DE19615185C1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit

• - einem Sockel aus Isolierstoff, der mit seiner Bodenseite eine Grundebene definiert und in dem Träger für Festkontak­ te sowie Kontakt-Anschlußstifte verankert sind,
• - einem über dem Sockel schwenkbar angeordneten Anker,
• - einer oberhalb des Ankers angeordneten Spule mit zur Grundebene paralleler Achse,
• - einem in der Spule axial angeordneten Kern mit an beiden Enden senkrecht zur Grundebene nach unten gerichteten Jo­ chen, die mit dem Anker Arbeitsluftspalte bilden, und
• - einer mit dem Anker verbundenen Kontaktfederanordnung, die entsprechend der Ankerbewegung mit den Festkontakten des Sockels zusammenwirkt.

Ein Relais der eingangs genannten Art ist in der WO 94/22156 beschrieben. Dort ist auf den Sockel unmittelbar ein Spulen­ körper aufgesetzt, der zusätzlich zu der Spulenwicklung und dem Kern auch die Joche und einen Dauermagneten trägt und der in Seitenbereichen direkt mit dem Sockel verbunden ist. Eine über den Spulenkörper gestülpte Kappe ist mit dem Sockel zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses verbunden. Dieser be­ kannte Aufbau ist für herkömmliche Lötanschlußtechnik konzi­ piert; für stärkere mechanische oder thermische Belastungen ist die Verbindungsstruktur von Sockel und Spulenkörper je­ doch nicht ausgelegt. Da jedoch für die Bestückung von Lei­ terplatten zunehmend neben der herkömmlichen Kontaktierung über Lötanschlußstifte auch die Oberflächenmontagetechnik (SMT) und die Anschlußtechnik mit Einpreßstiften gewünscht wird, sollen Relais von ihrer Konstruktion her möglichst auch den bei diesen Techniken auftretenden mechanischen bzw. ther­ mischen Belastungen standhalten, ohne daß die genau einge­ stellten Kennwerte des Relais sich verschlechtern.

Aus der WO 94/13002 ist weiterhin ein ähnlich aufgebautes Re­ lais bekannt, bei dem ein Spulenblock und eine Anschlußanord­ nung zusammen mit Isoliermaterial umspritzt sind, wodurch ei­ ne einstückige Grundkörpereinheit geschaffen wird. Auf diese Grundkörpereinheit wird ein Anker mit beweglichen Kontaktfe­ dern aufgesetzt, und das so gebildete Relais wird mit einer übergestülpten Kappe geschlossen. Da aber in diesem Fall die Grundkörpereinheit den unteren Teil des Gehäuses bezüglich der Anschlußebene bildet und der Anker im oberen Bereich sitzt, müssen die Kontaktanschlüsse seitlich neben der Spule nach unten geführt werden. Dadurch werden die Anschlüsse nicht nur sehr lang, sondern sie benötigen auch zusätzlichen Platz, der zusammen mit den notwendigen Isolierzwischenwänden die Breite des Relais vergrößert. Außerdem könnten die dorti­ gen Lötanschlußfahnen nicht ohne Konstruktionsänderung durch andere Anschlüsse, beispielsweise Einpreßstiele, ersetzt wer­ den.

Ein derartig aufgebautes Relais ist auch aus der EP 0 581 958 A1 bekannt, wobei die bewickelte Spule mit Isoliermaterial in Blockform umhüllt ist. In diese Umhüllung sind auch Festkon­ taktträger mit ihren Anschlußstiften teilweise eingebettet und auf diese Weise befestigt. Allerdings ist der Umhüllungs­ block sowohl auf der Oberseite der Spule als auch im Seiten­ bereich teilweise offen, so daß zur Bildung des Relaisgehäu­ ses eine herkömmliche Kappe aufgesetzt werden muß.

In der DE-AS 12 22 574 ist eine Magnetspule offenbart, die allseitig mit Isolierstoff umhüllt wird, wobei sie zur Füh­ rung und Halterung von Gehäuseteilen dient. Es ist auch die Möglichkeit angesprochen, diese Umspritzung als Teilgehäuse auszubilden. Eine Anwendung auf die hier vorliegende Relais­ konstruktion ist allerdings nicht ohne weiteres möglich.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Relaisaufbau der eingangs genannten Art konstruktiv so zu gestalten, daß auf möglichst einfache Weise die Isolationsfestigkeit zwi­ schen dem Magnetkreis und der Wicklung verbessert und zu­ gleich die mechanische Stabilität des Relais bei möglichst kleinem Volumen erhöht wird; dabei sollen unterschiedliche Anschlußtechniken, insbesondere auch SMT-Anschlüsse und Ein­ preßstiele ohne Änderung der übrigen Konstruktion einsetzbar sein.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei dem genannten Relaisauf­ bau dadurch erreicht, daß ein Grundkörper durch allseitige Umhüllung der Spule mit Isolierstoff geformt ist, der zusammen mit dem Sockel ein quaderförmiges Gehäuse bildet, wobei die Spule zusammen mit dem Kern im oberen Bereich des Grundkör­ pers eingebettet und nach unten durch eine Trennwand isoliert ist und wobei der Grundkörper nach unten ringsum angeformte Seitenwände aufweist, die den Sockel schachtelförmig um­ schließen und mit diesem einen geschlossenen Schaltraum bil­ den. Durch den erfindungsgemäß durch Einbetten, vorzugsweise durch Umspritzen der Spule mit Isolierstoff erzeugten Grund­ körper ergibt sich eine hohe Steifigkeit und Stabilität des Relaisaufbaus. Die bei der Fertigung eingestellten Justierun­ gen werden auf diese Weise sicher beibehalten, auch wenn von außen mechanische oder thermische Belastungen auf das durch Grundkörper und Sockel gebildete Relaisgehäuse einwirken.

Besonders vorteilhaft wirkt sich dieser stabile Aufbau dann aus, wenn der Grundkörper beiderseits des Ankers einen Absatz aufweist, unter dem sich die jeweils in einer Reihe angeord­ neten Kontakt-Anschlußstifte befinden und der bei Bedarf als Abstützbereich für diese Anschlußstifte geeignet ist. Dabei kann es auch vorteilhaft sein, die beiden Joche zusätzlich in die Umspritzung einzubeziehen. Handelt es sich um ein polari­ sierten System, so kann ein zugehöriger Dauermagnet wahlweise nachträglich in eine entsprechende Ausnehmung eingesteckt oder bei der Herstellung des Grundkörpers mit eingebettet werden.

Weiterhin kann in einer einfachen Ausführungsform des Relais vorgesehen werden, daß Lötanschlußstifte aus einer im Sockel eingespritzten Leiterplatine nach unten abgebogen sind. Be­ sonders wirksam ist der erfindungsgemäße stabile Aufbau je­ doch dann, wenn Anschlußstifte verwendet werden, die sich vom Sockel senkrecht nach oben bis zu dem jeweiligen Abstützbe­ reich des Grundkörpers erstrecken. Um bei der Fertigung eine Überbestimmung zu vermeiden, ist zweckmäßigerweise vorgese­ hen, daß die Anschlußstifte jeweils in Nuten des Grundkörpers in dem Abstützbereich angeordnet sind und dort mittels aus­ härtbarer Vergußmasse fixiert werden. So ist es möglich, daß nach der Montage des Ankers auf dem Sockel und der dabei vor­ genommenen genauen Einstellung der Kontaktabstände der Grund­ körper mit dem Magnetsystem auf den Sockel soweit aufgescho­ ben werden kann, bis der Anker exakt am Magnetsystem anliegt bzw. die vorgegebenen Luftspalte zu den Jochen erreicht hat. Durch Eingießen von Klebstoff bzw. Vergußmasse kann dann der Grundkörper mit dem Sockel abdichtend verbunden werden, wobei die Anschlußstifte in den erwähnten Nuten in einem vorausge­ henden oder gleichzeitigen Arbeitsgang vergossen und fixiert werden. Es entsteht so ein dichter und stabiler Schaltraum, der gegenüber der Spule isoliert ist. Dieser Schaltraum be­ sitzt auch im Vergleich zu ähnlich aufgebauten Relais ein sehr geringes Luftvolumen, da der Spulenraum nicht mit einge­ schlossen ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei starker Wärmeeinwirkung, wie etwa beim Löten des Relais, insbesondere beim Reflow-Löten von SMT-Anschlüssen.

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

Fig. 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais bei der Monta­ ge des Grundkörpers mit Magnetsystem (teilweise aufgeschnit­ ten) auf dem mit dem Anker bestückten Sockel,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Grundkörper,

Fig. 3 einen perspektivisch dargestellten Grundkörper im Querschnitt,

Fig. 4 einen Grundkörper im Längsschnitt entsprechend Fig. 2, jedoch mit zusätzlich eingebettetem Dauermagneten und

Fig. 5 einen Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt eines Grundkörpers mit Aussparungen für die Joche.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte polarisierte Relais besitzt im wesentlichen zwei Baugruppen, nämlich einen Grund­ körper 1, der ein Magnetsystem enthält, und einen Sockel 2 mit einem Anker und einer Kontaktanordnung. Der Grundkörper 1 besitzt nach außen im wesentlichen Quaderform, die durch Um­ spritzen des Magnetsystems gebildet ist. Dieses Magnetsystem enthält eine Spule, bestehend aus einem Spulenkörper 3 und einer Wicklung 4. Außerdem ist in einer axialen Durchgangs­ öffnung des Spulenkörpers ein stabförmiger Kern 5 angeordnet. Die jeweils aus dem Spulenkörper 3 vorstehenden Enden des Kerns 5 sind mit zwei Jochen 6 und 7 gekoppelt, die im Bei­ spiel der Fig. 1 bis 3 ebenfalls in das Material des Grundkörpers 1 eingebettet sind. Soweit in den Zeichnungen der Spulenkörper Ausnehmungen aufweist, die vom Material des Grundkörpers 1 ausgefüllt sind, so handelt es sich hierbei um fertigungsbedingte Unterbrechungen dieser Spulenkörper- Bauform; es könnte aber ebenso ein herkömmlicher Spulenkörper mit einem durchgehenden Isolierstoffrohr als Wicklungsträger verwendet werden. In jedem Fall umschließt aber das Kunst­ stoffmaterial des Grundkörpers 1 die Spulenwicklung an allen Seiten, so daß eine gute Isolierung gegenüber den Metalltei­ len des Magnetkreises und - durch eine Trennwand 18 an der Unterseite der Spule - vor allem auch gegenüber den Kontakt­ elementen gewährleistet ist. Das Magnetsystem enthält ferner einen in Fig. 1 gezeigten Dauermagneten 8, der dreipolig ma­ gnetisiert ist und so zwischen die beiden Joche 6 und 7 ein­ gesteckt wird, daß seine beiden gleichnamigen Endpole (N) je­ weils an eines der Joche 6 bzw. 7 gekoppelt sind. In diesem Beispiel kann der Dauermagnet mit Quetschrippen 9 des Grund­ körpers befestigt werden. Es sind aber auch andere Befesti­ gungsmöglichkeiten denkbar.

Der Grundkörper 1 besitzt weiterhin zur Unterseite hin ange­ formte, ringsum verlaufende Seitenwände 11, mit denen der Grundkörper 1 auf den Sockel 2 aufsteckbar ist. Dabei umgrei­ fen die Seitenwände 11 den Sockel 2 schachtelförmig und bil­ den zwischen dem Magnetsystem und dem Sockel einen geschlos­ senen Schaltraum 10. Außerdem sind im Inneren des Grundkör­ pers 1 zwei Längsstege 12 parallel zur Spulenachse bzw. zu den Längsseiten des Grundkörpers vorgesehen. Diese bilden zu­ sammen mit den parallelen Seitenwänden 11 jeweils eine Längs­ nut 13 mit einer Abstützfläche 14 an ihrer Oberseite, die - bei Bedarf - zur Abstützung und Stabilisierung der noch zu beschreibenden Kontaktanschlüsse dienen.

In dem Sockel 2 sind zwei Paare von Festkontaktanschlüssen 21 verankert, die über eine nicht sichtbare, in dem Sockel ein­ gebettete Leiterplatine mit ebenfalls nicht sichtbaren Fest­ kontakten verbunden sind. Außerdem sind zwei einander gegen­ überstehende Mittelkontaktanschlüsse 22 verankert, die über Lagerbänder 23 mit Mittelkontaktfedern 24 verbunden sind.

Diese Mittelkontaktfedern 24 sind in bekannter Weise mit ei­ nem Anker 25 verbunden, der über die Lagerbänder 23 in eben­ falls bekannter Weise in der Lagerung gehalten wird.

Die Anschlüsse 21 und 22 besitzen jeweils über die Oberseite des Sockels vorstehende Stützabschnitte 21a bzw. 22a, die beim Aufsetzen des Grundkörpers 1 auf den Sockel 2 in der Nut 13 zwischen der jeweiligen Seitenwand 11 und dem jeweiligen Längssteg 12 zu liegen kommen. Sie können sich beispielsweise entweder unmittelbar an der Abstützfläche 14 im Inneren der Nut 13 abstützen. Zum Toleranzausgleich ist es jedoch vor­ teilhafter, diese Nuten 13 jeweils nach der Montage mit Ver­ gußmasse zu füllen, die nach dem Aushärten die Anschlußele­ mente zuverlässig stabilisiert und abstützt. Im übrigen ist der Aufbau des Relais, abgesehen von der neuen Grundkörper­ form, bezüglich der Funktion weitgehend ähnlich wie bei dem Relais gemäß der eingangs genannten WO 94/22156, so daß hier­ auf nicht weiter einzugehen ist.

In den Fig. 4 und 5 sind in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 2 Abwandlungen des Grundkörpers zu sehen. So zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der der Dauermagnet 8 bereits bei der Herstellung des Grundkörpers 1 mit den Jochen 6 und 7 eingebettet ist. Die Fig. 5 zeigt eine andere Aus­ führungsform, bei der die Einbettung des Grundkörpers 1 le­ diglich die Spule mit Spulenkörper 3 und Wicklung 4 sowie den Kern 5 umfaßt, während für die Joche spezielle Stecktaschen 16 und 17 ausgespart sind, in die sie nachträglich einge­ steckt werden können. Auch der Dauermagnet 8 wird in diesem Fall, wie bereits anhand von Fig. 2 gezeigt, nachträglich eingesteckt und durch Quetschrippen 9 fixiert.

Weitere Abwandlungen des Relais sind möglich. So können ins­ besondere die Anschlüsse 21 und 22 je nach Art der verwende­ ten Anschlußtechnik variiert werden. In der Darstellung von Fig. 1 handelt es sich um Einpreßstiele, die mit hohem Ein­ preßdruck in Kontaktlöcher einer Leiterplatte eingepreßt wer­ den und dadurch eine lötfreie Verbindung ergeben. In diesem Fall ist die Abstützung der Stützabschnitte 21a und 22a im Grundkörper besonders wichtig, da auf diese Weise über den Grundkörper die Einpreßkräfte auf die Anschlüsse übertragen werden können.

Der Relaisaufbau ist aber auch für andere Anschlußtechniken einsetzbar. So können anstelle der dargestellten Einpreßstie­ le auch normale Lötanschlußstifte oder seitlich abgebogene SMT-Anschlußfahnen vorgesehen werden. In diesen Fällen ist die Abstützung im Grundkörper nicht in dem gleichen Maße er­ forderlich. Sie kann zur Stabilisierung des Gesamtaufbaus trotzdem vorgesehen werden. Es ist in dem Fall dieser An­ schlußtechniken aber auch möglich, die in Fig. 1 gezeigten Stützabschnitte 21a bzw. 22a kürzer auszubilden bzw. wegfal­ len zu lassen. Die in dem Grundkörper mitverankerten Spulen­ anschlußstifte 15 werden immer entsprechend den Kontaktan­ schlußelementen ausgebildet.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf polarisierte Relais gemäß dem Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es könnte durchaus ein anderes polarisiertes Magnetsystem oder ein bekanntes neutrales System in dem Grundkörper 1 untergebracht werden und die Kontaktanordnung betätigen.

Claims (11)

1. Elektromagnetisches Relais mit

• - einem Sockel (2) aus Isolierstoff, der mit seiner Bodensei­ te eine Grundebene definiert und in dem Träger für Festkon­ takte sowie Kontakt-Anschlußstifte (21, 22) verankert sind,
• - einem über dem Sockel schwenkbar angeordneten Anker (25),
• - einer oberhalb des Ankers (25) angeordneten Spule (3, 4) mit zur Grundebene paralleler Achse
• - einem in der Spule axial angeordneten Kern (5) mit an bei­ den Enden senkrecht zur Grundebene nach unten gerichteten Jochen (6, 7), die mit dem Anker (25) Arbeitsluftspalte bil­ den, und
• - einer über eine Isolierstoff-Umhüllung mit dem Anker (25) fest verbundene Kontaktfederanordnung (24), die entspre­ chend der Ankerbewegung mit den Festkontakten des Sockels (2) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Grund­ körper (1) durch allseitige Umhüllung der Spule (3, 4) mit Isolierstoff geformt ist, der zusammen mit dem Sockel (2) ein quaderförmiges Gehäuse bildet, wobei die Spule zusammen mit dem Kern (5) in dem oberen Bereich des Grundkörpers (1) ein­ gebettet und nach unten durch eine Trennwand isoliert ist und wobei der Grundkörper (1) nach unten ringsum angeformte Sei­ tenwände (11) aufweist, die den Sockel (2) schachtelförmig umschließen und mit diesem einen geschlossenen Schaltraum (10) bilden.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund­ körper (1) beiderseits des Ankers einen Absatz (14) aufweist, unter dem sich die jeweils in einer Reihe angeordneten Kon­ takt-Anschlußstifte (21, 22) befinden und der bei Bedarf als Abstützbereich für diese Anschlußstifte geeignet ist.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die beiden Joche (6, 7) in den Isolierstoff des Grundkörpers (1) eingebettet sind.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein stabförmiger, dreipolig magnetisierter Dauermagnet (8) zusammen mit der Spule (3, 4) und den Jochen (6, 7) in den Iso­ lierstoff des Grundkörpers (1) eingebettet ist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktfederanordnung zwei in einer Ebene angeordnete Kontaktfe­ dern (24) umfaßt, wobei jede Kontaktfeder jeweils einen seit­ lich im Lagerbereich des als Wippe ausgebildeten Ankers (25) herausgeführten flexiblen Anschlußabschnitt aufweist, der je­ weils mit einem im Sockel (2) verankerten Anschlußstift (22) verbunden ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sockel (2) in einer Ebene eingebettete Leiterbahnen einer vorgestanzten Platine jeweils Träger für die Festkontakte, gegebenenfalls nach oben gebogene Anschlußabschnitte für die Kontaktfedern und senkrecht nach unten herausgeführte An­ schlußstifte bilden.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sockel (2) in einer Ebene eingebettete Leiterbahnen jeweils Träger für die Festkontakte bilden und daß senkrecht zur Grundebene stehende Anschlußstifte (21, 22) durch die Ebene der Leiterbahnen hindurchtretend mit diesen verbunden sind und sich mit ihren oberen Enden (21a, 22a) an dem Absatz (14) des Grundkörpers (1) abstützen.

8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite des Sockels austretenden Enden der Anschlußstifte (21, 22) zu Einpreßstielen geformt sind.

9. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite des Sockels austretenden Enden der Anschlußstifte zu SMT-Anschlußfahnen geformt sind.

10. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ober­ seitigen Endabschnitte (21a, 22a) der Anschlußstifte (21, 22) im Bereich des Grundkörperansatzes (14) in eine nach unten offene Nut (13) hineinragen und in dieser durch ausgehärtete Vergußmasse fixiert sind.