DE19913903C1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einer Spule 1, einem Kern 2, einem Dreipol-Permanentmagnet 3, einem Anker 4, beweglichen und festen Kontakten 5, 6, einer Ankerfeder 12, einer Kontaktfeder 6 und einem Sockelelement 8. Die Ankerfeder und die Kontaktfeder sind aus einer flexiblen Leiterplatte gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, wel­ ches ein Magnetsystem, einen Anker, eine Ankerfeder, eine Kontaktfeder sowie bewegliche und feststehende Kontakte auf­ weist.

Bei herkömmlichen Relais ist die Kontaktfeder und die Anker­ feder aus Metallbändern ausgestanzt und mit Kunststoff um­ spritzt. Die beweglichen Kontakte sind auf dem gestanzten Me­ tallband durch Widerstands- oder Laserschweißen befestigt.

Die herkömmlichen Relais haben den Nachteil, daß das Stanzen von Metallband hohe Werkzeugkosten verursacht. Die Verwendung von Metallband bedingt eine geringe Flexibilität hinsichtlich der Federkennwerte. Wegen der aufwendigen Stanzwerkzeuge ist man zudem in der Formgestaltung der Federn stark einge­ schränkt. Darüber hinaus verziehen sich die Metallbänder wäh­ rend des Stanzens; ein Problem, das um so schwerer wiegt, je dünner die verwendeten Bänder in immer weiter miniaturisier­ ten Relais werden. Der nachfolgende Schweißprozeß führt zudem zu einer weiteren Deformation der Federn. Daraus resultiert eine große Streubreite in den Abmessungen der Relaisfedern, was eine hohe Ausfallwahrscheinlichkeit der Relais zur Folge hat und mithin zu einem hohen Ausschuß in der Fertigung führt. Nach dem Zusammenbau der Relais werden diese z. B. durch Reflow-Löten montiert. Gewöhnlich beim Umspritzen ver­ wendete thermoplastische Kunststoffe weisen eine unzureichen­ de thermische Stabilität gegenüber den beim Reflow-Löten auf­ tretenden Temperaturen auf. Zur Verbesserung der thermischen Belastbarkeit kommen daher auch hochwärmebeständige Kunst­ stoffe zum Einsatz, die extrem teuer sind.

Aus der DE 197 27 863 C1 ist ein elektromagnetisches Relais bekannt, bei dem die ge­ stanzte Kontaktfeder teilweise in Isolierstoff eingehüllt ist. Die Ankerfeder wird durch Tor­ sions-Federstege gebildet, die durch Biegen von Teilen der Kontaktfeder gebildet sind.

Aus der DE 30 45 006 A1 ist ein Relais bekannt, dessen Kontaktfederenden mit einer Leiterbahnfolie einer flexiblen Leiterplatte verbunden werden. Diese Anordnung und Ver­ bindung betrifft allerdings nicht die Kontaktfeder und die Ankerfeder des Relais.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Relais bereitzustellen, bei dem die Anker­ feder und die Kontaktfeder unter Vermeidung hoher Werkzeug- und Fertigungskosten bei gleichzeitig verminderter Streubreite in den Federabmessungen hergestellt sind. Zudem wird eine erhöhte Wärmebelastbarkeit der Federn angestrebt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Relais nach An­ spruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung besteht in einem elektromagnetischen Relais mit einer Spule, einem Kern, einem Dreipol-Permanentmagnet, einer die Spule, den Kern und den Dreipol-Permanentmagnet aufneh­ menden Relaisumhüllung, einem Ankerfederbefestigungselement, einer am Ankerfederbefestigungselement befestigten Ankerfe­ der, einer an der Ankerfeder befestigten oder mit der Anker­ feder einstückig verbundenen, bewegliche Kontakte aufweisen­ den Kontaktfeder, einem an der Kontaktfeder befestigten, um eine Querachse drehbaren Anker, einem gegenüber den bewegli­ chen Kontakten positionierten, feste Kontakte aufweisenden Sockelelement aus Kunststoff und elektrischen Anschlußelemen­ ten für die Spule, die beweglichen und die festen Kontakte, wobei die Ankerfeder und die Kontaktfeder aus einer flexiblen Leiterplatte gebildet sind.

Durch die erfindungsgemäße Bildung von Ankerfeder und Kon­ taktfeder aus einer flexiblen Leiterplatte kann das Relais durch Nutzung von Standardtechnologien und -werkstoffen der Leiterplattenfertigung ohne teuere Spezial-Stanzwerkzeuge hergestellt werden. Durch das Vermeiden von Metallstanzen wird eine höhere Formtreue der Federn erreicht.

Besonders vorteilhafterweise verwendet man Leiterplatten, die verstärkte duroplastische Kunststoffe, die bei Temperaturen oberhalb 200°C formstabil sind, umfassen. Dadurch ist es problemlos möglich, die thermische Stabilität gegen die beim Reflow-Löten auftretenden Temperaturen von etwa 200°C oder darüber zu erreichen.

Darüber hinaus besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die beweglichen Kontakte als selektiv mit Kontaktmaterial beschichtete Leiterplattenflächen ausge­ bildet sind. Eine solche selektive Beschichtung der Leiter­ platte kann beispielsweise durch Galvanisieren erfolgen. Durch den Verzicht auf das Aufschweißen der Kontakte auf die Kontaktfedern können diese sich nicht so leicht verziehen, was die Streubreite in den Federabmessungen stark vermindert.

Je nach geforderter Lebensdauer oder zu schaltender Last kön­ nen die beweglichen Kontakte als in die Kontaktfeder einge­ preßte oder eingenietete Massivkontakte ausgebildet werden. Ebenfalls ist es möglich, die beweglichen Kontakte mit Leit­ kleber oder Lot an der Kontaktfeder zu befestigen. In beiden Fällen kann insbesondere auf Schweißen verzichtet werden.

Beim erfindungsgemäßen Relais können vorteilhafterweise je nach Verfügbarkeit und benötigten Federkennwerten ein- oder mehrlagige flexible Leiterplatten eingesetzt werden.

Eine vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein in das Sockelelement eingepreßter Anschlußstift gleichzeitig als Anschlußelement für die beweglichen Kontakte und als Befestigungselement für die Ankerfeder verwendet wird. Auf ein separates Ankerfederbefestigungselement kann also in diesem Fall verzichtet werden.

Weiterhin ist eine Ausführungsform besonders vorteilhaft, bei der die Ankerfeder und die Kontaktfeder einstückig aus einer Feder gebildet sind, die auf einer auf dem Sockelelement be­ festigten Auflage aufliegt. Die Abstände zwischen beweglichen und festen Kontakten sowie der Kontaktüberhub können somit auf einfache Weise durch die Dicke der Auflage eingestellt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist ein Relais, bei dem die Ankerfeder als S geformt und direkt auf dem Sockele­ lement befestigt ist. Auch in diesem Fall kann auf ein sepa­ rates Ankerfederbefestigungselement verzichtet werden.

Auf besonders einfache und damit vorteilhafte Weise kann man die Federsteifigkeit der Ankerfeder durch Hinterlegen der flexiblen Leiterplatte mit Federstreifen anpassen. Durch die Verwendung von fertig vorgeformten Federhalbzeugen in Band­ form für die Verstärkung der Leiterplatte kann auf teuere Spezial-Stanzwerkzeuge verzichtet werden.

Besonders vorteilhafterweise wird die Verbindung zwischen Kontaktfeder und Anker durch einfaches Kleben hergestellt, da wegen der isolierenden Eigenschaften der flexiblen Leiter­ platten keine zusätzliche elektrische Isolation notwendig ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Relais im schematischen Querschnitt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Relais im schematischen Querschnitt.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Relais im schematischen Querschnitt.

Fig. 1 zeigt ein Relais mit einem Magnetsystem, welches aus einer Spule 1, einem Kern 2, einem Dreipol-Permanentmagnet 3 und einer die Spule, den Kern und den Dreipol-Permanentmagnet aufnehmenden Relaisumhüllung 15 besteht. Die Relaisumhüllung ist auf einem Sockelelement 8 montiert. Die elektrischen An­ schlußelemente für die Spule, die beweglichen und die festen Kontakte 5, 9 sind durch in das Sockelelement eingepreßte An­ schlußstifte 10 realisiert. Der Spulenanschlußstift 11 ver­ läuft innerhalb der Relaisumhüllung. Der etwa in der Mitte des Sockelelementes angeordnete Anschlußstift für die beweg­ lichen Kontakte ist in das Relaisinnere hinein verlängert und dient gleichzeitig als Ankerfederbefestigungselement. Die Ankerfeder 12 ist mit einem Ende beispielsweise durch Punkt­ schweißen an diesem Anschlußstift befestigt. An ihrem anderen Ende ist die Ankerfeder fest mit der Kontaktfeder 6 und dem Anker 4 verbunden. Die Verbindung zwischen Anker, Kontaktfe­ der und Ankerfeder wird durch die Kunststoff-Umspritzung 7 realisiert. An den äußeren Enden der Kontaktfeder sind die beweglichen Kontakte angeordnet. Auf dem Sockelelement 8, ge­ genüber den entsprechenden beweglichen Kontakten 5, sind die festen Kontakte 9 angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein Relais mit einer auf einem Sockelelement 8 befestigten, ein Magnetsystem aufnehmenden Relaisumhüllung 15 wie in Fig. 1 dargestellt. Die Kontaktierung von Spule 1, beweglichen und festen Kontakten 5, 9 erfolgt durch das durch­ kontaktierte Sockelelement, das auf seiner dem Magnetsystem abgewandten Seite Lotkugeln 14 aufweist. Das Ankerfederbefe­ stigungselement ist eine auf dem Sockelelement angeordnete Auflage 13. Auf dieser Auflage liegt ein Federelement 6,12 in Form eines Kreuzes auf. Das Federelement realisiert einstüc­ kig die Ankerfeder und die Kontaktfeder. Die in Richtung der Ankerdrehachse verlaufenden Schenkel des Kreuzes sind durch einen metallischen Federstreifen 16 verstärkt. Dadurch wird der Federkennwert für die Funktion als Anker-Torsionsfeder angepaßt. Die übrigen Arme des Kreuzes bilden die Kontaktfe­ der. An den Enden der Kontaktfeder sind bewegliche Kontakte 5 angeordnet. Gegenüber den beweglichen Kontakten sind auf dem Sockelelement feste Kontakte 9 angeordnet. Der Anker 4 ist mit dem Federelement durch Kleben verbunden.

Fig. 3 zeigt ein elektromagnetisches Relais mit einem Ma­ gnetsystem, einer Relaisumhüllung 15 und einem Sockelelement 8 mit Lotkugeln 14 wie in Fig. 2 dargestellt. Auch die Kon­ taktierung von Spule 1, beweglichen Kontakten 5 und festen Kontakten 9 erfolgt wie bei dem in Fig. 2 dargestellten elektromagnetischen Relais. Die Ankerfeder 12 ist als S ge­ formt und mit einem Ende unter Verzicht auf ein Ankerfederbe­ festigungselement direkt auf dem Sockelelement durch Punkt­ schweißen befestigt. Das andere Ende des Ankerfeder ist mit der Kontaktfeder 6 verschweißt. Die Kontaktfeder ist mit dem Anker 4 durch zwei Kunststoff-Umspritzungen 7 fest verbunden. An den äußeren Enden der Kontaktfeder sind bewegliche Kontak­ te angeordnet. Gegenüber den beweglichen Kontakten sind auf dem Sockelelement feste Kontakte angeordnet.

Claims (10)

1. Elektromagnetisches Relais mit

• - einer Spule (1),
• - einem Kern (2),
• - einem Dreipol-Permanentmagnet (3),
• - einer die Spule, den Kern und den Dreipol- Permanentmagnet aufnehmenden Relaisumhüllung (15),
• - einem Ankerfederbefestigungselement,
• - einer am Ankerfederbefestigungselement befestigten Ankerfeder (12),
• - einer an der Ankerfeder befestigten oder mit der Anker­ feder einstückig verbundenen, bewegliche Kontakte (5) aufweisenden Kontaktfeder (6),
• - einem an der Kontaktfeder befestigten, um eine Querach­ se drehbaren Anker (4),
• - einem gegenüber den beweglichen Kontakten positionier­ te, feste Kontakte (9) aufweisenden Sockelelement (8) aus Kunststoff und
• - elektrischen Anschlußelementen (10, 11, 14) für die Spu­ le, die beweglichen und die festen Kontakte, wobei die Ankerfeder und die Kontaktfeder aus einer flexiblen Leiterplatte gebildet sind.

2. Relais nach Anspruch 1, wobei die flexible Leiterplatte verstärkte duroplastische Kunststoffe, die bei Temperaturen oberhalb 200°C formstabil sind, umfaßt.

3. Relais nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die beweglichen Kontakte (5) als selektiv mit Kontakt­ material beschichtete Leiterplattenflächen ausgebildet sind.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beweglichen Kontakte (5) als in die Kontaktfeder (6) eingepreßte, eingenietete oder mit Leitkleber oder Lot an der Kontaktfeder befestigte Massivkontakte ausgebildet sind.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die flexible Leiterplatte mehrlagig ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ankerfederbefestigungselement und das elektri­ sche Anschlußelement für die beweglichen Kontakte (5) ein in das Sockelelement (8) eingepreßter Anschlußstift (10) ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ankerfederbefestigungselement eine auf dem Soc­ kelelement (8) befestigte Auflage (13) ist.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ankerfeder (12) als S geformt ist und das Ankerfederbefestigungselement das Sockelelement (8) ist.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die flexible Leiterplatte mit metallischen Feder­ streifen (16) hinterlegt ist, um die Federkennwerte anzu­ passen.

10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verbindung zwischen Kontaktfeder (6) und Anker (4) durch Kleben hergestellt ist.