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Elektromagnetisches Relais
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais mit
einem einteilig aus Kunststoff gefertigten Spulenkörper und mit einem im Spulenrohr
in Axialrichtung verlaufenden Kontaktraum, in welchem ein an seinem Ende federnd
gelagerter Anker mit seinem freien Ende zwischen zwei Polblechen bewegbar ist.
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Bei bekannten Relais dieser Art mit einem innerhalb des Spulenkörpers
angeordneten Kontaktraum sind vielfach zumindest die Polbleche in den Spulenkörper
bzw. in eine Spulenkörperhälfte eingespritzt. Dies hat den Nachteil, daß ihre Pol-
bzw. Kontaktflächen beim Umspritzen erheblich verunreinigt werden und in aufwendiger
Weise wieder gereinigt werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Relais so zu gestalten,
daß alle kontaktgebenden Teile erst nach dem Aufbringen der Spulenticklung in den
den Kontaktraum bildenden Spulenkörper eingebracht werden können, wobei ihre richtige
Positionierung zueinander in einfacher Weise möglich sein soll. Das Relais soll
eine hohe Ansprechempfindlichkeit haben und ohne konstruktive Änderung mit einer
monostabilen oder mit einer bistabilen Charakteristik ausführbar sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Relais der eingangs
erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Polbleche einerseits und ein Ankerträger andererseits
im Kontaktraum durch Steckbefestigung in achsparallelen Führungsnuten befestigt
sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Steckbefestigung können die kontaktgebenden
und flußführenden Teile nach dem Spulenwickeln in den Spulenkörper eingebracht werden;
der Kontaktraum kann unmittelbar danach durch Abdeckelemente bzw. durch eine Schutzkappe
verschlossen werden, so daß die Gefahr der Verunreinigung der Kontaktflächen während
der Fertigung ausgeschaltet werden kann.
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Durch die Steckbefestigung der Polbleche in achsparallelen Nuten ist
es auch möglich, den Arbeitsluftspalt in die Nähe der Spulenmitte zu verlegen, wodurch
das Relais aufgrund der hohen Flußdichte besonders ansprechempfindlich wird. In
diesem Fall kann zwischen den langen flachen Polblechen ein Dauermagnet großflächig
angekoppelt werden. Der in Richtung seiner kurzen Achse polarisierte Dauermagnet
kann dabei mit einer niedrigen Höhe auskommen, so daß die gesamte Höhe des Relais
sehr gering gehalten werden kann. Die erforderliche Isolation zwischen den beiden
Polblechen, die gleichzeitig als Kontaktelemente dienen, kann beispielsweise durch
eine über den Magneten gestülpte, wannenförmig gezogene Isolierfolie oder auch durch
einen Lacküberzug erreicht werden. Schließlich können die bis in die Spulenmitte
reichenden Gegenpol stücke mit ihren relativ großen Querschnitten gut die in der
Spule entstehende Wärme abführen.
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Der gleichzeitig als Kontakt dienende Anker besteht zweckmäßigerweise
aus zwei in einer Ebene nebeneinander angeordneten, starren ferromagnetischen Blechen,
welche mittels einer gemeinsamen Ankerfeder an einem Träger befestigt sind. Durch
die Verwendung von zwei Ankerstücken erhält man eine Doppelkontaktgabe und damit
eine höhere Zuverlässigkeit des Relais. Die Ankerstücke können beispielsweise durch
Punktschweißen mit der Ankerfeder verbunden sein, welche ihrerseits zweckmäßigerweise
aus magnetisch gut leitendem Material'besteht. Dabei ist es zweckmäßig, zum Erzielen
unterschiedlicher Eigenfrequenzen der Ankerstücke die Federlängen unterschiedlich
zu wählen, z.B. durch versetzte Anordnung der Schweißpunkte.
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Als Träger für den Anker kann ein Magnetkern dienen, der im Spulenkörper
bzw. in den Nuten des Spulenkörpers auf einer
möglichst breiten
Basis aufliegt. Die Ankerfeder wird zwecEmgssigerweise an dem dem Anker entgegengesetzten
Ende des Kerns befestigt, um eine möglichst große freie Federlänge zu gewährleisten.
Die freie Bewegung der Ankerfeder wird durch Abkröpfen oder durch Prägen des zum
Anker hinführenden Kernstückes erreicht. Eine Justiermöglichkeit für den Anker kann
beispielsweise dadurch vorgesehen werden, daß die Ankerfeder an einer freigeschnittenen
Zunge befestigt ist, welche zur Justierung gebogen werden kann. Diese Zunge kann
durch eine T-förmige Gestaltung eine Sollbiegestelle aufweisen. Eine andere Justiermöglichkeit
besteht darin, mittels eines Stempels auf den freien Teil der Ankerfeder zu drücken
und sie damit zum Kern hin zu biegen. Zum Einführen des Justierstempels im Spulenkörper
kann eine entsprechende Öffnung vorgesehen werden.
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Der Luftspalt zwischen dem Kern und dem Anker bzw. zwischen den beiden
Ankerstücken sollte möglichst klein gehalten werden.
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Dabei kann es zweckmäßig sein, durch entsprechende Gestaltung des
Ankers diesen Luftspalt außerhalb der Spulenwicklung anzuordnen; wegen der dort
geringeren Flußdichte läßt sich auf diese Weise der Einfluß des magnetischen Widerstandes
dieses Luftspaltes verringern.
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Eine weitere Verringerung des magnetischen Widerstandes im Relais
kann dann erreicht werden, wenn der Anker direkt an die magnetische Flußrückführung,
also beispielsweise eine ferromagnetische Kappe, angekoppelt wird. Dann kann der
Kern entfallen und damit auch die Ubergangsstelle zwischen Kern und Flußrückführung.
Es bleibt als Luftspalt lediglich die Übergangsstelle vom Anker zur Flußrückführung,
die natürlich elektrisch isoliert werden muß. Die Ankerfeder kann in diesem Fall
an einem Kunststoffträger befestigt sein, der seinerseits in den Spulenkörper einsteckbar
ist.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht einen
gemeinsamen Kunststoffträger für den Anker und für die
Gegenpolbleche
vor. Dabei können die Gegenpolbleche und der zwischen ihnen angeordnete Dauermagnet
zunächst in Nuten des Kunststoffträgers angeordnet werden, an welchem auch der Anker
bereits befestigt wird. Diese Magneteinheit kann gesondert geprüft und dann in den
bewickelten Spulenkörper eingeschoben werden.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, die beiden Gegenpolbleche
zusammen mit Kunststoff zu umspritzen und dann gemeinsam in den Spulenkörper einzustecken.
Eine solche umspritzte Einheit kann gleichzeitig den Kontakt raum nach der einen
Stirnseite hin abdichten. Ansonsten kann der Abschluß des Kontaktraumes gegenüber
äußeren Einflüssen mittels Folien vorgenommen werden, die gleichzeitig die Kontakte
gegenüber der als Flußrückführung dienenden Kappe isolieren. Der verbleibende Raum
zwischen der Spule und der Schutzkappe kann weiterhin mit Gießharz gefüllt werden,
um das Relais waschbar und weitgehend gasdicht zu machen.
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Schließlich ist es auch zweckmäßig, die in den Nuten eingesteckten
Teile des Magnetsystems durch Ultraschall zu fixieren.
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Dabei können am Ankerträger bzw. an den Gegenpolblechen jeweils Ausnehmungen
vorgesehen sein, welche durch gezielte Deformation des Spulenkörpers ausgefüllt
werden können.
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Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 - 3 ein erfindungsgemäßes Relais mit eingesteckten
Magnetsystemteilen in drei verschiedenen Ansichten, Fig. 4 einen Ausschnitt aus
Fig.1 mit etwas abgewandeltem Kern, Fig. 5 eine Ausführungsform mit einem abgewinkelten
Polblech,
Fig. 6 eine Ausführungsform mit gemeinsam umspritzten
Polblechen, Fig. 7 eine Ausführungsform mit direkt an die Flußrückführung angekoppeltem
Anker, Fig. 8 und 9 einen gemeinsamen Kunststoffträger für den Anker und die Polbleche.
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Das in den Fig.1-3 dargestellte Relais besitzt einen einteiligen Kunststoffspulenkörper
1 mit der Wicklung 26, der in seinem Inneren einen Kontaktraum 2 bildet. In diesem
Kontaktraum 2 sind zwei Polstücke 3 und 4 angeordnet, zwischen deren freien kontaktgebenden
Enden 3a und 4a ein Anker 5 Schaltbewegungen ausführt. Als Träger für den Anker
5 dient ein Kern 6, der ebenso wie die Gegenpolbleche 3 und 4 in achsparallele Nuten
7,7', 8,8' und 9 des Spulenkörpers 1 eingesteckt ist. Zusätzlich können diese eingesteckten
Teile durch Ultraschall fixiert werden.
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Der thermoplastische Spulenkörper 1 kann dabei so verformt werden,
daß er beispielsweise mit Vorsprüngen 10 in Ausnehmungen 11 des Kerns 6 eingreift.
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Der als bewegbarer Kontakt ausgebildete Anker 5 besteht aus zwei gleichen
flachen Ankerteilen 5a und 5b (Fig.2) aus Weicheisen, die über eine flache Feder
12 mit dem tragenden Kern 6 durch Punktschweißen verbunden sind. Zum Erzielen unterschiedlicher
Eigenfrequenzen der Ankerstücke sind die Federlängen unterschiedlich gewählt, das
heißt, die Schweißpunkte 13 und 14 bzw. 15 und 16 haben unterschiedliche Abstände
voneinander.
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Der Kern ist so ausgebildet, daß er im Spulenkörper in den Nuten 7
und 7' auf einer breiten Basis aufliegt. Zur Erzielung einer guten Federcharakteristik
ist die Ankerfeder 12 an dem dem Kern 5 entgegengesetzten Ende des Kerns 6, und
zwar an einer frei geschnittenen Zunge 17 befestigt. Diese Justierzunge 17 ist T-förmig
ausgebildet und besitzt damit eine Sollbiegestelle 18 zur Ankertustierung. Die freie
Bewegung der Ankerfeder wird dadurch gewährleistet, daß die Justierzunge 17 nach
oben
abgekröpft ist. Den gleichen Zweck kann man auch durch eine Prägung des Kerns nach
unten erreichen, wie dies in Fig.4 schematisch dargestellt ist. Dort ist der Kern
6' unter der Ankerfeder 12 geprägt, so daß die Feder frei beweglich wird.
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Wie erwähnt, kann der Anker durch Biegen der Justierzunge 17 Justiert
werden. Eine andere Justiermöglichkeit besteht darin, mittels eines Stempels die
Ankerfeder in ihrem frei beweglichen Bereich durch einen Stempel zum Kern hin zu
drücken. Für einen solchen Justierstempel kann im Spulenkörper 1 ein Loch 19 bzw.
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19' (Fig.4) vorgesehen werden.
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Zwischen den beiden Gegenpolblechen ist ein flacher Dauermagnet 20
angeordnet, wobei ein Oxidmagnet oder ein Magnet aus sogenannten Seltenen Erden
verwendet werden kann, der eine Polarisierung in Richtung der kurzen Achse ermöglicht.
Wegen der geringen Höhe des Dauermagneten, der sehr großflächig an die beiden Gegenpolbleche
angekoppelt ist, braucht der Schaltraum nicht höher zu sein, als es die Schaltbewegung
des Ankers ohnehin erfordert. Das ergibt wiederum eine insgesamt sehr geringe Bauhöhe
des Relais. Die erforderliche Isolation zwischen den beiden Gegenpolblechen, die
gleichzeitig die Gegenkontakte darstellen, kann z.B. durch ein wannenförmiges Isolierteil
21 über dem Magneten oder durch einen Lacküberzug erreicht werden.
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Durch die Wahl möglichst großer Querschnitte für die magnetischen
Teile und durch eine gute Anpassung wird eine hohe Empfindlichkeit des Relais gewährleistet.
Dabei ist es möglich, durch die Wahl der Anpassung magnetisch eine mono- oder bistabile
Ausführung zu erhalten. Wie in den Fig.1-3 zu sehen, ist beispielsweise das Ende
3b des Polblechs 3 unmittelbar bis an die zur Flußrückführung dienende ferromagnetische
Kappe 22 herangeführt, während das Ende 4b des Polblechs 4 einen wesentlich größeren
Abstand zur Kappe 22 hat. Damit wird ein unsymmetrischer Magnetkreis für eine monostabile
Schaltcharakteristik gewonnen.
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Die Enden 3b und 4b der Polbleche 3 bzw. 4 und auch das Ende 6b des
Kerns 6 sind Je nach Bedarf abgekröpft und gewinkelt, um in ihrer Verlängerung AnschluBstifte
3c, 4c bzw. 6c zu bilden, welche in einem gewünschten Rastermaß aus dem Relaisgehäuse
austreten.
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Der Abschluß des Kontaktraumes 2 gegenüber äußeren Einflüssen erfolgt
mittels Folien 27 bzw. 28, die gleichzeitig zur Isolation der Kontakte gegenüber
der Kappe 22 dienen. Diese Folien können selbstklebend sein; auch die Verwendung
eines mit flüssigem Kleber getränkten Vlieses ist möglich. Um die Waschbarkeit des
Relais zu gewährleisten, wird der verbleibende Raum zwischen Spule und Kappe mit
Gießharz 23 ausgefüllt.
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Zur Absorption schädlicher Stoffe kann außerdem im Inneren des Spulenkörpers
1 ein Getterstoff angebracht werden; hierfür ist beispielsweise in den Hohlräumen
24 und 25 unterhalb bzw. oberhalb der eingesteckten Magnetteile Platz.
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In der Fig.5 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt.
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Im Spulenkörper 31 mit dem Kontaktraum 32 sind zwei Polbleche 33 und
34, ein Anker 35 und ein Kern 36 angeordnet, wobei der Anker mit einer Ankerfeder
37 am Kern befestigt ist. Die Polbleche 33 und 34 sind ebenso wie der Kern 36 in
Längsnuten 38,39 und 40 des Spulenkörpers 31 eingesteckt. Das Polblech 34 ist Jedoch
im Bereich außerhalb der Spulenwicklung abgewinkelt, so daß ein höherer Raum für
den Dauermagneten 41 zur Verfügung steht. Dies kann beispielsweise dann von Bedeutung
sein, wenn ein Legierungsmagnet verwendet werden soll.
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Eine weitere Abwandlung des Relais zeigt Fig.6. Dort sind die Polbleche
43 und 44 gemeinsam als Kontakteinheit mit Isolierstoff 45 umspritzt, so daß diese
Kontakteinheit stirnseitig an den Spulenkörper 46 angeflanscht werden kann. Die
Polbleche 43 und 44 werden auch in diesem Fall in Längsnuten 47 und 48 des Spulenkörpers
46 eingesteckt. In die Kontakteinheit 4Li ist zwischen den beiden Polblechen 43
und 44 ein Dauermagnet 49 eingesteckt. Auch in diesem Fall könnte wie in Fig.5 eines
der
Polbleche 43 und 44 oder auch beide abgewinkelt sein, um -mehr
Raum für den Dauermagneten 49 freizuhalten. Das Relais kann im übrigen genauso aufgebaut
werden, wie in Fig.5 mit einem Anker 35 und einem Kern 36. Im freien Raum 50 unterhalb
der aufsteckbaren Kontakteinheit 45 ist Platz für einen Getterstoff vorhanden. Das
Spritzen der Kontakteinheit 45 kann in diesem Fall mit Duroplast erfolgen, wodurch
eine größere thermische Belastbarkeit gegeben ist. Mit dem Aufstecken der Kontakteinheit
45 wird der Kontaktraum 42 nach außen abgedeckt.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig.7. Wiederum ist ein Spulenkörper
51 aus Kunststoff vorhanden, der einen Kontaktraum 52 bildet und in dem die Polbleche
53 und 54 sowie ein Anker 55 zusammenwirken. Um den zweimaligen magnetischen Widerstand
vom Anker zum Kern und vom Kern zur Flußrückführung (ferromagnetische Kappe) zu
vermeiden, ist in dem Relais nach Fig.7 der Anker 55 direkt an die flußführende
Kappe 56 angekoppelt. Im magnetischen Rückführungskreis des Ankers ist also lediglich
ein einziger Luftspalt vorhanden, der durch die Isolierfolie 57, welche als Kontaktisolierung
erforderlich ist, bedingt wird.
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Den Aufbau des Magnetsystems von Fig.7 zeigen die Figuren 8 und 9
im einzelnen. Dabei ist der aus zwei nebeneinander liegenden Blechen 55a und 55b
bestehende Anker mit einer Ankerfeder 58 an einem Isolierstoffträger 59 befestigt.
Zu diesem Zweck besitzt die Ankerfeder 58 seitliche Lappen 60 und 61, welche den
Träger 59 umklammern. Dieser Träger 59 erstreckt sich weiterhin durch den gesamten
Kontaktraum des Spulenkörpers 51 und trägt gleichzeitig auch die Polbleche 53 und
54 sowie den zwischen ihnen angeordneten Dauermagneten 62. Zur elektrischen Isolation
zwischen den beiden Polblechen ist wiederum eine Isolierwanne 65 vorgesehen. Die
Montage dieses Magnetsystems kann in der Weise erfolgen, daß auf dem Isolierstoffträger
59 zunächst der Anker 55 mit der Ankerfeder 58 befestigt wird,
und
daß dann die Polbleche 53 und 54 sowie der Dauermagnet 62 in Längsnuten 63 bzw.
64 dieses Trägers 59 eingesteckt werden. Diese Magneteinheit kann gesondert geprüft
und dann als Ganzes in den bereits bewickelten Spulenkörper 51 eingeschoben werden.
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21 Patentansprüche 9 Figuren