteckt werden. Zweckmä­ ßigerweise überlappen sich diese in die Axialausnehmung ein­ gesteckten Teiljoche im wesentlichen über die gesamte Länge der Spule, so daß ein guter magnetischer Übergang zwischen den beiden Teiljochen gewährleistet ist, obwohl zum Zweck der elektrischen Isolierung des Schließer-Festkontaktes gegenüber der Kontaktfeder und dem am anderen Teiljoch anliegenden An­ ker eine Isolierschicht zwischen diesen genannten Schenkeln angeordnet werden muß. Diese Isolierschicht kann vorzugsweise durch eine hochspannungsfeste Kunststoff-Folie gebildet wer­ den, welche auf den Schenkel des einen Teiljoches aufgebracht ist. Es ist aber auch eine Beschichtung eines der Teiljoche möglich, beispielsweise in Form einer Lackierung, einer Glas­ beschichtung oder dergleichen. Dabei ist es zweckmäßig, daß das eine der beiden Teiljoche im Bereich der Axialausnehmung breiter ist als das andere und daß dieses breitere Teiljoch mit der Isolierschicht bedeckt ist. Auf diese Weise erzielt man auch im Kantenbereich der aneinanderliegenden Schenkel ausreichend lange Kriech- und Luftstrecken.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht weiterhin einen besonders platzsparenden Einbau des Relais, wobei das jewei­ lige Schaltsystem mit der Spulenachse senkrecht zu einer Lei­ terplatte stehend eingebaut werden kann. In diesem Fall dient ein dem ersten Polstück benachbarter erster Spulenflansch als Sockel mit einer zur Spulenachse senkrechten Bodenebene, wo­ bei ein an einem Teiljoch angeformtes Schließer-Anschlußelement sowie ein ebenfalls in dem Spulenflansch ver­ ankertes Kontaktfeder-Anschlußelement parallel zur Spulenach­ se durch diesen Sockel nach unten austreten.

In einer Weiterbildung kann ein zusätzlicher Öffner-Kontaktträger mit einem Anschlußabschnitt in dem ersten Spu­ lenflansch verankert sein, wobei er sich annähernd parallel zur Spulenachse neben der Kontaktfeder erstreckt und dem Schließerkontakt gegenüberliegend einen Öffnerkontakt trägt, der mit dem beweglichen Kontakt zusammenwirkt. Dieser Öffner-Kontaktträger kann vorzugsweise an einer Abstützung des zwei­ ten Spulenflansches anliegen, so daß auch für ihn eine Ju­ stierung nicht erforderlich ist.

Wie bereits erwähnt wurde, kann das Relais mehrere Schaltsy­ steme in einem Gehäuse vereinen. So können zwei oder mehr ge­ trennt gefertigte Schaltsysteme mit parallelen Spulenachsen in einer gemeinsamen Kappe angeordnet sein, wobei die Sockel der beiden Systeme gemeinsam abgedichtet sind. Es ist auch möglich, von zwei oder mehr nebeneinanderliegenden Schaltsy­ stemen die die zweiten Polstücke bildenden Teiljoche und/oder die Öffner-Kontaktträger und/oder die Kontaktfederträger über Verbindungsstege einstückig zusammenhängend herzustellen und in den nebeneinander liegenden Spulenkörpern zu montieren.

Bei diesen Relais mit mehreren Schaltsystemen kann entweder eine gemeinsame Kappe vorgesehen werden oder es können ge­ trennte Schaltsysteme mit eigenen Kappen derart gefertigt werden, daß die Kappen über Verbindungsstege zusammenhängen, welche nach Bedarf ein Abtrennen der Einzelrelais ermögli­ chen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt längs der Spulenachse durch ein erfin­ dungsgemäßes Einfachrelais,

Fig. 2 einen Querschnitt II-II durch das Relais von Fig. 1,

Fig. 3 ein Doppelrelais, gebildet aus zwei Einzelrelais mit gemeinsamer Kappe,

Fig. 4 ein Doppelrelais mit Verbindungsstegen an Polstücken und Kontaktträgern,

Fig. 5 ein Dreifachrelais, gebildet aus einem Doppelrelais und einem Einfachrelais,

Fig. 6 einen Kontaktträgerstreifen mit teilweise abtrennba­ ren Verbindungsstegen,

Fig. 7 ein Dreifachrelais mit zusammenhängenden Kappen zur Bildung von trennbaren Einzelrelais,

Fig. 8 ein Leiterbahnschema für die Kontaktierung eines Mehrfachrelais,

Fig. 9 einen Schaltplan für das gemäß Fig. 8 kontaktierte Mehrfachrelais,

Fig. 10 ein gegenüber Fig. 8 etwas abgewandeltes Leiter­ bahnschema und

Fig. 11 einen Schaltplan für ein gemäß Fig. 10 kontaktier­ bares Mehrfachrelais.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Relais besitzt einen Spulen­ körper 1, der als einziger Kunststoff-Grundkörper alle Funk­ tionselemente des Relais trägt. Er besitzt zwei Flansche 2 und 3, zwischen denen eine Wicklung 4 aufgebracht ist. In ei­ ner axialen Durchgangsöffnung 5 ist eine Kern-Joch-Anordnung befestigt, die aus zwei U-förmigen Teiljochen 6 und 7 be­ steht. So besitzt das Teiljoch 6 einen Kernschenkel 61, der in das Spulenrohr eingesteckt ist, sowie ein Polstück 62, das parallel dazu sich außerhalb der Spule erstreckt. Das Teil­ joch 7 besitzt ebenfalls einen langen Kernschenkel 71 sowie ein zweites Polstück 72, das mit dem ersten Polstück 62 fluchtend außerhalb der Spule liegt. Zwischen den beiden Polstücken 62 und 72 besteht ein Luftspalt 8. An dem Kern­ schenkel 71 ist außerdem als Verlängerung ein Anschlußstift 73 angeformt. Zwischen den beiden Kernschenkeln 61 und 71 ist eine Isolierfolie 9 angeordnet, die sich über den gesamten Überdeckungsbereich der beiden Kernschenkel, also über die gesamte Spulenlänge, erstreckt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Kernschenkel 71 breiter als der Kernschenkel 61.

Die Isolierfolie 9 ist auf den Kernschenkel 71 geklebt, wo­ durch auch im Randbereich die erforderlichen Kriechstrecken zwischen den beiden Kernschenkeln sichergestellt werden.

Auf das zweite Polstück 72 ist ein Schließer-Festkontakt 10 geschweißt oder gelötet, so daß die Stromzufuhr zu diesem Festkontakt unmittelbar über das Teiljoch 7 und den angeform­ ten Anschlußstift 73 erfolgt, also eine eigene Anschlußfahne nicht erforderlich ist.

Der Luftspalt 8 wird im Erregungszustand des Relais von einem Anker 11 überbrückt, der als ebenes Blech ausgebildet ist. Der Anker 11 ist so gelagert, daß er auf dem Polstück 62 ab­ rollt und mit dem Polstück 72 den Arbeitsluftspalt bildet.

Der Anker wird von einer Kontaktfeder 12 gehalten, die an ei­ nem Federträger 13 im Spulenflansch 2, der als Sockel dient, verankert ist. Der Federträger 13 dient zugleich als An­ schlußstift für die Kontaktfeder. Der Anker ist an der Kon­ taktfeder 12 mit einem Niet 14 befestigt. Diese Kontaktfeder 12 erstreckt sich geradlinig über das freie Ankerende hinaus und trägt an ihrem beweglichen Ende 12a einen beweglichen Kontakt 15, der zwischen dem Schließer-Festkontakt 10 und ei­ nem Öffner-Festkontakt 16 umschaltbar ist. Dieser Schließer­ kontakt 10 ist an einem Schließer-Kontaktträger 17 befestigt, der mit einem Ende in dem Spulenflansch 2 verankert ist und mit seinem anderen, kontakttragenden Ende über T-förmig ver­ breiterte Schenkel 18 (siehe Fig. 3) an Abstütznasen 19 des Spulenflansches 3 anliegt.

Bei der Montage des Relais brauchen lediglich die beiden Teiljoche 6 und 7 von entgegengesetzten Seiten her in den Spu­ lenkörper 1 eingesteckt zu werden. Außerdem werden der Feder­ träger 13 und der Öffner-Kontaktträger 17 in den als Sockel dienenden Spulenflansch 2 eingesteckt. Eine Gehäusekappe 20 bildet zusammen mit dem Spulenflansch 2 ein geschlossenes Ge­ häuse, das an der Unterseite, also im Bereich des Spulenflan­ sches 2, abgedichtet werden kann. Da der Anker 11 auf dem gleichen Polstück aufschlägt, das den Schließerkontakt 10 trägt, ist der Überhub durch das Verhältnis der Dicken des Ankers einerseits und der beiden Kontakte 10 und 15 anderer­ seits festgelegt. Eine nachträgliche Justierung ist also nicht erforderlich. Auch der Öffnerkontakt, der bei dem ge­ zeigten Ausführungsbeispiel vorhanden ist, braucht nicht ju­ stiert zu werden, da er über den Anschlag an den Nasen 19 be­ reits toleranzarm zu den übrigen Teilen festgelegt ist. Die Kontaktfeder 12 weist außerdem in der Nähe ihrer Einspannung einen Knick 21 auf, durch den die Rückstellkraft für den An­ ker und gegebenenfalls die Öffnerkontaktkraft festgelegt sind. Das Kontaktsystem ist außerdem äußerst stabil bei Tem­ peratureinfluß, da die Überhubtoleranz nur von drei metalli­ schen Teilen, nämlich der Höhe des Kontaktes 10, des Ankers 11 und des Kontaktes 15 auf der Kontaktfeder 12, beeinflußt wird. Dickenstreuungen des Federmaterials sowie der Kontakt­ stücke können in einer statistisch geregelten Fertigung durch Korrektur des Federbiegewinkels am Knick 21 bzw. durch Kon­ taktkalibrierung ausgeglichen werden.

Für eine Anwendung als Umpolrelais, beispielsweise für zwei Gleichstrommotoren, ist es vorteilhaft, ein Doppelrelais mit zwei Wechslerkontakten einzusetzen. Hierbei können zwei Ein­ zelrelais gemäß Fig. 1 in eine Doppelkappe 22 gemäß Fig. 3 eingesetzt und durch einen Verguß abgedichtet werden.

Fig. 4 zeigt ebenfalls ein Doppelrelais, wobei jedoch die jeweiligen Festkontakte beider Relais bereits von der Kon­ struktion her miteinander verbunden sind. Die Öffnerkontakt­ träger 17 hängen in diesem Fall über einen Steg 23 zusammen, während die Teiljoche 7, die den Schließerkontakt tragen, über einen Steg 24 verbunden sind. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion können in ein und demselben Fertigungsablauf wahlweise zusammenhängende oder einzelne Kontaktträger gefer­ tigt werden. So ist in Fig. 6 ein Stanzstreifen 25 gezeigt, an welchem die einzelnen Öffner-Kontaktträger 17 über jeweils zwei Verbindungsstege 26 zunächst noch angebunden sind. Die freien Enden dieser Schließer-Kontaktträger hängen über die Verbindungsstege 23 zusammen. Je nachdem, ob ein zusammenhän­ gendes Doppelrelais oder ein Einzelrelais gefertigt werden soll, wird der betreffende Verbindungssteg 23 herausgetrennt.

Die Verbindungsstege 26 bilden später Anschlußstifte für den Öffner-Kontakt. Sie werden im Zuge der Montage von dem Stanz­ streifen 25 getrennt. Außerdem besteht dabei die Möglichkeit, den Öffner-Kontakt über zwei Anschlußstifte in Form der bei­ den Verbindungsstege 26 zu kontaktieren oder wahlweise den einen oder den anderen dieser Verbindungsstege bereits vorher abzutrennen, je nachdem, welche Anschlußkonfiguration auf­ grund der Leiterplattenauflösung benötigt wird.

In Fig. 5 ist ein Dreifachrelais gezeigt, wobei ein Doppel­ relais mit verbundenen Festkontakten gemäß Fig. 4 zusammen mit einem Einfachrelais gemäß Fig. 1 in einer gemeinsamen Kappe 28 untergebracht sind. Dies ist günstig für Anwendungs­ fälle, in denen ein Umpolrelais durch ein Doppelrelais mit verbundenen Festkontakten und ein zusätzliches Einfachrelais für eine Zusatzfunktion kombiniert werden sollen.

Es ist aber auch möglich, Einzelrelais in der Weise zusammen­ hängend zu fertigen, daß Einzelkappen 29 über Kunststoffstege 30 zusammenhängend gefertigt und mit jeweils einem Schaltsy­ stem gemäß Fig. 1 bestückt werden, wie dies in Fig. 7 ge­ zeigt ist. Auf diese Weise können die Einzelrelais in belie­ biger Stückzahl zusammenhängend transportiert werden, wobei dann je nach Bedarf die einzelnen Gehäuse durch Abtrennen der Stege 30 voneinander getrennt werden.

In Fig. 8 ist eine mögliche Anschlußkonfiguration mit einer zugehörigen Leiterplattenauflösung für den Einbau eines Drei­ fachrelais gemäß Fig. 5 gezeigt. Dabei sind die Anschlußflä­ chen 31 für ein Doppelrelais als Umpolrelais und 32 für ein Einzelrelais in einer Einfach-Schließerausführung gestrichelt umrandet. In den einzelnen Leiterbahnen 33 sind Kontaktboh­ rungen entsprechend der Schaltung gemäß Fig. 9 vorgesehen.

So dienen die Kontaktbohrungen K1 und K2 dem Anschluß der Kontaktfedern des Doppelrelais, die Kontaktbohrungen K6 und K8 dem Anschluß der Öffner-Kontakte und die Bohrungen K5 und K7 dem Anschluß der Schließer-Kontakte des Doppelrelais. Die Bohrungen S3, S4, S9 und S10 nehmen die Spulenanschlüsse des Doppelrelais auf. In den Leiterbahnen 33 des Einfachrelais 32 sind Kontaktbohrungen K13 und K15 für den Kontaktfederan­ schluß und für den Anschluß des Schließer-Kontaktes vorgese­ hen, während die Bohrungen S11 und S12 für die Spulenan­ schlüsse des Einzelrelais bestimmt sind. Es handelt sich also hierbei um ein einfaches Schließerrelais.

In den Fig. 10 und 11 ist die Leiterplattenauflösung und das Schaltschema mit einer leichten Abwandlung dergestalt ge­ zeigt, daß das Einzelrelais auf der Fläche 32 einen Wechsler­ kontakt gemäß Fig. 5 aufweist. In diesem Fall besitzt also die Leiterplatte eine zusätzliche Anschlußbohrung K14 für den Öffnerkontakt. Im übrigen stimmen die Fig. 10 mit der Fig. 8 und die Fig. 11 mit der Fig. 9 überein. Wie man aus die­ sen Figuren sieht, sind die beiden Öffnerkontakte K6 und K8 ebenso wie die beiden Schließerkontakte K5 und K7 jeweils über eine gemeinsame Leiterbahn 33 verbunden. Wenn diese be­ reits konstruktiv auch innerhalb des Doppelrelais gemäß Fig. 5 untereinander verbunden sind, würde jeweils ein einziger Anschluß zur Leiterplatte genügen. Über die jeweils parallel geschalteten zwei Anschlüsse kann jedoch die Strombelastung geringer gehalten werden.

Claims (12)

1. Elektromagnetisches Relais mit mindestens einem Schaltsy­ stem, welches aufweist:

• - eine Spule mit Spulenkörper (1) und Wicklung (4),
• - eine Kern-Joch-Anordnung (6, 7), die sich axial durch die Spule erstreckt und an beiden Spulenenden durch U-förmige Krümmung jeweils ein Polstück (62, 72) bildet, wobei die beiden Polstücke in einer gemeinsamen Ebene parallel zur Spulenachse neben der Spule liegen und zwischen ihren Enden einen Luftspalt (8) bilden,
• - einen flachen Anker (11), der bei Erregung der Spule den Luftspalt (8) überbrückt,
• - eine langgestreckte Kontaktfeder (12), die in der Nähe des ersten Polstückes (62) an einem feststehenden Träger (2) befestigt ist, mit ihrem Mittelteil mit dem Anker (11) ver­ bunden ist und an ihrem freien Ende (14) einen beweglichen Kontakt (15) trägt, der mit mindestens einem in der Nähe des zweiten Polstückes (72) befestigten Schließer-Kontakt (10) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß der
Schließer-Kontakt (10) auf dem zweiten Polstück (72) befe­ stigt ist und über einen von dem ersten Polstück (62) elek­ trisch isolierten Abschnitt der Kern-Joch-Anordnung mit einem Anschluß (73) verbunden ist und
daß die Kontaktfeder (11) ein Anschlußelement (13) besitzt, welches in der Nähe des ersten Polstückes (62) in dem Spulen­ körper (1) verankert ist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktfeder (12) zumindest im Bereich zwischen dem Anker (11) und dem beweglichen Kontakt (15) geradlinig ist und daß die Summe der Dicken des feststehenden Schließer-Kontaktes (10) und des zugehörigen beweglichen Kontaktes (15) größer ist als die Dicke (11) des Ankers.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kern- Joch-Anordnung von zwei U-förmigen, mit jeweils einem Kern­ schenkel (61, 71) parallel und gegenläufig in eine Axialaus­ nehmung (5) des Spulenkörpers (1) eingesteckten Teiljochen (6, 7) gebildet ist.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kernschenkel (61, 71) einander annähernd über die gesamte Spu­ lenlänge in der Axialausnehmung überlappen und daß zwischen ihnen eine Isolierschicht (9) liegt.

5. Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Kernschenkel (71) breiter ist als der andere (61), und daß der breitere Kernschenkel (71) mit der Isolierschicht bedeckt ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem ersten Polstück (62) benachbarter erster Spulenflansch (2) einen Sockel mit einem zur Spulenachse senkrechten Bodenebene bildet, durch die ein an einem Teiljoch (7) angeformter Schließer-Anschlußstift (73) und das Kontaktfeder-Anschlußelement (13) parallel zur Spulenachse austreten.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öff­ ner-Kontaktträger (17) mit einem Anschlußabschnitt (26) in dem ersten Spulenflansch (2) verankert ist, sich annähernd parallel zur Spulenachse neben der Kontaktfeder (12) er­ streckt und dem Schließerkontakt (10) gegenüberliegend einen Öffnerkontakt (16) trägt, der mit dem beweglichen Kontakt (15) zusammenwirkt.

8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spulenflansch eine Abstützung (19) für den den Öffnerkontakt tragenden Endabschnitt (18) des Öffner-Kontaktträgers (17) bildet.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schaltsysteme mit parallelen Spulenachsen in einer ge­ meinsamen Kappe (22; 28) angeordnet sind, wobei die Sockel der beiden Schaltsysteme gemeinsam mit einer Abdichtung versehen sind.

10. Relais nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweiten Polstücke bildenden Teiljoche (7) und/oder die Öff­ ner-Kontaktträger (17) und/oder die Kontaktfederträger (13) von mindestens zwei Schaltsystemen über Verbindungsstege (23; 24) einstückig zusammenhängen.

11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Schaltsysteme jeweils mit eigenen Kappen (29) versehen sind und daß die Kappen jeweils über abtrennbare Stege (30) zusammenhängen.