DE19602642B4 - Elektromagnetisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Elektromagnetisches Relais mit
– einem Grundkörper (1),
– einer in dem Grundkörper (1) verankerten Kontaktanordnung (5) mit mindestens einem feststehenden (52, 53) und mindestens einem beweglichen (51) Kontaktelement,
– einem Elektromagnetsystem (2) mit einem eine Wicklung (20) tragenden Spulenkörper (21), einem den Spulenkörper axial durchsetzenden Kern (3), einem mit einem Ende des Kerns verbundenen, sich zumindest teilweise neben der Spule (20) erstreckenden Joch (4) und einem die freien Enden von Kern (3) und Joch (4) mit einem Arbeitsluftspalt überbrückenden Anker (6), dessen Schaltbewegung annähernd parallel zur Spulenachse auf das bewegliche Kontaktelement (51) wirkt,
– wobei die Relativposition des Ankers (6) zur Kontaktanordnung (5) durch Verschiebung auf dem Grundkörper (1) parallel zur Spulenachse einstellbar und nachträglich fixierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (21) einschließlich eines mit Spulenanschlußstiften (25) bestückten Flansches (23) in einer vorgegebenen Position auf dem Grundkörper (1) festgelegt ist, während der Kern...

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit
• – einem Grundkörper,
• – einer in dem Grundkörper verankerten Kontaktanordnung mit mindestens einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktelement,
• – einem Elektromagnetsystem mit einem eine Wicklung tragenden Spulenkörper, einem den Spulenkörper axial durchsetzenden Kern, einem mit einem Ende des Kerns verbundenen, sich zumindest teilweise neben der Spule erstreckenden Joch und einem die freien Enden von Kern und Joch mit einem Arbeitsluftspalt überbrückenden Anker, dessen Schaltbewegung annähernd parallel zur Spulenachse auf das bewegliche Kontaktelement wirkt,
• – wobei die Relativposition des Ankers zur Kontaktanordnung durch Verschiebung auf dem Grundkörper parallel zur Spulenachse einstellbar und nachträglich fixierbar ist.
• Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Relais.
• Bei Relais dieser genannten Art besteht allgemein das Problem, daß zwar die Kontaktelemente toleranzarm im Grundkörper durch Einbetten oder Einstecken verankert werden können, daß aber durch die Summierung von Toleranzen bei der Herstellung und Montage des Magnetsystems der Abstand zwischen Anker und Kontaktanordnung einer Justierung bedarf. Zweckmäßigerweise wird diese Justierung bereits im Fertigungsablauf in Form einer Relativverschiebung des Ankers gegenüber der Kontaktfeder vorgenommen, noch bevor das Magnetsystem fest mit dem Grundkörper verbunden ist.
• Bei bekannten Relais dieser Art ( EP 0 501 070 A2 bzw. US 5,289,144 A ) ist dabei jeweils vorgesehen, daß das gesamte Magnetsystem einschließlich Spule und Spulenkörper zum Toleranzausgleich in Axialrichtung zum Kontaktsystem hin verschoben und danach fixiert wird. Um die Verschiebung zu ermöglichen, sind dabei die Spulenanschlußstifte jeweils in Langlöchern des Grundkörpers geführt. Das bedeutet aber, daß durch die Justierung der Abstand zwischen den Spulenanschlußstiften und den bereits vorher fixierten Kontaktanschlußstiften verändert wird, so daß die Stifte zueinander nicht mehr exakt im vorgegebenen Raster liegen. Sie müssen also nachträglich in das Aufnahmeraster einer Leiterplatte gebogen werden, oder die Aufnahmebohrungen müssen entsprechend groß dimensioniert werden. Dies kann auch zusätzlich Abdichtprobleme schaffen.
• DE 29 52 271 A1 zeigt einen Magnetbügel, insbesondere für ein Klappankerrelais, mit einem einen Spulenkörper tragenden Kern, einem Magnetfluss leitenden Joch und einer Kontaktträgerplatte, wobei der Magnetbügel Magnetfluss führende Schenkel und einen als Magnetträger ausgebildeten Steg aufweist, wobei der Magnetträger in einem Schlitz der Kontaktplatte fixiert ist und wobei einer der Schenkel einen auf ihn aufgeschobenen und abziehbaren Spulenkörper trägt.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Relais der eingangs genannten Art zu schaffen und ein Justierverfahren dafür anzugeben, wobei eine exakte Einstellung des Abstandes vom Anker zur Kontaktanordnung in einfacher Weise bewerkstelligt werden kann, zugleich aber ein vorgegebenes Raster der Spulenanschlüsse bezüglich der Kontaktanschlüsse eingehalten wird.
• Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Spulenkörper einschließlich eines mit Spulenanschlußstiften bestückten Flansches in einer vorgegebenen Position auf dem Grundkörper festgelegt ist, während der Kern mit dem Joch und dem Anker in Axialrichtung relativ zum Spulenkörper verschiebbar und nachträglich am Grundkörper fixierbar ist. Wesentlich bei der Erfindung ist demnach, daß der Spulenkörper mit den Spulenanschlußstiften einerseits und der Eisenkreis des Magnetsystems mit dem Anker andererseits getrennt voneinander positioniert werden können. So wird der Spulenkörper mit den Anschlußstiften unmittelbar gegenüber dem Grundkörper, in welchem die Kontaktanschlußelemente maßgenau verankert sind, durch die Form zueinander festgelegt, während der über die Kern-Joch-Anordnung mit zusätzlichen Toleranzen behaftete Anker unabhängig davon gegenüber den Kontakten justiert und dann fixiert werden kann. Voraussetzung dafür ist die Möglichkeit einer Relativverschiebung des Kerns in der Spule – innerhalb eines bestimmten Bereiches – und die jeweils unabhängige Fixierung des Spulenkörpers einerseits und der Kern-Joch-Anordnung andererseits am Grundkörper.
• Bevorzugt wird die Erfindung angewendet bei einem Relaisaufbau, bei dem der Grundkörper eine Bodenplatte bildet, auf der das Magnetsystem mit der Spulenachse parallel zu einer Bodenseite angeordnet ist, bei der weiterhin die Kontaktanordnung an einem Ende des Grundkörpers mit im wesentlichen senkrecht zur Bodenseite stehenden Kontaktelementen verankert ist, während der Anker am entgegengesetzten Ende des Grundkörpers angeordnet und über einen parallel zur Bodenseite verlaufenden Schieber mit dem beweglichen Kontaktelemente gekoppelt ist; in diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, daß ein Flansch des Spulenkörpers einen Fortsatz aufweist, der sich in Axialrichtung an einer Anschlagschulter des Grundkörpers abstützt. Bei der Montage kann somit zunächst das gesamte Magnetsystem einschließlich des Spulenkörpers in Richtung auf die Kontaktanordnung verschoben werden, bis der Spulenkörperfortsatz an der Anschlagschulter des Grundkörpers gestoppt wird. Die Spulenanschlußstifte haben dann ihren vorgesehenen Rasterabstand zu den Kontaktanschlüssen erreicht. Der Eisenkreis des Magnetsystems wird dann weiterbewegt, bis ein vorgegebener Schaltzustand, d. h. bei angezogenem Anker das Schließen des Schließerkontaktes, erreicht ist. Um dabei einen Überhub mit einzustellen, wird zweckmäßigerweise der Anker unter Zwischenfügung einer Überhublehre an den Kern angedrückt, während dieser zur Justierung bis zum Schließen des Kontaktes verschoben wird.
• Zusätzliche Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
• 1 einen Grundkörper und ein Magnetsystem für ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais während des Montagevorgangs in perspektivischer Ansicht,
• 2 das Magnetsystem von 1 in einer Seitenansicht,
• 3 den Grundkörper des Relais von 1 (ohne Kontaktelemente) in einer gedrehten Ansicht,
• 4 und 5 ein fertig montiertes Relais gemäß 1 in zwei perspektivischen Ansichten (ohne Gehäusekappe).
• Das in den 1 bis 5 gezeigte Relais besitzt einen Grundkörper 1, der mit einer Bodenplatte 11 eine Grundebene 12 festlegt, durch die die später noch zu beschreibenden Anschlußstifte senkrecht nach unten austreten. Das Relais besitzt einen schmalen, langgestreckten Aufbau. Entsprechend ist ein schmales Magnetsystem 2 auf der Bodenplatte 11 angeordnet, während in dessen Verlängerung am anderen Ende des Grundkörpers eine Kontaktanordnung 5 verankert ist. Zur Isolierung zwischen dem Magnetsystem und der Kontaktanordnung besitzt der Grundkörper eine Trennwand 13, die zusammen mit einer einseitig vorgesehenen Seitenwand 14 und einem Dachabschnitt 15 eine Halbschale bildet, in die das Magnetsystem von einer Seite her einschiebbar ist.
• Zur Aufnahme der Kontaktanordnung 5 bildet der Grundkörper 1 an einem Ende einen Isolierblock 16, der zur Vergrößerung der Kriechstrecken zum Magnetsystem mit Abstufungen, Ausnehmungen und vorstehenden Rippen versehen ist. In den Isolierblock 16 sind zwei feststehende Gegenkontaktelemente, nämlich ein Öffnerkontaktträger 52 mit einem Öffnerkontakt 54 sowie ein Schließerkontaktträger 53 mit einem Schließerkontakt 55 eingebettet. Zwischen ihnen ist ein Federträger 56 durch Einstecken in einen Schlitz befestigt, auf welchem eine Kontaktfeder 51 mit einem Mittelkontaktstück 57 befestigt ist. Der das Mittelkontaktstück 57 tragende Federabschnitt ist annähernd halbkreisförmig freigeschnitten, so daß die Schaltbewegung von einem Betätigungsschieber 7, die einseitig auf einen Angriffspunkt 58 wirkt, weich und unsymmetrisch auf das eigentliche Kontaktstück übertragen wird.
• Das Magnetsystem 2 besteht aus einer Spule 20, die auf einem Spulenkörper 21 sitzt. Von dem Spulenkörper 21 sind nur zwei Flansche 22 und 23 sichtbar. An dem Flansch 22 ist außerdem etwas nach unten und seitlich versetzt ein Fortsatz 24 angeformt, welcher zwei Spulenanschlußstifte 25 trägt, an denen in üblicher Weise die Wicklungsenden der Spulenwicklung befestigt und kontaktiert sind. Die Spulenwicklung 20 selbst ist mit einem abgestuften Umfang versehen, wobei ein Bereich 20a mit geringerem Durchmesser in die durch die Wände 13, 14 und 15 gebildete Halbschale eingeschoben wird. Dadurch kann das im Relais zur Verfügung stehende Volumen besonders gut ausgenutzt werden.
• Ferner besitzt das Magnetsystem einen axial innerhalb der Spule angeordneten Kern 3, der an einer Stirnseite der Spule eine Polplatte 31 bildet. Das entgegengesetzte Ende des Kerns 3 ist mit einem Joch 4 verbunden, und zwar mit einem ersten Jochschenkel 41, während ein zweiter Jochschenkel 42 sich parallel zur Spulenachse unterhalb der Spule und parallel zur Bodenseite erstreckt. Es sei erwähnt, daß der Spulenkörper 21 aus fertigungstechnischen Gründen im Bereich der Flansche 22 und 23 seitliche Aussparungen besitzt, so daß in diesen Bereichen der Kern 3 sichtbar ist. Zur Vorfixierung der Spule besitzt der Grundkörper außerdem eine Querrippe 17, die beim seitlichen Einschieben des Magnetsystems zwischen die Spulenwicklung 20 und den Jochschenkel 42 eingreift und so das Magnetsystem hält, jedoch eine Bewegung in Axialrichtung noch zuläßt. Zum Magnetsystem gehört außerdem ein plattenförmiger Anker 6, der am freien Ende des Jochschenkels 42 gelagert ist und mit der Polplatte 31 einen Arbeitsluftspalt bildet. Die Schaltbewegung des Endabschnittes 63 des Ankers 6 wird über einen langgestreckten Schieber 7 auf die bereits erwähnte Kontaktfeder 51 übertragen, wobei ein Betätigungsfinger 72 in ein Loch am Angriffspunkt 58 der Kontaktfeder außermittig eingreift. Der Schieber 7 ist mit dem anderen Ende über Klemmhaken 71 in Aussparungen 64 des Ankers eingerastet und somit gelenkig verbunden.
• Bei der Montage des Magnetsystems wird dieses, wie in 1 gezeigt, auf den Grundkörper bzw. die Bodenplatte 11 aufgesetzt, wobei eine Schwenkbewegung derart vorgenommen wird, daß der Spulenkörperfortsatz 24 in eine Aussparung 18 des Grundkörpers eingreift, während das entgegengesetzte Ende des Magnetsystems mit dem Jochschenkel 41 von der Seite her in die Halbschale 13, 14, 15 des Grundkörpers geschwenkt und eingeschoben wird. Zur Längsführung des Magnetsystems besitzt der Jochschenkel 42 an beiden Seiten je einen nach unten herausgeprägten Führungszapfen 45, die bei einer Längsbewegung des Magnetsystems an beiden Seiten einer Führungsrippe 19 des Grundkörpers entlanggleiten. Denkbar wäre es natürlich auch, einen oder mehrere Führungszapfen in jeweils einer Längsnut des Grundkörpers zu führen oder umgekehrt Führungsvorsprünge des Grundkörpers in entsprechenden Ausnehmungen des Jochschenkels zu führen.
• Sobald das Magnetsystem 2 auf dem Grundkörper 1 montiert und mit dem Schieber 7 versehen ist, wird der Abstand vom Anker 6 zur Kontaktanordnung 5 justiert. Zu diesem Zweck wird beispielsweise mit einem nicht dargestellten Stempel auf den Anker 6 etwa in seinem Mittelteil ein Druck ausgeübt, durch den der Anker an der Polplatte 31 zur Anlage gebracht wird. Dann wird das gesamte Magnetsystem in Axialrichtung zur Kon taktanordnung 5 hin verschoben, bis zunächst der Spulenkörperfortsatz 24 mit einer Anlagefläche 26 an einer Anlageschulter 27 des Grundkörpers anstößt. Der Spulenkörper 21 hat damit seine vorgegebene Position auf dem Grundkörper erreicht, wobei dann auch die Spulenanschlußstifte 25 genau im vorgegebenen Raster zu den Kontaktanschlußstiften 51a, 52a und 53a liegen. Um jedoch die innerhalb des Magnetsystems zwischen Joch, Kern und Anker bestehenden Toleranzen zu kompensieren, wird nun der Anker 6 mit dem Kern 3 und dem Joch 4 weiter in Axialrichtung verschoben, bis der Mittelkontakt 57 mit dem Schließerkontakt 55 in Berührung kommt. Wie aus 2 ersichtlich ist, besteht im ursprünglichen Montagezustand ein Abstand „d" zwischen dem Spulenkörperflansch 23 und dem Jochschenkel 41. Dieser Abstand „d" kann zur Justierung des Kontakthubes verkleinert werden. Da außerdem zur Erzeugung einer bestimmten Kontaktkraft ein entsprechender Überhub erforderlich ist, ist es zweckmäßig, bei der Justierung zwischen dem Anker 6 und der Polplatte 31 eine Lehre für den Überhub einzulegen. Wenn dann bei Verschiebung des Ankers mit Kern und Joch der Schließerkontakt gerade berührt, ist im Arbeitsluftspalt durch die Lehre der gewünschte Überhub eingestellt, da sich der Anker nach Entfernen der Lehre um diesen Überhubbetrag weiter zur Polplatte 31 hin bewegt.
• Während der Justierung wird das Magnetsystem mit den Führungszapfen 45 entlang der Führungsrippe 19 geführt, wie bereits erwähnt. Sobald die Justierung abgeschlossen ist, wird der Jochschenkel 42 auf der Bodenplatte befestigt. Zu diesem Zweck wird in der gezeigten Ausführungsform ein am Grundkörper in einer Ausnehmung 28 angeformter Befestigungszapfen 29 in eine Aussparung 46 des Jochschenkels 42 hinein verformt.
• Dies kann beispielsweise durch Warmverformung mittels Ultraschall oder mittels eines Heißstempels geschehen. Es sind jedoch auch andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise wäre es auch möglich, beim Abdichten des Randspaltes zwischen der Bodenplatte 11 und einer nicht gezeigten Gehäusekappe Vergußmasse in die Ausnehmung 28 hineinfließen zu lassen, wodurch das Joch auf dem Grundkörper verklebt wird.

Claims (11)

1. Elektromagnetisches Relais mit – einem Grundkörper (1), – einer in dem Grundkörper (1) verankerten Kontaktanordnung (5) mit mindestens einem feststehenden (52, 53) und mindestens einem beweglichen (51) Kontaktelement, – einem Elektromagnetsystem (2) mit einem eine Wicklung (20) tragenden Spulenkörper (21), einem den Spulenkörper axial durchsetzenden Kern (3), einem mit einem Ende des Kerns verbundenen, sich zumindest teilweise neben der Spule (20) erstreckenden Joch (4) und einem die freien Enden von Kern (3) und Joch (4) mit einem Arbeitsluftspalt überbrückenden Anker (6), dessen Schaltbewegung annähernd parallel zur Spulenachse auf das bewegliche Kontaktelement (51) wirkt, – wobei die Relativposition des Ankers (6) zur Kontaktanordnung (5) durch Verschiebung auf dem Grundkörper (1) parallel zur Spulenachse einstellbar und nachträglich fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (21) einschließlich eines mit Spulenanschlußstiften (25) bestückten Flansches (23) in einer vorgegebenen Position auf dem Grundkörper (1) festgelegt ist, während der Kern (3) mit dem Joch (4) und dem Anker (6) in Axialrichtung relativ zum Spulenkörper (21) verschiebbar und nachträglich am Grundkörper (1) fixierbar ist.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) eine Bodenplatte (11) bildet, auf der das Magnetsystem (2) mit der Spulenachse parallel zu einer Bodenseite (12) angeordnet ist, daß die Kontaktanordnung (5) an einem Ende des Grundkörpers (1) mit im wesentlichen senkrecht zur Bodenseite stehenden Kontaktelementen (51, 52, 53) verankert ist, während der Anker (6) am entgegengesetzten Ende des Grundkörpers (1) angeordnet und über einen parallel zur Bodenseite (12) verlaufen den Schieber (7) mit dem beweglichen Kontaktelement (51) gekoppelt ist, und daß ein Flansch (23) des Spulenkörpers (21) einen Fortsatz (24) aufweist, der sich in Axialrichtung an einer Anschlagschulter (27) des Grundkörpers (1) abstützt.
3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (24) des Spulenkörpers (21) in eine Ausnehmung (18) der Bodenplatte (11) eingreift und die Anschlußstifte (25) für die Spulenwicklung (20) trägt.
4. Relais nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (4) mit einem Längsschenkel (42) zwischen der Spule (20) und der Bodenplatte (11) liegt und daß mindestens ein Führungszapfen (45) des Joches (4) entlang einer Längsführung (19) des Grundkörpers (1) in Axialrichtung bewegbar ist.
5. Relais nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (11) zumindest an einer Seite einen in eine Ausnehmung (46) des Joches verformbaren Befestigungszapfen (29) aufweist.
6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) eine zur Bodenplatte (11) senkrecht stehende Trennwand (13) zwischen der Kontaktanordnung (5) und dem Magnetsystem (2) aufweist, an welcher eine einen Endabschnitt des Magnetsystems an der Oberseite und an einer ersten Längsseite übergreifende Isolier-Halbschale (14, 15) angeformt ist, derart, daß das Magnetsystem von der zweiten Längsseite her im wesentlichen quer zur Längsachse einschiebbar ist.
7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Isolier-Halbschale (14, 15) eine zur Bodenseite parallele Klemmrippe (17) angeformt ist, welche in einen Spalt zwischen der Spulenwicklung (20) und einem Jochschenkel (42) eingreift.
8. Relais nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwicklung (20) einen abgestuften Wicklungsumfang (20a) aufweist, derart, daß sie im Bereich der Halbschale (14, 15) und der Klemmrippe (17) einen geringeren Durchmesser besitzt als im übrigen Bereich.
9. Verfahren zur Herstellung eines Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mit der Kontaktanordnung (5) bestückten Grundkörper (1) das Magnetsystem (2) mit verschiebbar in den Spulenkörper (21) eingestecktem Kern (3) und mit dem Anker (6) angeordnet wird, daß das bewegliche Ende (63) des Ankers über einen Schieber (7) mit der Kontaktfeder (51) gekoppelt wird, daß dann auf den Anker (6) und die Kern-Joch-Anordnung (3, 4) in Axialrichtung ein Druck ausgeübt wird, derart, daß sich zunächst der Spulenkörper (21) mit der Kern-Joch-Anordnung (3, 4) bewegt, bis der Spulenkörper (21, 26) an einer Anschlagschulter (27) des Grundkörpers anliegt, daß dann der Anker (6) mit der Kern-Joch-Anordnung (3, 4) weiterbewegt wird, bis ein vorgegebener Schaltzustand der Kontaktfeder (51) erreicht ist, und daß dann das Joch (4) an dem Grundkörper (1) fixiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während der Verschiebebewegung eine Lehre zwischen dem Anker (6) und dem Kern (3) eingelegt wird, um einen Schaltüberhub für die Kontaktbetätigung festzulegen.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des Joches (4) ein Befestigungszapfen (29) des Grundkörpers in eine Aussparung (46) des Joches hinein verformt wird.