DE19727863C1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents
Elektromagnetisches RelaisInfo
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- H01H51/2272—Polarised relays comprising rockable armature, rocking movement around central axis parallel to the main plane of the armature
- H01H51/2281—Contacts rigidly combined with armature
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit
- - einem Grundkörper aus Isolierstoff, welcher mit seiner Bo denseite eine Grundebene definiert, und in welchen An schlußbahnen für feststehende Kontaktelemente sowie An schlußelemente für feststehende und bewegliche Kontaktele mente eingeformt sind,
- - einem oberhalb des Grundkörpers angeordneten schwenkbaren Anker, dessen Drehachse parallel zur Grundebene verläuft,
- - einer über eine Isolierstoff-Umhüllung mit dem Anker fest verbundene Kontaktfederanordnung, die entsprechend der An kerbewegung mit den feststehenden Kontaktelementen des Grundkörpers zusammenwirkt und im Bereich der Ankerdrehach se zwei aus der Umhüllung ragende transversale Torsionsfe derstege aufweist, wobei die Kontaktfedern der Kontaktfe deranordnung und die Torsionsfederstege aus einer gemeinsa men Platine gefertigt sind,
- - einer Spule, deren Achse parallel zur Grundebene und senk recht zur Ankerdrehachse verläuft und deren Wicklungsan schlußelemente senkrecht durch die Grundebene treten, und
- - einem axial in der Spule angeordneten Kern, an dessen Enden sich zum Anker gerichtete Polschuhe anschließen, welche mit dem Anker mindestens einen Arbeitsluftspalt bilden,
Aus EP 0 197 391 B2 ist ein polarisiertes Relais bekannt,
dessen Anker von einem Paar Kontaktfedern getragen ist. Die
Kontaktfedern sind zusammen mit dem Anker beweglich und in
ihrem mittleren Bereich jeweils mit einem sich transversal
erstreckenden Dreharm ausgestattet, welcher fest mit einem
Kontaktstück an einem Grundkörper verbunden ist. Dabei sind
die Dreharme einstückig an die Kontaktfedern angeformt und
stellen elastische Torsionselemente mit begrenzter Deformier
barkeit dar. Jedoch besteht bei waagerecht stehenden Torsi
onsfederstegen ein Nachteil darin, daß die Torsionsfederstege
in nicht zu vernachlässigendem Maß auch Kräften in der Verti
kalen ausgesetzt sind, wodurch eine gleichbleibende Genauig
keit der Luftspalte zwischen Anker und Magnet bzw. Fest- und
Arbeitskontakten eingeschränkt ist. Ferner sind bei dem aus
EP 0 197 391 B2 bekannten Relais die Anschlußlappen der Tor
sionsfederstege nach unten weggebogen und in einer Ausnehmung
am Grundkörper mit Mittelkontaktanschlußstücken verbunden.
Hierdurch ist eine schlechtere Zugänglichkeit zu den Befesti
gungspunkten der Anschlußlappen der Torsionsfederstege an den
Mittelkontaktanschlußstücken gegeben, wodurch eine einfache
und genaue Justierung erschwert ist.
In DE 43 09 618 A1 ist ein polarisiertes elektromagnetisches
Relais beschrieben, welches einen Sockel mit feststehenden
Gegenkontaktelementen, eine Spule, einen Dauermagneten sowie
einen zwischen Sockel und Spule angeordneten Wippanker um
faßt. Der Wippanker ist mit beweglichen Kontaktelementen ver
bunden und über senkrecht zur Sockelgrundebene stehende La
gerbänder am Sockel gelagert. Die Lagerbänder dienen dabei
zugleich als Anschlüsse für die beweglichen Kontaktelemente.
Die Befestigung zwischen den Lagerbändern und als Anschluß
elemente ausgebildeten Lagerstutzen des Sockels erfolgt an
einer senkrecht zur Sockelgrundebene verlaufenden Ebene, wo
bei die Lagerbänder mit bogenförmigen Abschnitten in diese
senkrechte Ebene abgeknickt sind.
Aus DE 195 20 220 C1 ist ein polarisiertes elektromagneti
sches Relais bekannt, welches einen zwischen einem Sockel und
einer Spule angeordneten Wippanker besitzt. Der Wippanker
wird durch einen Dauermagneten jeweils in eine von zwei
Schaltpositionen gezogen. Im Sockel sind Festkontakte veran
kert, welche mit beweglichen Kontaktfedern zusammenwirken.
Die Kontaktfedern sind außerdem mit dem Dauermagneten verbun
den. Ein Grundkörper mit H-förmigen Querschnitt, welcher den
Sockel schachtelförmig übergreift, dient der Stabilisierung
der Konstruktion sowie der Trennung zwischen einem Kontak
traum und einem Spulenraum. Der Spulenraum ist zur Erhöhung
mechanischen Stabilität des Relais mit Vergußmasse gefüllt.
Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer zuverläs
sigen und verschleißarmen Ankerlagerung für ein Relais der
eingangs genannten Art, so daß eine höhere Genauigkeit der
Ankerbewegung gewährleistet ist, um die Zuverlässigkeit und
die Lebensdauer des Relais zu erhöhen. Weitere Zielsetzungen
betreffen die Miniaturisierung der Bauform und die Reduktion
der Anzahl notwendiger Relaisbauteile. Daneben wird eine ein
fache und schnelle Ausrichtbarkeit der Anker-Feder-Baugruppe
in vertikaler Richtung relativ zu den Festkontakten und den
Polschuhen angestrebt, wodurch bei der Montage die Einstel
lung von Kontaktdruck, Ankerhub und Ansprechspannung erleich
tert ist. Des weiteren gilt es, den Anker in einer möglichst
unverrückbaren Position relativ zu den Festkontakten und den
übrigen Elementen des Magnetsystems zu lagern, um sowohl eine
hohe Stoßfestigkeit als konstantbleibende Einstellungen der
Relaiskennwerte, wie Ankerhub, Kontaktdruck und Ansprechspan
nung, zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Torsions
federstege mit ihrer Blechebene senkrecht zur Grundebene aus
gerichtet und jeweils an einem senkrecht zur Grundebene aus
dem Grundkörper herausragenden Mittelkontaktanschlußstift be
festigt sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung schließen sich an den freien
Enden der Torsionsfederstege rechtwinklig aus deren Blechebe
ne abgebogene Verbindungsflächen an. Diese Verbindungsflächen
sind einstückig an die Torsionsfederstege angeformt und lie
gen an Verbindungsflächen der Mittelkontaktanschlußstifte an.
Dabei sind die Torsionsfederstege im Bereich der Anschlußflä
chen an ihren freien Enden rechtwinklig umgebogen und ver
breitert ausgeführt. Dies trägt zu einer guten Zugänglichkeit
der Befestigungspunkte und zu erweiterten Justierungsmöglich
keiten der Anker-Feder-Baugruppe bei. Die Befestigung der
Verbindungsflächen an den Mittelkontaktanschlußstiften er
folgt vorzugsweise durch Widerstandsschweißung oder Laser
schweißung. Durch die vertikalen, zueinander ausgerichteten
Verbindungsflächen ist die Anker-Feder-Baugruppe bei der Mon
tage von oben in den Grundkörper oder in einen Sockel ein
setzbar. Nach Erreichen eines gewünschten Kontaktabstandes
wird die Anker-Feder-Baugruppe am Grundkörper bzw. Sockel be
festigt.
Bei einer polarisierten Ausführungsform des Relais mit minde
stens einem zwischen den Polschuhen parallel zur Spulenachse
angeordneten Permanentmagneten, der an den Enden der Polschu
he eine gleichnamige Polarisierung erzeugt, läßt sich durch
Befestigung der Anker-Feder-Baugruppe in einer bereits ausge
lenkten Position auf mechanische Weise gezielt ein monostabi
les Verhalten des Relais voreinstellen. Dies ist beispiels
weise möglich durch die Wahl eines kleineren Kontaktabstandes
an den Öffnerkontakten als an den Schließerkontakten.
In einer weiteren Ausgestaltung umgreifen die Torsionsfeder
stege und die sich daran anschließenden Verbindungsflächen
die Kontaktanschlußstifte, wodurch eine günstigere Position
für die Anbringung von Schweißpunkten an den Verbindungsflä
chen der Torsionsfederstege und Mittelkontaktanschlußstifte
gegeben ist. Der Anker ist vorzugsweise über deformierbare,
vertikal stehende Zapfen der Umhüllung der Kontaktfederanord
nung mit den Kontaktfedern und der Umhüllung zu einer Anker-
Feder-Baugruppe verbunden. Der Anker ist auf die Zapfen der
Umhüllung aufsteckbar. Durch Deformation der Zapfen ist der
Anker fest mit der Umhüllung und den Kontaktfedern verbunden.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Anker im Bereich der
Ankerlagerung einen parallel zu Ankerdrehachse ausgebildeten
Lagersteg auf. Hierdurch ist der magnetische Widerstand zwi
schen dem Anker und benachbarten Elementen des Magnetsystems
reduziert, woraus sich eine Reduktion der Verluste im Magnet
kreis ergibt. Somit ist eine weitere Reduktion der Leistungs
aufnahme des Relais möglich.
Im Sinne einer Verringerung der Anzahl erforderlicher Relais
bauteile sind die Anschlußbahnen für die feststehenden Kon
taktelemente aus einer gemeinsamen Platine gefertigt, wobei
die zugehörigen Anschlußelemente durch senkrecht abgebogene
Anschlußlappen der Platine gebildet sind. Des weiteren ist
durch den Grundkörper ein Sockel des Relais gebildet, welcher
die Anker-Feder-Baugruppe aufnimmt, wobei die Spule oberhalb
des Sockels in einer Isolierstoffumhüllung angeordnet ist.
Durch die Umhüllung der Spule, einen über den Sockel gescho
benen Rahmen und die Bodenseite des Sockels ist ein kompaktes
Relaisgehäuse gebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an
hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Relais in teilweise geschnitte
ner perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 einen Sockel und eine Anker-Feder-Baugruppe des Re
lais gemäß Fig. 1 in explosionsartiger Darstellung,
Fig. 3 eine Kontaktfederanordnung und Mittelkontaktanschlüs
se des Relais gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 die Kontaktfederanordnung mit zugehöriger Umhüllung.
In Fig. 1 ist ein Relais zu sehen, dessen Gehäuse durch die
Bodenseite eines Grundkörpers 1 bzw. Sockels, einen über den
Grundkörper 1 geschobenen Rahmen 5 und eine Spulenumhüllung 6
gebildet ist. Durch die Bodenseite des Sockels als Grundebene
des Relais treten Wicklungsanschlußelemente 34 und Kontaktan
schlußelemente 11 hindurch. Die Wicklungsanschlußelemente 34
sind in den Grundkörper 1 umgreifende Flanschfortsätze eines
Spulenkörpers eingebettet. Oberhalb des Grundkörpers 1 und
unterhalb einer Spule 3 ist eine Anker-Feder-Baugruppe 2
(siehe auch Fig. 2) angeordnet, bestehend aus einem Anker 21
und zwei Kontaktfedern 23, welche von einer Isolierstoffum
hüllung 27 umgeben sind. Bandförmige Torsionsfederstege 25,
deren Blechebene senkrecht zur Grundebene ausgerichtet ist,
ragen seitlich aus der Federumhüllung 27 heraus. An die Tor
sionsfederstege 25 schließen sich einstückig angeformte Ver
bindungsflächen 26 an, welche rechtwinklig aus der Blechebene
der Torsionsfederstege 25 abgebogen sind. Die Torsionsfeder
stege 25 und die Verbindungsflächen 26 bilden Arme, welche
die Mittelkontaktanschlußstifte 12 umgreifen. Die Mittelkon
taktanschlußstifte 12 besitzen ihrerseits ebenfalls an den
Verbindungsflächen 26 der Torsionsfederstege 25 anliegende
Verbindungsflächen 13 (siehe dazu Fig. 2 und Fig. 3). Die
Befestigung der Verbindungsflächen 26 an den Verbindungsflä
chen 13 der Mittelkontaktanschlußstifte 12 erfolgt mittels
Schweißen.
Um den magnetischen Widerstand zwischen Anker 21 und einem
darüber zwischen zwei Polschuhen 32 angeordneten Permanentma
gneten 33 zu reduzieren, ist am Anker 21 im Bereich der An
kerdrehachse ein transversaler Lagersteg 22 ausgebildet. Der
Permanentmagnet 33 erzeugt an den Enden der Polschuhe 32,
welche sich senkrecht nach unten weisend an den freien Enden
eines axial in der Spule 3 angeordneten Kerns 31 anschließen,
eine gleichnamige Polarisierung, wodurch zwei bistabile Ar
beitsstellungen des Ankers 21 möglich sind. Durch eine ent
sprechende schräge Ausrichtung der Anker-Feder-Baugruppe 2
(siehe auch Fig. 2) kann monostabiles Verhalten für das Re
lais erzielt werden.
In den aus Isolierstoff bestehenden Sockel 4 sind aus einer
gemeinsamen Platine gefertigte Anschlußbahnen 14 für Festkon
takte 16 eingebettet. Die Festkontakte 16 sind auf die An
schlußbahnen 14 aufgeschweißt (Fig. 1). Die Kontaktanschlußelemente
sind durch nach unten abgebogene Anschlußlappen 15 (siehe auch
Fig. 3) der gemeinsamen Platine für die Anschlußbahnen 14
gebildet. Entsprechendes gilt für die Mittelkontaktanschlüs
se, welche ebenfalls durch abgebogene Anschlußlappen der An
schlußbahnen 14 gebildet sind (Fig. 3). Die Mittelkontaktan
schlußstifte 12 sind durch nach oben weggebogene Anschlußlap
pen gebildet, während die Anschlußelemente 11 der Mittelkon
takte nach unten weggebogen sind und durch die Bodenseite des
Sockels 4 hindurchragen.
Anhand der Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß die Anker-
Feder-Baugruppe 2 zwei voneinander getrennte, parallel ver
laufende Kontaktfedern 23 enthält, die an ihren Enden aufge
schweißte Schaltkontakte tragen. Die Kontaktfedern 23 sind
aus einer gemeinsamen Platine vorgefertigt und durch eine
Isolierstoffumhüllung 27 umgeben. Da die Verbindungsfächen 26
der Torsionsstege 25 und die Verbindungsfächen 13 der Mittel
kontaktanschlußstifte 12 in einer Ebene senkrecht zur Grund
ebene aneinander anliegen, ist die Anker-Feder-Baugruppe 2
bei der Montage von oben in den Sockel 4 einsetzbar. Bei Er
reichen eines gewünschten Kontaktabstandes werden die Verbin
dungsfächen 26 an die Verbindungsfächen 13 der Mittelkon
taktanschlußstifte 12 angeschweißt. Die Federumhüllung 27
weist senkrecht nach oben stehende deformierbare Befesti
gungszapfen 28 auf, auf welche der Anker 21 aufgesteckt ist.
Durch Verformen dieser Befestigungszapfen 28 ist der Anker 21
mit den Kontaktfedern 23 und der Federumhüllung 27 zu einer
Anker-Feder-Baugruppe 2 fest verbunden. Ferner sind die Kon
taktfedern 23 an ihren freien Enden geschlitzt, wodurch deren
Biegsamkeit erhöht ist.
Die Bildung der vertikal stehenden Torsionsfederstege 25 wird
durch Fig. 3 veranschaulicht. Die Blattfedern 23 weisen in
ihrem Mittelbereich parallel verlaufende Seitenarme auf, an
deren freien Enden sich jeweils ein rechtwinklig nach außen
geführter Torsionsfedersteg 25 anschließt. Die Torsionsfeder
stege 25 sind nach oben umgebogen, wodurch die zur Grundebene
senkrechte Ausrichtung ihrer Blechebene hergestellt ist. Um
zu vermeiden, daß die Torsionsfederstege 25 im Übergangsbe
reich zwischen den Seitenarmen 24 und den Torsionsfederstegen
25 lediglich auf Biegung beansprucht sind, sind die Kontakt
federn 23 in ihrem Mittelbereich soweit mit einer Umhüllung
27 umgeben, daß lediglich die freien Endabschnitte der Kon
taktfedern 23 und die vertikal stehenden Torsionsfederstege
25 aus der Umhüllung 27 herausragen (siehe dazu Fig. 4).
Da die blattfederartigen Federstege 25 Torsionsbelastungen
ausgesetzt sind, ist auf diese Weise unabhängig von der Dicke
der Kontaktfedern 23 eine höhere Federrate erreichbar als mit
auf Biegung beanspruchten Federstegen. Aufgrund der hohen
Steifigkeit der Torsionsfederstege 25 in der Vertikalen ist
ein weitestgehend konstanter Abstand zwischen dem Anker 21
und dem Permanentmagneten 33 gegeben. Insbesondere ergibt
sich durch die senkrecht stehenden Torsionsfederstege 25 eine
sehr hohe Stoßfestigkeit des Relais.
Des weiteren läßt sich durch die gute Zugänglichkeit des Be
festigungspunktes der Torsionsfederstege 25 an den Mittelkon
taktanschlußstiften 12 bei der Montage schnell und einfach
der gewünschte Kontaktabstand einstellen. Darüber hinaus ist
bei der Montage der gewünschte Ankerhub dadurch auf einfache
Weise einstellbar, daß die Spule 3 mit dem Permanentmagneten
33 auf die Sockelbaugruppe schiebbar ist, bis der gewünschte
Ankerhub eingestellt ist. Dabei klemmt die Spule 3 mit nach
unten gerichteten Flanschfortsätzen des Spulenkörpers auf dem
Sockel 4.
Claims (8)
1. Elektromagnetisches Relais mit
- 1. einem Grundkörper (1) aus Isolierstoff, welcher mit seiner Bodenseite eine Grundebene definiert, und in welchen An schlußbahnen (14) für feststehende Kontaktelemente (16) so wie Anschlußelemente (11) für feststehende (16) und beweg liche Kontaktelemente (23) eingeformt sind,
- 2. einem oberhalb des Grundkörpers (1) angeordneten schwenkba ren Anker (21), dessen Drehachse parallel zur Grundebene verläuft,
- 3. einer über eine Isolierstoff-Umhüllung (27) mit dem Anker (21) fest verbundene Kontaktfederanordnung, die entspre chend der Ankerbewegung mit den feststehenden Kontaktele menten (16) des Grundkörpers (1) zusammenwirkt und im Be reich der Ankerdrehachse zwei aus der Umhüllung (27) ragen de transversale Torsionsfederstege (25) aufweist, wobei die Kontaktfedern (23) der Kontaktfederanordnung und die Torsi onsfederstege (25) aus einer gemeinsamen Platine gefertigt sind,
- 4. einer Spule (3), deren Achse parallel zur Grundebene und senkrecht zur Ankerdrehachse verläuft und deren Wicklungs anschlußelemente (34) senkrecht durch die Grundebene tre ten, und
- 5. einem axial in der Spule (3) angeordneten Kern (31), an dessen Enden sich zum Anker (21) gerichtete Polschuhe (32) anschließen, welche mit dem Anker (21) mindestens einen Ar beitsluftspalt bilden,
2. Relais nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sich an den
freien Enden der Torsionsfederstege (25) rechtwinklig aus de
ren Blechebene abgebogene Verbindungsflächen (26) anschlie
ßen, welche einstückig an die Torsionsfederstege (25) ange
formt sind und an Verbindungsflächen (13) der Mittelkontakt
anschlußstifte (12) anliegen.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Torsi
onsfederstege (25) und die sich daran anschließenden Verbin
dungsflächen (26) die Mittelkontaktanschlußstifte (12) um
greifen.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anker
(21) über vertikal stehende Zapfen (28) der Umhüllung (27)
mit den Kontaktfedern (23) und der Umhüllung (27) zu einer
Anker-Feder-Baugruppe (2) verbunden ist.
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anker
(21) im Bereich der Ankerlagerung einen parallel zur Anker
drehachse ausgebildeten Lagersteg (22) aufweist.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die An
schlußbahnen (14) für die feststehenden Kontaktelemente (16)
aus einer gemeinsamen Platine gefertigt sind, und daß die An
schlußelemente (11) durch senkrecht abgebogene Anschlußlappen
(15) der Platine gebildet sind.
7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein stabförmiger Permanentmagnet (33), welcher parallel zur
Spulenachse zwischen den Polschuhen (32) angeordnet ist, an
den Enden der Polschuhe (22) eine gleichnamige Polarisierung
erzeugt.
8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß durch den
Grundkörper (1) ein Sockel (4) des Relais gebildet ist, wel
cher die Anker-Feder-Baugruppe (2) aufnimmt, daß die Spule
(3) oberhalb des Sockels angeordnet und von einer Isolier
stoff-Umhüllung (6) umgeben ist, und daß ein über den Sockel
(4) geschobener Rahmen (5) mit der Umhüllung (6) der Spule
(3) ein Gehäuse für das Relais bildet.
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