DE19726061C2 - Schallreduziertes elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit

• - einer Spule,
• - einem die Spule, durchsetzenden, ferromagnetischen Kern mit Polenden, mit deren endseitigen Polflächen ein flexibler Anker einen Arbeitsluftspalt bildet und auf denen er bei Erregung abrollt,
• - wobei der Anker aus einer Mehrzahl von stabförmigen Segmen­ ten gebildet ist, die sich jeweils quer zur Abrollrichtung erstrecken und die durch mindestens ein gemeinsames Feder­ band verbunden sind.

Elektromagnetische Relais mit einem allgemeinen Aufbau in Form der sog. Klappankerrelais sind in vielen Formen seit langer Zeit im Einsatz. Bei bestimmten Einsatzfällen, bei­ spielsweise im Inneren von Kraftfahrzeugen, ergibt sich je­ doch das Problem, daß das Schaltgeräusch des Relais als stö­ rend empfunden wird. Insbesondere verursacht das Aufschlagen des Ankers mit seiner ferromagnetischen Masse auf eine Pol­ platte ein deutlich vernehmbares Geräusch.

Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, das hörbare Schaltgeräusch bei Relais zu vermindern, ohne dabei den eigentlichen Schaltvorgang zu sehr zu verlangsamen, da eine sog. schleichende Kontaktgabe zu einem unerwünschten Ab­ brand an den Kontakten führt.

Eine bereits vorgeschlagene Lösung zur Geräuschreduzierung besteht darin, ein ansonsten unverändertes Relais mit seinem geschlossenen Gehäuse in ein zusätzliches Außengehäuse einzu­ setzen und damit die Schallübertragung im Zwischenraum zwi­ schen beiden Gehäusen möglichst klein zu halten (JP-3-127 424 A). Ein derartiges doppeltes Gehäuse erfordert zusätzlichen Aufwand und vergrößert das Relaisvolumen erheblich.

Aus der EP 0 281 384 B1 ist weiterhin ein Relais bekannt, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit der Kontaktfeder und des An­ kers durch einen Luftdämpfer in Form eines in einem Zylinder beweglichen Kolbens angestrebt wird. Diese Dämpfervorrichtung erfordert ebenfalls einen erheblichen Aufwand und verringert die Schaltgeschwindigkeit des Relais beträchtlich.

Aus der CH 445 605 ist ein elektromagnetisches Betätigungsge­ rät bekannt, welches im Aufbau dem eingangs genannten Relais entspricht. Dort ist der Kern zentrisch in einem topfartigen Gebilde angeordnet, und er bildet mit der Stirnfläche dieses Topfes einen punktförmigen und einen ringförmigen Polschuh, mit denen ein relativ schmaler, aus einzelnen Segmenten ge­ bildeter Anker zusammenwirkt. Da dieser Anker bei der Betäti­ gung von einem schmalen Randbereich des Polschuhtopfes über einen nichtmagnetischen Zwischenraum bis zu der kleinen Polfläche des Kerns und dann weiter, wieder über einen nicht­ magnetischen Zwischenraum, zum entgegengesetzten Rand des Polschuhtopfes abrollt, wird dort der Magnetkreis nur unvoll­ kommen geschlossen, zumal die die Ankersegmente verbindende Feder aus nichtmagnetischem Metall besteht und somit immer einen Restluftspalt entsprechend ihrer Dicke bewirkt. Da der Flußverlauf dort der Abrollrichtung des Ankers folgt, tragen nur wenige Segmente des Ankers zur Anzugskraft bei, während die Luftspalte zwischen den einzelnen Segmenten den Magnet­ kreis verschlechtern.

Aus der CH 522 277 ist weiterhin eine elektromagnetische Be­ tätigungsvorrichtung mit einem biegsamen Anker bekannt, bei der ebenfalls der Magnetkern mit seiner Achse senkrecht zur Ankerfläche angeordnet ist. Dieser Kern ist weiterhin mit ei­ nem U-förmigen Joch verbunden, dessen Enden jeweils Polflä­ chen bilden. Auf diesen drei Polflächen, die eine Überbestim­ mung darstellen, soll ein aus dünnen Blechen geschichteter, biegsamer Anker abrollen. Dabei muß allerdings die Reibung zwischen den einzelnen Blechen überwunden werden; außerdem stellen die Luftspalte zwischen den Blechen eine Verschlech­ terung des Magnetkreises dar.

Ziel der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Schaltgeräusch in der an sich bekannten Weise durch Verwendung eines Segmentankers vermie­ den wird, wobei jedoch der Magnetkreis durch konstruktive Maßnahmen verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einem Relais der ein­ gangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Kern zwei pa­ rallele Polschuhe aufweist, deren Polflächen sich parallel nebeneinander in Abrollrichtung des Ankers erstrecken, die mit dem Anker im Ruhezustand jeweils einen keilförmigen Luftspalt bilden und die bei Erregung des Relais durch die einzelnen Segmente des Ankers nacheinander überbrückt werden, wobei - beginnend bei einem Segment mit kleinstem Luftspal­ tabstand zur Polfläche bis hin zu einem Kontaktbetätigungs- Segment - jedes nachfolgende Segment gegenüber dem vorherge­ henden Segment um einen zusätzlichen Abstand weiter von der Polfläche weg durch das mindestens eine elastische Federband vorgespannt ist, welches sich außerhalb der beiden Luftspalt­ bereiche erstreckt.

Bei dem erfindungsgemäßen Relais bildet der Anker in an sich bekannter Weise nicht mehr wie bei herkömmlichen Klappanker­ systemen eine einzige starre Platte, sondern er ist in sich elastisch verformbar, so daß er mit seinen einzelnen Teilbe­ reichen nacheinander auf zwei parallelen Polflächen abrollt. Auf diese Weise schlägt nicht die gesamte Ankermasse auf ein­ mal auf eine Polfläche auf, sondern die Bewegungsenergie wird in kleinen Anteilen zeitlich versetzt freigegeben. Die einzel­ nen Teilbereiche kommen mit ihren jeweils geringeren Massen nacheinander mit den beiden Polflächen in Berührung, wobei sie ein Rollgeräusch verursachen, das einerseits eine wesent­ lich geringere maximale Schallamplitude im Vergleich zum Auf­ schlaggeräusch eines herkömmlichen Ankers besitzt und das an­ dererseits durch die Verteilung über einen etwas längeren Zeitraum auch als angenehmeres Klangbild empfunden wird. Zwar wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme, in Abhängigkeit von der sonstigen Konstruktion, der Einschaltvorgang um wenige Millisekunden, beispielsweise 2 ms, verzögert, doch fällt dies für die gewöhnlichen Einsatzzwecke derartiger Relais nicht ins Gewicht.

Erfindungsgemäß überbrückt der Anker zwei parallele Polflä­ chen des Kerns, indem er mit beiden Polflächen jeweils einen quer zur Hauptflußrichtung verlaufenden, keilförmigen Luftspalt bildet.

Auch ist es fertigungstechnisch besonders zweckmäßig, daß der Anker im Ruhezustand mit seinen Teilbereichen in einer Ebene ausgerichtet ist, während die jeweils den keilförmigen Luft­ spalt bildende Polfläche gegenüber der Ebene des Ankers einen spitzen Winkel bildet. Je nach der Gestaltung des Ankers und der angestrebten Schaltcharakteristik kann diese Gegenpolflä­ che eine Ebene oder eine gekrümmte Fläche bilden.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist das die Ankersegmente verbindende Federband Teil einer Ankerhal­ te- und -Rückstellfeder. Die Befestigung der Ankersegmente an diesem Federband ist auf verschiedene Arten möglich, bei­ spielsweise durch Verschweißen oder durch formschlüssige bzw. kraftschlüssige Steckverbindungen oder Rastverbindungen. Auch eine Verbindung der Ankersegmente durch eine Teilumspritzung mit elastischem Kunststoff ist anstelle des Federbandes oder zusätzlich zu diesem möglich.

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

Fig. 1 ein elektromagnetisches Relais mit einem erfin­ dungsgemäß gestalteten Magnetsystem,

Fig. 2 die Einzelteile des Relais von Fig. 1 in Ex­ plosionsdarstellung,

Fig. 3 eine vergrößerte, gedrehte Ansicht des Ankers aus Fig. 2,

Fig. 4 und 5 abgewandelte Ausführungsformen des Ankers von Fig. 2.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Relais besitzt auf einem Sockel 1 eine Spule 2, durch die ein Kern 3 gesteckt ist. Beide Enden des Kerns 3 sind mit jeweils einem Polschuh 4 bzw. 5 verbunden, von denen jeder eine leicht gekrümmte Polfläche 41 bzw. 51 aufweist. Ein Anker 6, der in dem Bei­ spiel aus fünf stabförmigen Segmenten 61 bis 65 besteht, ist quer über den beiden Polflächen 41 und 51 so angeordnet, daß jedes Segment eine magnetische Brücke zwischen den beiden Polflächen bildet. Die Segmente 61 bis 65 sind durch die noch zu beschreibende Kontaktfeder 7 so untereinander elastisch verbunden, daß sie in dem in Fig. 1 dargestellten Ruhezu­ stand alle in einer Ebene liegen und so gegenüber der ge­ krümmten Polfläche 41 einen keilförmigen Luftspalt 42 bzw. gegenüber der Polfläche 51 einen nicht sichtbaren keilförmi­ gen Luftspalt 52 bilden. Bei Erregung des Relais rollen die einzelnen Segmente 61 bis 65 nacheinander auf den beiden Polflächen 41 bzw. 51 ab.

Die Kontaktfeder 7 ist mit einem Befestigungsabschnitt 71 auf der Oberseite der beiden Polschuhe 4 und 5 befestigt, bei­ spielsweise durch Schweißverbindungen. Sie bildet ferner ei­ nen Kontaktabschnitt mit einem beweglichen Kontakt 78, der zwischen einem Ruhekontakt (Öffner) 8 und einem Arbeitskon­ takt (Schließer) 9 umschaltbar ist. Beide Festkontakte 8 und 9 sind jeweils über Anschlußelemente 81 bzw. 91 in dem Sockel 1 verankert. Für die Kontaktfeder 7 sind an den Polschuhen 4 und 5 jeweils Anschlußstifte 43 bzw. 53 angeformt. Die Spule 2 trägt an ihrem Spulenkörper 21 in üblicher Weise ebenfalls Spulenanschlüsse 22.

Der Kontaktabschnitt 72 der Kontaktfeder 7 verläuft beim dar­ gestellten Beispiel an der Innenseite des Ankers zwischen den beiden Polschuhen 4 und 5, und er ist mit dem etwas vergrö­ ßerten Ankersegment 64 verbunden. Zu beiden Seiten des Kon­ taktabschnittes 72 sind von der Kontaktfeder 7 zwei Federbän­ der 73 freigeschnitten, welche jeweils mit jedem der Anker­ segmente 61 bis 65 verbunden sind. Im vorliegenden Beispiel erfolgt diese Verbindung über Laser-Schweißnähte 74. Es sind jedoch auch andere Befestigungsarten möglich. Da die Feder­ bänder 73 jeweils zwischen dem Kontaktabschnitt 72 und den beiden Polschuhen 4 bzw. 5 liegen, behindern sie den Ankeran­ zug nicht.

Die Funktion des Relais ergibt sich aus dem geschilderten Aufbau. Im Ruhezustand bildet der Anker 6 mit seinen in einer Ebene ausgerichteten Segmenten 61 bis 65 den erwähnten keil­ förmigen Luftspalt 42 bzw. 52. Beim Anziehen rollen die ein­ zelnen Segmente aufgrund ihrer elastischen Verbindung über die Federbänder 73 nacheinander auf den beiden Polflächen 41 und 51 ab, beginnend mit dem Segment 61, welches den klein­ sten Abstand zu den Polflächen besitzt, bis hin zum letzten Segment 65. Da das Segment 64 mit dem Kontaktabschnitt 72 verbunden ist und den Kontakt schließt, könnte das letzte Segment 65 unter Umständen auch entfallen. Es hat jedoch in diesem Fall die Funktion, nach dem Schließen des Kontaktes den Kontaktdruck und die Kontaktsicherheit zu gewährleisten.

In einer Abwandlung der dargestellten Konstruktion könnte der aus Einzelsegmenten bestehende Anker 6 auch so gestaltet und gelagert sein, daß ein Ende der Segmente, beispielsweise in Fig. 1 das jeweils rechte Ende der Segmente 61 bis 65, auf einer zum Anker parallelen Polfläche abrollbar gelagert wäre. In diesem Fall wären also lediglich die in Fig. 1 linken En­ den der Segmente 61 bis 65 gegeneinander beweglich, so daß der Anker nur mit der Polfläche 41 den keilförmigen Luftspalt 42 bilden würde. Beim Anziehen des Ankers würden also ledig­ lich die linken Enden der Segmente 61 bis 65 auf der Polflä­ che 41 abrollen und den Magnetkreis schließen. Der Anker müß­ te also in diesem Fall in sich verwunden werden. Für bestimm­ te Anwendungsfälle wäre aber eine solche Konstruktion durch­ aus denkbar, wobei die Ankersegmente entsprechend gestaltet und miteinander verbunden werden müßten.

In einer weiteren Abwandlung wäre es auch denkbar, den Anker nicht aus einzelnen getrennten Segmenten, sondern insgesamt aus flexiblem, jedoch ferromagnetischem Material herzustel­ len. Auch in diesem Fall würde dann der Anker auf den Polflä­ chen bzw. auf einer Polfläche abrollen.

In den Fig. 4 und 5 sind Abwandlungen des Ankers von Fig. 1 gezeigt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die einzelnen Ankersegmente 61 bis 65 jeweils an beiden Enden mit einer Nut 66 versehen. Mit Hilfe dieser Nut 66 sind sie form­ schlüssig auf zwei außenliegende Federbänder 75 der Kontakt­ feder 7 aufgesteckt. Durch Einspritzen eines elastischen Kunststoffbandes in die Nuten 66 oder durch eine vergleichba­ re Umhüllung anstelle der Federbänder 75 oder zusätzlich zu diesen könnte ebenfalls eine elastische Verbindung der Anker­ segmente erzielt werden.

In der Ausführungsform von Fig. 5 sind die Segmente 61 bis 65 des Ankers 6 mit Hilfe von Rasthaken 76 an zwei Federbän­ dern 77 befestigt. Ansonsten ist das Relais wie in Fig. 1 aufgebaut.

Wie bei herkömmlichen Relais ist eine Kappe 10 vorgesehen, die zusammen mit dem Sockel 1 ein geschlossenes Gehäuse bil­ det. Ansonsten ist die erfindungsgemäße Ankerform in beliebi­ gen Relaissystemen einsetzbar. Beispielsweise kann die Betä­ tigung eines Kontaktsystems durch den Segment-Anker auch in­ direkt über einen Schieber erfolgen.

Claims (9)

1. Elektromagnetisches Relais mit

• 1. einer Spule (2),
• 2. einem die Spule (2) durchsetzenden, ferromagnetischen Kern (3) mit Polenden (4, 5), mit deren endseitigen Polflächen ein flexibler Anker (6) einen Arbeitsluftspalt bildet und auf denen er bei Erregung abrollt,
• 3. wobei der Anker (6) aus einer Mehrzahl von stabförmigen Segmenten (61-65) gebildet ist, die sich jeweils quer zur Abrollrichtung erstrecken und die durch mindestens ein ge­ meinsames Federband (73; 75; 77) verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) zwei parallele Polschuhe (4, 5) aufweist, deren Polflächen (41, 51) sich parallel nebeneinander in Abrollrichtung des An­ kers erstrecken, die mit dem Anker im Ruhezustand jeweils ei­ nen keilförmigen Luftspalt bilden und die bei Erregung des Relais durch die einzelnen Segmente des Ankers nacheinander überbrückt werden, wobei - beginnend bei einem Segment (61) mit kleinstem Luftspaltabstand zur Polfläche bis hin zu einem Kontaktbetätigungs-Segment (64) - jedes nachfolgende Segment (62-65) gegenüber dem vorhergehenden Segment (61-64) um einen zusätzlichen Abstand weiter von der Polfläche weg durch das mindestens eine elastische Federband (73; 75; 77) vorgespannt ist, welches sich außerhalb der beiden Luftspaltbereiche er­ streckt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) im Ruhezustand mit seinen Segmenten (61 bis 65) in einer Ebene ausgerichtet ist, während die jeweils den keilförmigen Luftspalt (42, 52) bildenden Polflächen (41, 51) gegenüber der Ebene des Ankers (6) einen spitzen Winkel bilden.

3. Relais nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) über das Kontaktbetätigungs-Segment (64) hinaus ein oder mehrere zusätzliche Segmente (65) aufweist, die eine noch größere Luftspaltöffnung als dieser aufweisen.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ band (73) Teil einer Ankerhalte- und Rückstellfeder (7) ist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ band (73) mit den einzelnen Segmenten (61 bis 65) des Ankers (6) verschweißt ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ band (75) durch Steckverbindungen (66) formschlüssig mit den einzelnen Segmenten (61 bis 65) verbunden ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ band (77) form- und kraftschlüssig durch Rastverbindungen (76) mit den einzelnen Segmenten (61 bis 65) des Ankers ver­ bunden ist.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmen­ te (61 bis 65) des Ankers (6) durch eine Teilumhüllung mit elastischem Kunststoff verbunden sind.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ band (73; 75; 77) zusätzlich eine Kontaktfeder (72) bildet, die mit dem Kontaktbetätigungs-Segment (64) verbunden ist.