DE3823830A1 - Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais mit einem einen Kern, ein Joch und eine Spule, sowie einen Anker aufwei­ senden Magnetsystem, das an mindestens einer einen beweglichen Kontakt, insbesondere einen Umschaltkontakt tragenden, Kon­ taktfeder über eine Kupplung angreift und diese steuert, wel­ cher bewegliche Kontakt mit Gegenkontakten zusammenwirkt und elektrisch leitend mit einem Anschlußstift verbunden ist.

Bei herkömmlichen Relais ist als Kupplung zur Über­ tragung der Bewegung des Ankers auf den beweglichen Kontakt, meist durch einen losen Bauteil, der mittels definierter Vor­ sprünge in Ausnehmungen im Anker und bzw. oder auch der Feder eingreift. Abgesehen von der durch die Anordnung der Ausneh­ mungen in den Federn bedingten Schwächung derselben, ergibt sich auch noch der Nachteil, daß es bei Vibrationen zu einem Herausgleiten des losen Kupplungsteiles aus den für diesen vorgesehenen Ausnehmungen kommen kann, wodurch es zu sehr un­ angenehmen Fehlschaltungen, insbesondere bei Relais mit Um­ schaltkontakten kommen kann.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermei­ den und ein Relais der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch ein hohes Maß an Vibrationssicherheit auszeich­ net, insbesondere soll eine Lösung der Kopplung des Ankers mit der Kontaktfeder vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Kupplung zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil an dem An­ ker starr gehalten ist und der zweite Teil der Kupplung gegen­ über dem ersten verschiebbar ist.

Diese Maßnahmen ermöglichen eine beschränkte Entkopp­ lung der Bewegung des Ankers von jener der Kontaktfeder, wo­ durch eine Übertragung von Vibrationen des Ankers auf die Kon­ taktfeder wesentlich eingeschränkt werden kann und auf diese Weise ein ungewolltes Abheben des mit dem Anker gekoppelten Kontaktes von seinem Gegenkontakt weitgehend vermieden wird.

Eine weitere Erhöhung der Vibrationsfestigkeit des Relais kann weiters dadurch erreicht werden, daß die Kupplung einen Schlitz aufweist in den die Kontaktfeder(n) mit geringem Spiel eingreifen.

Dadurch kann von dem Spiel zwischen den Wänden des Schlitzes des Kupplungsteiles und der Kontaktfeder eine ge­ ringe, durch Vibrationen des Ankers bedingte Bewegung des An­ kers gegenüber der Kontaktfeder von dem Spiel aufgenommen wer­ den und eine Auswirkung auf den Kontakt selbst weitgehend ver­ mieden werden. Außerdem dämpft dieses Spiel auch ein allfälli­ ges Prellen des vom Anker gesteuerten Kontaktes, bei dessen Auftreffen auf dem zugeordneten Gegenkontakt. So kommt es z. B. beim Abfallen des Ankers im Zeitpunkt des Auftreffens des vom Anker gesteuerten Kontaktes an dessen zugeordneten Gegenkon­ takt, bis zu welchem Zeitpunkt der Anker im wesentlichen von der Kontaktfeder angetrieben wird, zu einer Fortsetzung der Bewegung des Ankers aufgrund seiner Massenträgheit und damit zu einem Auftreffen der vorerst nacheilenden Wand des Schlitzes auf der Kontaktfeder, wodurch einer allfälligen Rückprallbewe­ gung der Feder entgegengewirkt wird. Durch entsprechende Ab­ stimmung der Feder und der Masse des Ankers und dem Spiel der Feder im Schlitz des Kupplungsteiles kann ein Prellen des Kon­ taktes weitestgehend vermieden werden.

Um eine besonders weitgehende Dämpfung der Übertra­ gung von Vibrationen vom Anker zur Kontaktfeder zu erreichen, kann nach einem weiteren Merkmale der Erfindung vorgesehen sein, daß der den Schlitz aufweisende Teil gegenüber dem am Anker starr gehaltenen Teil der Kupplung verschiebbar angeord­ net ist, wobei durch entsprechende Anschläge eine formschlüs­ sige Mitnahme in Anzugsrichtung des Ankers gewährleistet ist und in Abfallrichtung des Ankers eine reibungsschlüssige Mit­ nahme des Ankers durch die mit diesem gekuppelte Kontaktfeder erfolgt.

Damit ist es möglich die vom Anker her übertragene kinetische Energie über eine gegenseitige Bewegung der rei­ bungsschlüssig aneinander liegenden Flächen aufzufangen bzw. in Wärme umzusetzen.

In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn der den Schlitz aufweisende Teil der Kupplung mit einer Nut versehen ist, in die ein gegengleich ausgebildeter Ansatz des anderen Kupplungsteiles eingreift, wobei diese Nut schräg ge­ gen die Bewegungsrichtung des Ankers geneigt verläuft, wobei der Winkel, den die Längsachse der Nut mit der Bewegungsrich­ tung einschließt, kleiner als der Reibungswinkel der gewählten Werkstoffpaarung ist, so daß eine Selbsthemmung vermieden ist.

Damit ist auf einfache Weise sichergestellt die vom Anker her übertragene Energie durch die mögliche gegenseitige Bewegung der beiden Teile der Kupplung, wobei die Reibung zwi­ schen diesen Teilen überwunden werden muß, entsprechend umge­ setzt wird, wodurch eine entsprechende Dämpfung erreicht wird.

Um eine sichere Verbindung der beiden Teile der Kupp­ lung miteinander unter Gewährleistung der gegenseitigen Ver­ schiebbarkeit dieser Teile sicherzustellen, kann vorgesehen sein, daß die beiden Teile der Kupplung mittels Noppen und diesen entsprechend angeordneten Ausnehmungen verrastbar sind, wobei jedoch die Längenerstreckung der Ausnehmung(en) in Rich­ tung der gegenseitigen Verschiebbarkeit der beiden Teile größer als jene der Noppen ist, wobei die Noppen vorzugsweise an einer parallel zu den Gleitflächen der beiden Teile der Kupplung verlaufenden Flächen angeordnet sind.

Damit wird auch erreicht, daß die beiden Teile prak­ tisch unverlierbar miteinander verbunden sind. Außerdem läßt sich durch entsprechende Dimensionierung der Noppen und der diese aufnehmenden Ausnehmungen auch der entsprechend Anpreß­ druck der aneinander gleitenden Flächen der beiden Kupplungs­ teile sicherstellen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsge­ mäßen Relais,

Fig. 2 einen Anker für ein Relais gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Kupplungsteil für einen Anker gemäß der Fig. 2, und

Fig. 4 den Kupplungsteil gemäß der Fig. 3 im Schnitt.

Das Magnetsystem besteht aus dem Kern 1, der den Spu­ lenkörper 3 mit der Spule 3 a durchsetzt und mit dem Joch 2, vorzugsweise durch Nietung verbunden ist, sowie dem Anker 6 der im zusammengebauten Zustand auf der Lagerkante 2 a des Jo­ ches 2 gelagert ist. Diese Kante weist eine Rundung auf und stellt einen Teil eines im wesentlichen exakten Zylinderman­ tels dar. Dies wird durch ein im Anschluß an das Ausstanzen des Joches aus einem entsprechenden Blech durch die Anbringung einer Einprägung 2 b im kantennahen Bereich erreicht, bei deren Anbringung eine entsprechende Form zwecks Vermeidung der Aus­ bildung einer Bombierung der Stirnfläche verwendet wird. Da­ durch ergibt sich eine sehr exakte Lagerung des Ankers 6 und damit nur eine geringe Reibung desselben an der Lagerkante 2 a.

Auf das Joch 2 ist eine Isolierkappe 4 aufgesteckt, die eine dritte Isolierschicht zwischen der Spule 3a und den Kontakten 10 a, 11 a und 13 a, bzw. deren Träger darstellt. Die beiden übrigen Isolierschichten sind durch den Spulenkörper 3, bzw. dessen Flansch und das Spulengehäuse 5 gebildet, das einen geschlossenen Boden aufweist und in das das Magnetsystem samt der Isolierkappe eingesteckt ist. Durch den dreischichti­ gen Aufbau der Isolation ist es möglich deren Gesamtstärke zu vermindern, was insbesondere bei kleinen Leiterplattenrelais von Vorteil ist.

Am Spulengehäuse 5 ist ein Führungsprofil 5 d angeordnet sowie Schlitze 5 a, deren Begrenzung als Anschlag für die Vorsprünge 2 c des Joches 2 dienen.

Die am einschubseitigen Ende des Spulengehäuses 5 angeordneten Ausnehmungen sind gegengleich zu verschiedenen Vorsprüngen der Stirnseite des Spulenkörpers 3 und zur Auf­ nahme der Anschlußstifte 3 b für die Spule 3 a und deren Aus­ leitungen ausgebildet.

Die Vorsprünge 5 c und 5 e dienen zur Aufnahme und Hal­ terung der Ankerfeder 8, die zwei symmetrische, über den Steg 8 a miteinander verbundene Stützlappen 8 b, die mit Rastausnehmungen 8 d versehen sind, aufweist. Diese Rastausneh­ mungen 8 d wirken mit an der Innenseite des Vorsprunges 5 c an­ geordneten Rastnasen 5 f zusammen, die sägezahnförmig ausgebil­ det sind und in Einschubrichtung der Ankerfeder 8 in den zwischen den Vorsprüngen 5 c und 5 e verbleibenden Schlitz schräg ansteigen. Dadurch kommt es beim Einschieben der Anker­ feder 8 zu einem Einrasten der Rastnasen des Spulengehäuses in die Rastausnehmungen 8 d, die in den Seitenteilen der im wesentlichen M-förmig ausgebildeten Ankerfeder 8 angeordnet sind. Damit ist die Ankerfeder sicher im Spulengehäuse gehalten.

Der mittlere Lappen der Ankerfeder 8 ist über einen Steg mit den Seitenteilen verbunden und dient als Posi­ tionierfeder 8 c. Diese greift in eine Einprägung 6 f des An­ kers 6 ein, die einen Prägewulst 6 c aufweist, an den sich die eine Kröpfung aufweisende Positionierfeder 8 c abstützt. Alter­ nativ könnte die Positionierfeder 8 c auch gerade verlaufend ausgebildet sein. Die Positionierfeder 8 c greift unterhalb der Lagerkante 2 a des Joches 2 an und übt ein schwaches, den Anker gegen dessen abgefallene Stellung rücktreibendes Moment auf diesen aus.

Da die Breite des in die Einprägung 6 f eingreifenden Abschnittes der Positionierfeder 8 c der Breite der Einprägung entspricht, sorgt die Ankerfeder 8 bzw. deren Positionierfeder neben der Anpressung des Ankers 6 an die Lagerkante des Jo­ ches 2 auch zur Lagefixierung des Ankers in Richtung der La­ gerkante 2 a.

Der am Joch 2 bzw. an der zu diesem parallel verlau­ fenden Wand des Spulengehäuses 5 anliegende Schenkel des L-förmigen Ankers 6 weist eine Umspritzung 6 a aus Kunststoff auf. Diese Umspritzung 6 a weist an ihrem von dem durch die beiden Schenkel des Ankers gebildeten Eckbereiches abgekehr­ ten Ende einen im Querschnitt T-förmigen Ansatz 6 b auf, auf den ein Kupplungsteil 7 aufschiebbar ist.

Dieser Kupplungsteil 7 weist eine nur an der dem Spu­ lengehäuse 5 zugekehrten Seite randoffene T-förmige Nut 7 a auf und ist auf den Ansatz 6 b aufschiebbar, wobei der Ansatz in die Nut 7 a eingreift. Zur Erleichterung der Montage des Kupp­ lungsteiles 7 weist dieser Rastnoppen 7 b auf, die in entspre­ chende Ausnehmungen einrasten, wobei aber die Ausnehmungen eine gegenseitige Verschiebung des Kupplungsteiles 7 gegenüber dem Ansatz 6 b erlauben und in Richtung der Längserstreckung des T-förmigen Ansatzes 6 b eine entsprechend größere Länge als die Rastnoppen 7 b aufweisen.

An dem vom Anker 6 abgekehrten Ende weist der Kupp­ lungsteil 7 einen zwischen den Ansätzen 7 c verlaufenden Schlitz 7 d auf, in den im zusammengebauten Zustand eine Um­ schaltfeder 13 mit ihrem Fortsatz 13 e mit geringem Spiel ein­ greift.

Die Neigung der Gleitflächen 6 g des Ansatzes 6 b gegen die Bewegungsrichtung des Ankers ist kleiner als der Reibungs­ winkel der gewölbten Werkstoffpaarung und daher so gewählt, daß es zu keiner Selbsthemmung kommt, sondern eine gegensei­ tige Bewegbarkeit des Ansatzes gegenüber dem Kupplungsteil er­ halten bleibt. Damit ist eine Mitnahme des Kupplungsteiles 7 durch den Anker 6 aufgrund des Abschlusses der Nut 7 a mittels einer Wand in Anzugsrichtung des Ankers 6 gewährleistet, woge­ gen in Abfallrichtung des Ankers dieser durch die in den Schlitz 7 d mit Spiel eingreifende Umschaltfeder 13 der Anker vorerst über den Kupplungsteil 7 mitgenommen wird, wobei der Ansatz 6 b an der die Nut 7 a abschließenden Wand anliegt. Nach der Beendigung der Bewegung der Umschaltfeder 13 aufgrund des Auftreffens des Umschaltkontaktes 13 a auf dem zugeordneten Ru­ hekontakt 11 a kann aber der Anker 6 aufgrund seiner Massen­ trägheit seine Bewegung fortsetzen, wobei es zu einem Wechsel der an der Feder 13 anliegenden Wand des Schlitzes 7 d kommt, ohne daß es dabei zu einem Spannen der Feder 13 aufgrund der vom Anker auf diese ausgeübten Kräfte kommt. Dies ist dadurch bedingt, daß es ab dem Zeitpunkt des Auftreffens des Umschalt­ kontaktes 13 a auf dem Ruhekontakt 11 a zu einer weitgehenden Entkopplung des Kupplungsteiles 7 vom Anker 6 kommt und sich dieser gegenüber dem Kupplungsteil in Abfallrichtung weiter bewegen kann. Die kinetische Energie des Ankers wird dabei durch die Reibung der Gleitflächen 6 g des Ansatzes 6 b an den diesen gegenüberliegenden Flächen der Nut 7 a des Kupplungstei­ les 7, sowie die Reibung des Kupplungsteiles 7, bzw. dessen Schlitzwand, an der Feder 13 bei der durch die Neigung des An­ satzes 6 b gegen die Bewegungsrichtung des Ankers bedingte Be­ wegung des Kupplungsteiles 7 in Richtung der Feder 13 aufge­ zehrt bzw. in Wärme umgesetzt. Auf diese Weise wird ein durch die Massenträgheit des Ankers bedingtes Prellen des Umschalt­ kontaktes 13 a vermieden. Weiters wird dadurch auch in Verbin­ dung mit dem rücktreibenden Moment der Ankerfeder 8 ein Prel­ len des Ankers 6 vermieden.

Durch die mögliche Entkopplung des Ankers 6 vom Kupp­ lungsteil 7 wird aber auch die Vibrationsfestigkeit des Relais erhöht, da dadurch nicht wie bei den herkömmlichen Relais der Anker mit der Kontaktfeder ein geschlossenes Schwingsystem bildet, sondern eine Entkopplung zwischen diesen Teilen mög­ lich ist und es daher zu keinen Resonanzerscheinungen kommen kann. Außerdem kommt es auch zu einer Aufteilung der Massen, wobei sich die bei auftretenden Vibrationen in den einzelnen Teilmassen speicherbaren Energien aufgrund der Entkopplung nicht addieren können.

Ein Kontaktträgerkörper 9 weist eine Reihe von Schlitzen und Ausnehmungen auf, die zur Aufnahme der Kontakt­ träger 10, 11 und 12 dienen und entsprechend der gewünschten Anordnung der an diese angeformten Stifte 10 c, 11 c, 12 c ausge­ bildet sind. Zur Verankerung der Kontaktträger weisen diese Noppen 10 b, 11 b bzw. 12 b auf, die für eine entsprechende Pressung in Schlitzen bzw. Nuten 9 a des Kontaktträgerkörpers 9 und damit für einen sicheren Halt der Kontaktträger sorgen.

Der Ruhekontakt 11 a und der Arbeitskontakt 10 a sind jeweils direkt an ihren Kontaktträgern 11 und 10 befestigt. Der Umschaltkontakt 13 a ist dagegen an einer Umschaltkontakt­ feder 13 befestigt, die ihrerseits mit dem Umschaltkontaktträ­ ger 12, vorzugsweise durch Laserschweißung verbunden ist.

Der Stift 12 c und die Abschnitte 12 d und 12 e des Um­ schaltkontaktträgers 12 sind in engen Schlitzen des Kontakt­ trägerkörpers 9 geführt, wogegen der abgekröpfte Justier­ steg 12 a in einer größeren Ausnehmung des Kontaktträgerkörpers liegt, so daß eine Justierung des Umschaltkontaktes, insbeson­ dere des Ruhekontaktdruckes durch Biegung des Justiersteges möglich ist. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß kein elastisch federnder Teil gebogen werden muß, da die Kontaktträger 10, 11 und 12 aus einem leicht verformbaren Material, wie z. B. halb­ hartem Kupfer oder Messing hergestellt werden können. Dadurch wird aber auch eine Beeinflussung der Federcharakteristik der Umschaltkontaktfeder 13 durch die Justierung vermieden.

Die Umschaltkontaktfeder 13 selbst ist als eine Dop­ pelfeder ausgebildet, zwischen deren Bügel 13 d eine den Um­ schaltkontakt 13 a tragende Federzunge 13 f angeordnet ist, wo­ bei der Bügel 13 d einen in den Schlitz 7 d des Kupplungstei­ les 7 eingreifenden Ansatz 13 e aufweist. Dabei ist zwischen der Einspannstelle 13 c und der Federzunge 13 f eine Abwinke­ lung 13 b vorgesehen.

Durch die Ausbildung der Umschaltkontaktfeder als Doppelfeder ist es möglich den Arbeitskontakt als starren Kon­ takt auszubilden, da der Überhub durch die Federzunge 13 f auf­ gebracht werden kann, die sich gegenüber dem Bügel 13 d ela­ stisch verbiegen kann. Weiters ist bei der dargestellten Um­ schaltkontaktfeder 13 auch eine Abbrandreserve gegeben, die durch den ebenfalls elastisch federnden Ansatz 13 e des Bü­ gels 13 d gegeben ist. Dadurch ergibt sich gegenüber einem her­ kömmlichen Aufbau eines Relais mit federndem Arbeitskontakt eine Einsparung an Teilen, da die bei federnden Arbeitskontak­ ten erforderliche Wegbegrenzung entfällt.

Zur Kupplung des Kontaktträgerkörpers 9 mit dem Spu­ lengehäuse 5, weist letzteres an seiner Außenwand Rastnasen 5 b auf, die mit federnden Armen 9 b des Kontaktträgerkörpers 9 zu­ sammenwirken. Beim Einschieben des Spulengehäuses 5 in die durch die Vorsprünge 9 c und 9 d gebildete Führung für das Spu­ lengehäuse 5 werden die Arme 9 b durch die Rastnasen 5 b seit­ lich ausgelenkt und legen sich nach dem Überstreichen der Rastnasen wieder an die Wand des Spulengehäuses an und werden von den Rastnasen hintergriffen. Dadurch ist eine definierte gegenseitige Lage der auf diese Weise durch diese Schnappra­ stenverbindung sichergestellt. Eine weitere Sicherung dieser Lage ergibt sich durch das Aufschieben des Deckels 14 auf das Relais.

Wie aus den Fig. 2 bis 4 zu ersehen ist, ist der Kupplungsteil 6 a, der aus einem Kunststoff hergestellt ist, direkt an den Anker 6 angespritzt, wodurch ein entsprechend guter und unverrückbarer Sitz des Kupplungsteiles 6 a sicher­ gestellt ist. Dieser Kupplungsteil weist einen angeformten, im Querschnitt T-förmigen Ansatz 6 b auf, auf den der bewegliche Kupplungsteil 7, der wie bereits erwähnt, eine gegengleich ausgebildete und an einem Ende durch eine Wand begrenzte Nut 7 a aufweist, aufgeschoben werden kann. Dabei ergibt sich durch die Noppen 7 b, die von nicht dargestellten, entsprechend geformten Ausnehmungen des an dem Anker 2 direkt befestigten Teiles aufgenommen werden, eine Verrastung, die jedoch, da die Ausnehmungen in der Verschieberichtung der beiden Teile größer als die entsprechende Abmessung der Noppen 7 b ist, eine gegen­ seitige Bewegung der Kupplungsteile 6 a, 7 ermöglicht.

Die Erfindung ist vorstehend an Hand eines Umschalt­ relais erläutert worden, auf welche Relaisart die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. In gleicher Weise kann die Erfin­ dung auch z. B. bei einem Arbeits- oder Ruhekontaktrelais An­ wendung finden.

Claims (6)

1. Relais mit einem einen Kern, ein Joch und eine Spule, so­ wie einen Anker aufweisenden Magnetsystem, das an mindestens einer einen beweglichen Kontakt, insbesondere einen Umschalt­ kontakt tragenden, Kontaktfeder über eine Kupplung angreift und diese steuert, welcher bewegliche Kontakt mit Ge­ genkontakten zusammenwirkt und elektrisch leitend mit einem Anschlußstift verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (6 a, 7) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil (6 a) an dem Anker (6) starr gehalten ist und der zweite Teil (7) der Kupplung gegenüber dem ersten verschiebbar ist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (6 a, 7) einen Schlitz (7 d) aufweist in den die Kon­ taktfeder(n) (13) mit geringem Spiel eingreifen.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schlitz (7 d) aufweisende Teil (7) gegenüber dem am An­ ker (6) starr gehaltenen Teil (6 a) der Kupplung verschiebbar angeordnet ist, wobei durch Anschläge eine form­ schlüssige Mitnahme in Anzugsrichtung des Ankers (6) gewähr­ leistet ist und in Abfallrichtung des Ankers eine reibungs­ schlüssige Mitnahme des Ankers durch die mit diesem gekuppelte Kontaktfeder (13) erfolgt.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schlitz aufweisende Teil (7) der Kupplung mit einer Nut (7 a) versehen ist, in die ein gegengleich ausgebildeter Ansatz (6 b) des anderen Kupplungsteiles (6 a) eingreift, wobei diese Nut (7 a) schräg gegen die Bewegungsrichtung des An­ kers (6) geneigt verläuft, wobei der Winkel, den die Längsachse der Nut (7 a) mit der Bewegungsrichtung einschließt, kleiner als der Reibungswinkel der gewählten Werkstoffpaarung ist, so daß eine Selbsthemmung vermieden ist.

5. Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7 a) an einem Ende durch eine als Anschlag die­ nende Wand abgeschlossen ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Teile der Kupplung (6 a, 7) mittels Noppen (7 b) und diesen entsprechend angeordneten Ausnehmungen verrastbar sind, wobei jedoch die Längenerstreckung der Aus­ nehmung(en) in Richtung der gegenseitigen Verschiebbarkeit der beiden Teile größer als jene der Noppen ist.