DE3843359A1 - Elektromagnetisches relais - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein elektromagnetisches Relais, das für eine elektrische Schaltung wie eine elektrische Schaltung von einem Fahrzeug geeignet ist.

Mit der Weiterentwicklung von elektrischen Vorrichtungen in Fahrzeugen werden vermehrt elektromagnetische Relais einge­ setzt zur Steuerung zum Beispiel der Vorwärts- und Rückwärts­ drehrichtung des Ankers eines Motors oder einer Hin- und Her­ bewegung eines Kolbens von einem Magnetventil. Zum Ausführen der oben genannten Funktion werden in solchen elektrischen Vorrichtungen mindestens zwei elektromagnetische Relais ver­ wendet. Es ist notwendig, daß jedes elektromagnetische Relais eine geringe Größe hat und keinen großen Aufbauplatz benötigt und daß die Anzahl der elektromagnetischen Relaiskomponenten gering ist und der Zusammenbau und die Einstellung leicht durchgeführt werden kann.

In der US-A-46 86 500 wird ein elektromagnetisches Relais mit einem Kleinstaufbau beschrieben. In der japanischen Patent­ anmeldung, Offenlegungsnummer 51-24 748,wird eine Relaisvor­ richtung beschrieben, in der die Bewegungsrichtung eines be­ weglichen Kontakts eines elektromagnetischen Relais parallel zu der Oberfläche einer Basis verläuft. Aus der japanischen Patentanmeldung, Offenlegungsnummer 56-1 34 434, ist ferner eine Relaisvorrichtung mit zwei magnetischen Relais bekannt.

Die bekannten Relaisvorrichtungen, die zwei Magnetrelais ver­ wenden, benötigen eine große Zahl von Komponenten und haben eine Struktur, bei der die Spulen beschädigt werden können oder beim Arbeiten an einem Endabschnitt der Spulen unterbrochen werden können. Außerdem ist der Zusammenbau sehr kompliziert, da die Komponenten in drei Richtungen eingesetzt werden. Da­ rüber hinaus ist die Einstellung der Kontaktkraft jedes Kon­ taktes nach dem Zusammenbau schwierig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der zuvor genannten Nachteile ein kleines elektro­ magnetisches Relais bereitzustellen, das die Bearbeitung an einem Endabschnitt der Spulen ermöglicht und den Zusammenbau und die Einstellung der Kontaktkraft erleichtert.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentan­ sprüche.

Das erfindungsgemäße elektromagnetische Relais zeichnet sich insbesondere aus durch eine flache Basis aus einem isolieren­ den Material, zwei elektromagnetische Relaisblöcke vom Ver­ biegungstyp, die an der Basis so befestigt sind, daß sie punkt­ symmetrisch zur Mitte der Basis angeordnet sind und die glei­ che Struktur haben, wobei jeder elektromagnetische Relais­ block vom Verbiegungstyp aufweist einen Eisenkern mit einer darauf angeordneten Wicklung, ein an einem Ende des Eisenkerns be­ festigtes Joch, einen Anker, der dem anderen Ende des Eisen­ kerns gegenüberliegt und von dem Eisenkern angezogen wird, wenn die Wicklung von einem Strom durchflossen wird, eine Gelenkfeder zum Abstützen der Bewegung des Ankers und eine Blattfeder mit einem beweglichen Kontakt, die mit dem Anker verblockt ist, wobei die Bewegungsrichtung der Blattfeder parallel zu einer Fläche der Basis verläuft, ein erstes Kontaktelement, das zwei jeweils den beweglichen Kontakten der beiden elektromagne­ tischen Relaisblöcke gegenüberliegende Schließkontakte und mindestens einen ersten Anschluß aufweist, der in ein in einen Mittenabschnitt in der Basis ausgebildetes Durchgangsloch ein­ gesetzt wird, und ein zweites Kontaktelement, das zwei jeweils den beweglichen Kontakten der beiden elektromagnetischen Relaisblöcken gegenüberliegende Unterbrechungskontakte und mindestens einen zweiten Anschluß aufweist, der in ein zweites in einen Mittenabschnitt der Basis ausgebildetes Durchgangs­ loch eingesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 4 und Fig. 5(a) bis 5(c) Schaltungsdiagramme und Zeitver­ läufe für eine Anordnung, in der die Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Anordnung eines Kühlkörpers gemäß Fig. 1,

Fig. 8A, 9A und 10A perspektivische Ansichten von weiteren An­ ordnungen von Kontaktelementen gemäß Fig. 1,

Fig. 8B, 9 B und 10 B Schaltungsdiagramme von elektromagnetischen Relais, die Kontaktelemente wie in den Fig. 8A, 9A und 10A ge­ zeigt, verwenden,

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Anordnung einer Basis gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elektromagne­ tischen Relais ohne Abdeckung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 2 ist das elektromagne­ tische Relais in Explosionsdarstellung zu sehen. Die Bezugs­ zeichen 110 und 220 gehören zu elektromagnetischen Relais­ blöcken vom Verbiegungstyp mit identischem Aufbau, die so auf einer flachen Basis 330 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind, daß sie punktsymmetrisch zu der Mitte C) der Basis 330 liegen.

Jeder der elektromagnetischen Relaisblöcke 110 und 220 umfaßt eine Spule 2 bestehend aus einem Eisenkern 1 und einer darauf an­ geordneten Wicklung 3, Anschlüssen 4 mit denen zwei Wicklungen nach außen geführt werden, einem Joch 5, das mechanisch und magne­ tisch mit einem Ende des Eisenkerns 1 verbunden ist, einem Anker 6, einer im wesentlichen L-förmigen oder gebogenen Ge­ lenkfeder 7, die mechanisch mit dem Anker 6 mittels einer Niete oder ähnlichem verbunden ist, die mechanisch und magnetisch ein Ende des Jochs 5 und des Ankers 6 verbindet und eine elek­ trische Leitungsfunktion hat, einer Blattfeder 9, die mit der Gelenkfeder 7 einstückig ausgebildet ist und ein einzelnes Federelement und einen beweglichen Kontakt 8 hat, und einem Anschluß 10, der sich von dem Joch 5 in Richtung zur Basis 330 erstreckt und mit dem beweglichen Kontakt 8 elek­ trisch verbunden ist. Der Anschluß 10 kann sich auch von dem Federelement erstrecken.

Bezugszeichen 11 gehört zu einem Kontaktelement, das aus einem im wesentlichen U-förmigen leitenden Element gebildet wird und ein Paar an beiden Endabschnitten des U-förmigen Elements angebrachten Schließkontakten 12, mindestens einen sich zur Basis 330 erstreckenden Anschluß 13 und einen flachen an einem Mittenabschnitt des Kontaktelements ausgebildeten Kühlkörper 23 aufweist.

Bezugszeichen 14 gehört zu einem Kontaktelement, das aus einem U-förmigen leitenden Element größerer Breite als das genannte Kontaktelement 11 gebildet wird, und ein Paar an beiden Endab­ schnitten des U-förmigen Elements angebrachten Unterbrechungs­ kontakten 15, einen sich zur Basis 330 erstreckenden Anschluß 16 und einen flachen Kühlkörper 24 aufweist.

Die Basis 330 weist auf eine Nut 17 mit einem Durchgangsloch zur Aufnahme des Anschlusses 10 des elektromagnetischen Relais­ blocks 110 und Durchgangslöcher 18 zum Aufnehmen der Anschlüsse 4 des elektromagnetischen Relaisblocks 110, eine Nut 19 mit einem Durchgangsloch zur Aufnahme des Anschlusses 10 des elektromagnetischen Relaisblocks 220 und Durchgangslöcher 220 zum Aufnehmen der Anschlüsse 4 des elektromagnetischen Relais­ blocks 220, wobei die Nut 19 und die Durchgangslöcher 20 punkt­ symmetrisch zu der Nut 17 und den Durchgangslöchern 18 bezogen auf die Mitte C) der Basis angeordnet sind, eine U-förmige Nut 21 mit einem Durchgangsloch zum Aufnehmen der Anschlüsse 13 des Kontaktelements 11 und eine U-förmige Nut 22 mit einer größeren Breite als die Nut 21 und einem Durchgangsloch zum Aufnehmen des Anschlusses 16 des Kontaktelements 14.

Beim Zusammenbau wird der elektromagnetische Relaisblock 110 an der Basis 330 befestigt durch Einführen seiner Anschlüsse 10 und 4 in das Durchgangsloch der Nut 17 und die Durchgangslöcher 18 von oben nach unten. Der elektromagnetische Relais­ block 220 wird an der Basis 330 befestigt durch Einführen seiner An­ schlüsse 10 und 4 in das Durchgangsloch der Nut 19 und die Durchgangslöcher 20 von oben nach unten. Die Kontakt­ elemente 11 und 14 werden an der Basis 330 befestigt durch Einführen ihrer Anschlüsse 13 und 16 in die Durchgangslöcher der U-förmigen Nuten 21 und 22 von oben nach unten.

Da alle Teile die magnetischen Relaisblöcke 110 und 220, und die Kontaktelemente 11 und 14 auf der Basis 330 in der gleichen Richtung montiert werden, d.h. von oben nach unten in Fig. 2 gesehen, ist der Zusammenbau erheblich erleichtert.

Da außerdem Abschnitte in der Nähe der Schließ- und Unterbre­ chungskontakte 12 und 15 freie Enden sind, ist die Einstellung der Kontaktkraft an jedem Kontakt, die ein wichtiger Faktor für die Lebensdauer eines Kontaktes ist, leicht durchführbar, indem diese freien Enden vorsichtig gebogen werden.

Fig. 1 zeigt die Situation in der die elektromagnetischen Relaisblöcke 110 und 220 und die Kontaktelemente 11 und 14 an der Basis 330 befestigt sind. Die dargestellte Anordnung kann als fertiges Produkt angesehen werden. Jedoch kann noch eine Abdeckung 440 auf der Basis 330 befestigt werden und die Öffnung der Abdeckung 440 und der Basis 330 luftdicht unter Verwendung eines Abdichtmittels miteinander verbunden werden, so daß ein luftdichter Aufbau geschaffen wird.

Fig. 3 zeigt ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines in der oben beschriebenen Weise zusammengesetzten elektromagnetischen Relais. In jedem der elektromagnetischen Relaisblöcke 110 und 220 steht, während der Zeit, wenn die Wicklung 3 nicht angeregt wird, der bewegliche Kontakt 8 in Berührung mit dem Unterbre­ chungskontakt 15, infolge der elastischen Abstützung durch die Gelenkfeder 7. Wenn die Wicklung 3 mit Energie versorgt wird und der Eisenkern 1 angeregt wird, wird der Anker 6 an ein Ende des Kerns 1 gezogen. Durch diese Bewegung wird der bewegliche Kontakt 8 von dem Unterbrechungskontakt 15 getrennt und mit dem Schließkontakt 12 in Berührung gebracht.

Da die Schließkontakte 12 der beiden elektromagnetischen Relais­ blöcke 110 und 220 an dem einzelnen Kontaktelement 11 ange­ bracht sind und die entsprechenden Unterbrechungskontakte 15 an dem einzelnen Kontaktelement 14 angebracht sind, müssen die externen Anschlüsse der beiden Blöcke 110 und 220 anders als bei einem konventionellen Magnetrelais, das zwei elektromagne­ tische Blöcke verwendet, nicht miteinander verbunden werden. Dadurch kann der Platz für die Verbindung der externen An­ schlüsse verkleinert, der Zusammenbau erleichtert und eine Unterbrechung vermieden werden. Da zusätzlich die Abdeckung 440 und die Basis 330 gemeinsam für die elektromagnetischen Relais­ blöcke 110 und 220 verwendet werden, kann die Anzahl der Kom­ ponenten verringert werden.

Fig. 4 und Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen ein Schaltungsdiagramm und Zeitverläufe zur Erläuterung eines elektromagnetischen Relais, in dem die zuvor beschriebene Vorrichtung verwendet wird.

Wenn ein Steuerstrom von einem Transistor 31, der durch einen Steuerimpuls x (Fig. 5(a)) eingeschaltet wird, zu der Anregungs­ wicklung 3 des elektromagnetischen Relaisblocks 110 geliefert wird, und der Block 110 angesteuert wird, so fließt ein Strom i (Fig. 5(c)) von einer Batterie B über den Kontakt 12 des Blocks 110 zu einem Motor 33, und dann weiter zu dem Kontakt 15 des elektro­ magnetischen Relaisblocks 220. Der Motor 33 dreht dadurch in einer Richtung für eine bestimmte Zeitdauer bis der Block 110 wieder abgeschaltet wird. Wenn der Block 220 betrieben wird durch einen Steuerimpuls y (Fig. 5(b)), wird die Richtung des Stroms i, der den Motor 33 durchfließt, umgekehrt und der Motor 33 dreht in der entgegengesetzten Richtung.

Fig. 6 zeigt eine weitere Anordnung des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Relais, bei der die Anschlüsse 4 der beiden elektromagnetischen Relaisblöcke 110 und 220, die gemeinsam mit der Batterie B verbunden sind, miteinander durch ein Leitungs­ element 41 über der Basis 330 elektrisch verbunden sind.

Wie beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Erfindung zwei elektromagnetische Relaisblöcke so auf einer Basis angeordnet, daß sie zu deren Mitte punktsymmetrisch sind, wobei die Schließ- und Unterbrechungskontaktanschlußelemente jeweils einstückig ausgebildet sind. Dadurch hat im Vergleich zu der herkömmlichen Technik, bei der zwei elektromagnetische Relais vom Verbiegungstyp verwendet werden, die vorliegen­ den Erfindung zum Beispiel folgende Vorteile: (1) Es ist ein kleines elektromagnetisches Relais, das nur eine kleine Fläche belegt, erhältlich, (2) der Zusammenbau ist vereinfacht, weil die jeweiligen Komponenten in der gleichen Richtung auf der Basis montiert werden, (3) die Einstellung einer Kontaktkraft an jedem Kontakt ist erleichtert, (4) die Produktivität und Ausbeute bei der Herstellung kann erhöht werden, weil die elek­ tromagnetischen Relaisblöcke die gleiche Struktur aufweisen und punktsymmetrisch angeordnet sind, und (5) da die Anzahl der Teile, wie Abdeckung und Basis, geringer ist, ist ein preis­ wertes elektromagnetisches Relais erhältlich.

Die Wärmeabgabe ist eines der Probleme von elektromagnetischen Relais.

Wenn Kontakte, über die ein großer Strom fließt, getrennt wer­ den, kann ein Lichtbogen zwischen den Kontakten entstehen. Im allgemeinen hat ein solcher Lichtbogen eine sehr hohe Temperatur zwischen einigen tausend bis einigen zehntausend Grad. Daher kann selbst ein sehr kurzer Lichtbogen die Kontak­ te sehr schnell aufheizen und deren Lebensdauer stark ver­ ringern. Aus diesem Grund sind Kühlkörper 23 bzw. 24 an den in Fig. 2 gezeigten Kontaktelementen 11 und 14 ange­ ordnet.

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Kühlkörper von Fig. 2, mit der in verbesserter Weise Wärme von den Kontakt­ elementen abgeführt wird.

Bis auf die Form jedes Kühlkörpers sind die in Fig. 7 gezeigten Kontaktelemente 11 A und 14 A die gleichen wie die Kontaktelemen­ te 11 und 14 von Fig. 2. Die Kontaktelemente 11 A und 14 A wei­ sen Kühlkörper 25 bzw. 26 auf, die jeweils Rippen haben.

Durch die Ausbildung von Rippen auf den Kühlkörpern 25 und 26 kann so die Wärme mit besserer Wirksamkeit abgeführt werden. Als ein Ergebnis kann die zwischen den Kontakten erzeugte Wärme schnell abgeführt werden, so daß die Lebensdauer jedes Kontakts bedeutend verlängert wird, und die Abnutzung jedes Kontakts bezogen auf die gleiche Last kann verringert werden.

Zusätzlich kann die Größe des elektromagnetischen Relais ver­ ringert werden und die Festigkeit jedes Kontaktelements erhöht werden.

In Fig. 7 sind die Rippen nur auf einer Oberfläche jedes Kon­ taktelements ausgebildet. Jedoch kann die Wärmeabfuhrwirkung weiter verbessert werden, wenn Rippen auf beiden Oberflächen jedes Kontaktelementes ausgebildet sind.

Fig. 8A, 9A und 10A zeigen jeweils bevorzugte Anordnungen von Kontaktelementen. In den Fig. 8A, 9A und 10A werden die glei­ chen Bezugszeichen für gleiche Teile der Anordnung verwendet wie in Fig. 2.

Wie in Fig. 8A dargestellt, hat das Schließkontaktelement 11 B kein Mittelteil, das heißt es ist in zwei Teile geteilt und hat keinen Kühlkörper. An dem Element 11 B ist ein zusätzlicher Ausgangsanschluß 13 a vorgesehen. Ein Unterbrechungskontakt­ element 14 B hat kein Mittelteil, das heißt es ist in zwei Teile unterteilt und hat keinen Kühlkörper. An dem Element 14 B ist ein zusätzlicher Ausgangsanschluß 16 a vorgesehen.

Fig. 8B zeigt ein Schaltungsdiagramm eines elektromagnetischen Relais, das die in Fig. 8A gezeigten Kontaktelemente 11 B und 14 B verwendet. Wie in Fig. 8B gezeigt, können zwei unabhängige Relaiseinheiten in einem einzelnen Gehäuse untergebracht wer­ den.

Fig. 9A zeigt eine Anordnung, die erhalten wird durch Kombina­ tion des Schließkontaktelements 11 B ohne Mittenabschnitt und ohne Kühlkörper gemäß Fig. 8A mit dem Unterbrechungskontakt­ element 14, das mit dem Kühlkörper 24 gemäß Fig. 2 versehen ist.

Fig. 9B zeigt ein Schaltungsdiagramm eines elektromagnetischen Relais, das die Kontaktelemente 11 B und 14 gemäß Fig. 9A ver­ wendet.

Fig. 10A zeigt eine weitere Anordnung, die erhalten wird durch Kombination des Schließkontaktelements 11, das den Kühlkörper 23 gemäß Fig. 2 aufweist, mit dem Unterbrechungskontaktelement 14 B ohne Kühlkörper gemäß Fig. 8A.

Fig. 10B zeigt ein Schaltungsdiagramm eines elektromagnetischen Relais, das die Kontaktelemente 11 und 14 B gemäß Fig. 10A ver­ wendet.

Wie oben beschrieben, können verschiedene Schaltungsvariationen durch Verändern der Kontaktelemente durchgeführt werden.

Fig. 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Basis 330.

Fig. 11 stellt eine Basis 330 dar, die so ausgebildet ist, daß Basisblöcke 330 A und 330 B mit dem gleichen Aufbau, bei dem eine Hälfte eines Kontaktelementbefestigungsabschnitts an einem Abschnitt, an dem ein elektromagnetischer Relaisblock befestigt wird, angebracht ist, so kombiniert werden, daß sie punkt­ symmetrisch sind.

Wenn die Basisblöcke 330 A und 330 B kombiniert werden, werden jeweils U-förmige Nuten gebildet, die den Nuten 21 und 22 ge­ mäß Fig. 2 entsprechen.

Da die Basisblöcke 330 A und 330 B klein sind, wird beim Gießen eine größere Anzahl von Blöcken erhalten. Ein Defekt in einer Gußform führt nur zum Ausschuß eines Basis­ blocks. Die Ausbeute wird insgesamt dadurch erhöht.

Außerdem kann, wenn ein Basisblock und ein elektromagnetischer Relaisblock mit dem Kontaktelement gemäß Fig. 8A und einer Abdeckung, die der Form des Basisblocks angepaßt ist, verwen­ det werden, ein elektromagnetisches Relais mit einem Paar inter­ ner Kontakte hergestellt werden, und dadurch können in einfa­ cher Weise in Serie verbundene elektromagnetische Relais her­ gestellt werden.

Claims (7)

1. Elektromagnetisches Relais gekennzeichnet durch:

• a) eine flache Basis (33) aus isolierendem Material,
• b) zwei auf der Basis (330) befestigte elektromagnetische Relaisblöcke (110, 220) vom Verbiegungstyp, die punkt­ symmetrisch zur Mitte der Basis (330) angeordnet sind und die gleiche Struktur aufweisen, wobei jeder der elektro­ magnetischen Relaisblöcke vom Verbiegungstyp (110, 220) umfaßt einen Eisenkern (1) mit einer darauf angeordneten Wick­ lung (3), ein an einem Ende des Eisenkerns (1) be­ festigtes Joch (5), einen Anker (6), der dem anderen Ende des Eisenkerns (1) gegenüber liegt und von dem Eisenkern (1) angezogen wird, wenn die Wicklung (3) mit Energie versorgt wird, eine Gelenkfeder (7) zum Ab­ stützen der Bewegung des Ankers (6) und eine Blatt­ feder (9) mit einem beweglichen Kontakt (8), die mit dem Anker (6) ineinandergreift, wobei eine Bewegungs­ richtung der Blattfeder (9) parallel zu einer Fläche der Basis (330) verläuft,
• c) ein erstes Kontaktelement (11), das zwei jeweils den beweglichen Kontakten (8) der beiden elektromagnetischen Relaisblöcke (110, 220) gegenüberliegende Schließkon­ takte (12) und mindestens einen ersten Anschluß (13) aufweist, der in ein erstes in einen Mittenabschnitt der Basis (330) ausgebildetes Durchgangsloch einge­ setzt wird, und
• d) ein zweites Kontaktelement (14), das zwei jeweils den beweglichen Kontakten (8) der beiden elektromagnetischen Relaisblöcke (110, 220) gegenüberliegende Unterbre­ chungskontakte (15) und mindestens einen zweiten An­ schluß (16) aufweist, der in ein zweites in einen Mittenabschnitt der Basis (330) ausgebildetes Durch­ gangsloch eingesetzt wird.

2. Relais nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Kontaktelement (11, 14) jeweils flache Kühlkörper (23, 24) aufweisen.

3. Relais nach Anspruch 2, wobei der Kühlkörper (23, 24) Rippen aufweist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Kontaktelement (11) in zwei Teile (11 B) getrennt ist und jedes Teil den ersten in die Basis (330) eingesetzten An­ schluß (13, 13 B) aufweist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Kontaktelement (14) in zwei Teile (14 B) getrennt ist, und jedes Teil den zweiten in die Basis (330) eingesetzten An­ schluß (16, 16 A) aufweist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Basis (330) so ausgestaltet ist, daß zwei Basisblöcke (330 A, 330 B), die jeweils die gleiche Struktur haben, die gebil­ det wird von einem Abschnitt, an dem die elektromagneti­ schen Relaisblöcke (110, 220) befestigt sind und einer Hälfte eines Abschnitts, an der das erste und zweite Kon­ taktelement (11, 14) befestigt ist, punktsymmetrisch zu­ einander kombiniert werden.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wicklungen (3) der beiden elektromagnetischen Relais­ blöcke (110, 220) an je einem Ende durch ein leitendes Element miteinander verbunden sind.