DE4009462A1 - Miniaturisiertes zeitrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Relais mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Beispielsweise aus der DE-PS 31 12 414 ist ein Zeitrelais mit elektronischer Steuerung des Zeitablaufes bekannt. Die elektronischen Bauelemente wie integrierte Schaltung, Kondensatoren, Widerstände und Einstellpotentiometer, befinden sich auf einer einzigen, entsprechend großen ungeteilten Leiterplatte, die in einem entsprechend gro­ ßen Gehäuse untergebracht ist. Die Abmessungen des Gehäu­ ses sind etwa wenigstens so groß wie die von üblichen Sicherungsautomaten, wie sie im 220 V Netz bis zu 25 A verwendet werden.

Für die modernen Steuerungsaufgaben sind derartige Ge­ häuseabmessungen durchweg unerwünscht groß.

Ausgehend hiervon ist es deswegen Aufgabe der Erfindung, ein miniaturisiertes Relais mit elektronischer Steuerung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Relais mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Aufteilung der Leiterplatte für die elektronischen und die elektrischen Bauelemente in mehrere Abschnitte, die durch flexible streifenförmige Abschnitte miteinan­ der verbunden sind, gestattet es, den Innenraum des Ge­ häuses sehr gut auszunutzen, ohne den Grundflächenbedarf zu erhöhen, weil die Abschnitte innerhalb des Gehäuses etagenweise übereinander angeordnet werden können. Das Gehäuse wird damit in der Höhe wesentlich besser aus­ genutzt als bei den bekannten Anordnungen, bei denen eine einzige, entsprechend großflächige starre Leiter­ platte vorgesehen ist. Gleichzeitig kann der Grundflächen­ bedarf für die elektronischen Bauelemente so weit ver­ ringert werden, daß, abgesehen von dem elektromagneti­ schen Teil alles in einem zylindrischen Gehäuse unter­ gebracht werden kann, dessen Außendurchmesser samt Gewinde 22,3 mm nicht übersteigt. Hierdurch wird eine Einlochmontage in Gehäusen und Schalttafeln möglich, wobei der notwendige Flächenbedarf auf dem Gehäuse bzw. der Schalttafel von dem an der Vorderseite des Gehäuses befindlichen Bedienknopf festgelegt ist. Die starren Abschnitte vereinfachen die Bestückung mit den Bauteilen und die Montage in dem Gehäuse, ver­ glichen mit einer durchweg flexiblen Leiterplatte.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Anordnung aus den starren Leiterplattenabschnitten und den flexib­ len Streifen in dem Gehäuse leporelloartig gefaltet ist, weil dadurch nur kurze flexible Streifen benötigt werden, die die einzelnen starren Abschnitte oder Scheiben miteinander verbinden.

Die Herstellung wird vereinfacht, wenn mit Ausnahme der bei der leporelloartig gefalteten Anordnung außenlie­ genden Leiterplatten alle übrigen Leiterplatten die Bauelemente auf derselben Seite der ungefalteten An­ ordnung tragen. Außerdem wird die Herstellung weiter vereinfacht, wenn die Leiterplattenabschnitte, die die Bauelemente tragen, verglichen mit den verbindenden streifenförmigen Abschnitten steif sind. Hierdurch vereinfacht sich die Halterung der Anordnung in dem Gehäuse und es sind bei der leporelloartigen Faltung zwischen benachbarten Bauelemente tragenden Seiten befindliche Isolationszwischenlagen weitgehend ent­ behrlich.

Die flexiblen Abschnitte sind vorteilhafterweise frei von Bauelementen, um die Flexibilität nicht zu beein­ trächtigen.

Wenn die die Leiterbahnen tragende Seite der Folien von derjenigen Seite der Folie weg weist, die mit den Bauelementen tragenden Abschnitten verbunden ist, können auf diese Weise leicht die sich über die flexiblen Abschnitte fortsetzenden Leiterbahnen gebildet werden, die einstückig in die Leiterbahnen auf den entsprechenden Abschnitten mit den Bauteilen übergehen, was Lötstellen und die damit einhergehen­ den Probleme vermeidet.

Wenn die gesamte gedruckte Schaltung eine gerade Anzahl von starren Abschnitten aufweist, befinden sich bei der Herstellung, also im noch gestreckten Zustand, die beim leporelloartig gefalteten Stapel außenliegenden Seiten der endseitigen starren Abschnitte auf derselben Seite und können ohne weiteres in einem Arbeitsgang mit Bau­ teilen bestückt werden, die in Bohrungen eingesteckte Anschlußbeinchen aufweisen, wie dies beispielsweise bei Einstellpotentiometern oder Anschlußklemmen der Fall ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein miniaturisiertes, elektronisch gesteuertes Relais in einem Längsschnitt durch das Gehäuse unter Veranschaulichung der Anordnung der Lei­ terplattenabschnitte,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Leiterplat­ tenanordnung des Relais nach Fig. 1 im gestreck­ ten Zustand in einer Draufsicht und

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2, teilweise leporello­ artig gefaltet, in einer Seitenansicht.

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt ein miniaturisiertes, elektronisch gesteuertes Relais, beispielsweise ein Zeit­ relais 1, veranschaulicht, das ein etwa zylindrisches Gehäuse 2 aufweist, in dessen ebenfalls etwa zylindri­ schem Innenraum 3 eine Anordnung 4 aus Leiterplatten­ scheiben enthalten ist. Das zylindrische Gehäuse 2 setzt sich aus einem zylindrischen Abschnitt 5 zusam­ men, der sich an dem unteren Ende des Gehäuses 3 befin­ det und an den sich ein Außengewinde 6 anschließt. Das Außengewinde 6 endet an einem radial nach außen wegstehenden Bund 7 mit planer Unterseite, der zur Anlage an einer Schalttafel oder einer Gehäusefront­ platte vorgesehen ist. Oberhalb des Bundes 7 befindet sich ein ebenfalls zylindrischer Abschnitt 8, der hut- oder kappenartig von einem transparenten Bedienungs­ knopf 9 übergriffen ist. Der becherartige Bedienungs­ knopf 9, dessen zylindrischer Kragen 11 den zylindri­ schen Abschnitt 8 umgibt, besteht aus einer ebenfalls transparenten Frontplatte 12, die sich über der Vorder­ seite des Gehäuses 2 erstreckt.

Die axiale Sicherung des Bedienungsknopfes 9 erfolgt mit Hilfe eines nach innen vorstehenden Wulstes 13 an dem Kragen 11, der mit einer entsprechenden umlaufenden Ringnut 14 an der Außenseite des zylindrischen Ab­ schnittes 8 in Eingriff steht. In einer weiteren Ring­ nut 15, ebenfalls in der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 8, sitzt ein O-Ring 16, der dichtend an der zylindrischen glatten Innenseite des Kragens 11 zwischen dem umlaufenden Wulst 13 und dem Bund 7 anliegt.

Die Frontplatte 12 ist auf ihrer Rückseite, die dem zylindrischen Innenraum 4 zugekehrt ist, mit einer ringförmigen Nut 17 versehen, die konzentrisch zu dem zylindrischen Gehäuse 2 bzw. dem Kragen 11 verläuft und in der eine nichttransparente, auf der vorderen Stirnseite des Gehäuses 2 aufsitzende ringförmige Skala 18 liegt. Die Skala 18 kann durch den Bedienknopf 9 hindurch betrachtet werden. Außerdem enthält sie eine Öffnung 19 für eine Leuchtdiode 21 zur Anzeige des Betriebszustandes.

Der Innenraum 4 ist, wie bereits erwähnt, im wesentlichen zylindrisch und besteht aus einem oberen Abschnitt 22, der an der Rückseite der Skala 18 beginnt und in einen Abschnitt 23 mit geringfügig kleinerem Durchmesser übergeht. Der Abschnitt 23 führt bis zu einem in dem Gehäuse 2 befindlichen Boden 24. An der Übergangsstelle zwischen dem Abschnitt 22 in den Abschnitt 23 befinden sich diametral gegenüberliegende sägezahnförmige Nasen 25, deren steile Flanke dem Boden 24 und deren sanft ansteigende Flanke der Skala 18, d. h. dem Abschnitt 22 mit dem größeren Durchmesser zugekehrt ist. Im Anschluß an die beiden Nasen 25 geht der Abschnitt 22 an einer planen Ringschulter 26 in den Abschnitt 23 über.

Die elektronische Schaltung des Relais 1 befindet sich auf der Leiterplattenanordnung 4, die in Fig. 2 unge­ faltet in einer Draufsicht und in Fig. 3 teilweise ge­ faltet in der Seitenansicht zu erkennen ist. Der Über­ sichtlichkeit halber sind bei Fig. 1, abgesehen von der Leuchtdiode 21 und einem Einstellpoteniometer 27, das drehfest über einen Sechskant 28 mit dem Bedien­ knopf 9 gekuppelt ist, keine weiteren Bauelemente wie integrierte Schaltkreise, Kondensatoren, Widerstände und Dioden gezeigt. Die Fig. 2 enthält auch nur einen Teil der Leiterbahnen, um das Wesentliche erkennen zu können.

Ersichtlicherweise besteht die gesamte gedruckte Schal­ tung 4 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus ins­ gesamt vier kreisscheibenförmigen starren Abschnitten 29, 30, 31 und 32, die aus einem steifen Epoxidharz­ träger 33 bestehen, auf dessen beiden Flachseiten in bekannter Weise Leiterbahnen 34 ausgebildet sind. Die Leiterbahnen der Rückseite sind, wie bei 35 ange­ deutet, gestrichelt gezeigt. Es versteht sich, daß sämtliche streifenförmige Abschnitte mit Leiterbahnen 34, 35 versehen sind, obwohl dies nicht im einzelnen dargestellt ist.

Der Durchmesser der kreisscheibenförmigen Abschnitte 29 . . . 32 ist an den Durchmesser des Innenraumes 3 ange­ paßt, in dem im montierten Zustand der jeweilige kreis­ scheibenförmige Abschnitt sitzt. So entspricht der Durchmesser des kreisscheibenförmigen Abschnittes 32 der lichten Weite des Abschnittes 23, während der Abschnitt 31 ebenso wie die Ab­ schnitte 29 und 30 einen Durchmesser entsprechend der lichten Weite des Abschnittes 22 des Innenraumes 3 haben. Um eine Kollision des Abschnittes 30 mit den Rastnasen 25 zu vermeiden, ist der kreisscheibenför­ mige Abschnitt 30 an zwei diametral gegenüberliegen­ den Stellen 36 abgeflacht.

Jeweils zwei benachbarte kreisscheibenförmige Abschnit­ te 29 . . . 32 sind mittels eines Streifens einer elasti­ schen Folie, beispielsweise einer Polyimidfolie verbunden. Diese Folien bilden streifenförmige Ab­ schnitte 37 . . . 39, die allesamt auf derselben Seite mit den kreisscheibenförmigen Abschnitten 29 . . . 32 stoff­ schlüssig verbunden sind. Auf diese Weise sind sämtliche kreisscheibenförmige Abschnitte 29 . . . 32 miteinander verbunden, wobei mit Ausnahme der an den Enden liegen­ den kreisscheibenförmigen Abschnitte 29 und 32 die in der Mitte befindlichen 30 und 31 jeweils an diametra­ len Stellen die zu den Nachbarabschnitten führenden Streifen 37, 38 und 39 tragen. Die streifenförmigen Abschnitte 37, 38, 39 haben, wie die Draufsicht der Fig. 2 erkennen läßt, die Gestalt eines I und beste­ hen jeweils aus zwei etwa parallel zueinander verlau­ fenden Querstücken 41 und 42, die miteinander ein­ stückig über ein Halsteil 43 verbunden sind. Der Hals­ teil 43 wird von parallelen Kanten begrenzt, so daß er etwa bandförmig ist. Mit den Querstücken 41 und 42 sind die streifenförmigen Abschnitte 37 auf den kreisscheibenförmigen Abschnitten 29 . . . 32 befestigt, wobei jeder kreisscheibenförmige Abschnitt 29 . . . 32 an der Übergangsstelle des jeweiligen Querstückes 41 bzw. 42 in dem Halsteil 43 längs einer Kante 44 ab­ geflacht ist. Diese Kanten 44 treten an allen kreis­ scheibenförmigen Abschnitten 29 . . . 32 auf.

Die streifenförmigen Abschnitte 37 . . . 39 bilden einer­ seits die mechanische Verbindung zwischen den benach­ barten kreisscheibenförmigen Abschnitten 29 . . . 32 und dienen andererseits als Substrat für die Leiterbah­ nen 34, die sich, wie dies im Zusammenhang mit den kreisscheibenförmigen Abschnitten 31 und 32 veran­ schaulicht ist, von dem einen kreisscheibenförmigen Abschnitt 31 auf den anderen kreisscheibenförmigen Abschnitt 32 über den dazwischen liegenden flexiblen streifenförmigen Abschnitt 39 erstrecken. Die Leiter­ bahnen 34 befinden sich auf der Seite der flexiblen Abschnitte 29 . . . 32, die von der Seite weg weist, mit der die flexiblen Abschnitte 29 . . . 32 stoffschlüssig mit den scheibenförmigen Abschnitten 29 . . . 32 ver­ bunden sind.

Der Zusammenbau des Relais 1 geschieht in der Weise, daß zunächst nach dem Herstellen der Leiterplattenan­ ordnung die kreisscheibenförmigen Abschnitte 29 . . . 32 mit den elektronischen und elektromechanischen Bau­ teilen, vorzugsweise SMD-Bauteilen bestückt werden.

Diese Bauteile befinden sich bei den kreisscheibenförmi­ gen Abschnitten 30 und 31 lediglich auf der in Fig. 2 sichtbaren Seite, mit der auch die streifenförmigen Abschnitte 37, 38 und 39 verbunden sind. Die kreis­ scheibenförmigen Abschnitte 29 und 32 bekommen zu­ sätzlich auf der nicht erkennbaren Rückseite die Leucht­ diode 21 sowie das Einstellpotentiometer 27, während der kreisscheibenförmige Abschnitt 32 auf der Rücksei­ te mit einer in Fig. 1 zu sehenden Anschlußklemme 45 bestückt wird. Sodann wird die auf diese Weise erhalte­ ne gedruckte Schaltung 4, wie Fig. 3 veranschaulicht, leporelloartig gefaltet, wobei die flexiblen, streifen­ förmigen Abschnitte 37 . . . 39 quasi als Filmscharniere dienen. Die Faltung der gedruckten Schaltung 4 erfolgt in der Weise, daß die unbestückten Rückseiten der kreisscheibenförmigen Abschnitte 30 und 31 einander gegenüberliegen, während die kreisscheibenförmigen Abschnitte 29 und 30 bzw. 31 und 32 andererseits sich ihre mit den Bauelementen bestückten Seiten zukehren, so daß von dem erhaltenen Stapel an der einen Seite die Anschlußklemme 45 und an der anderen Seite das Einstellpotentiometer 27 bzw. die Leuchtdiode 21 wegstehen. Entsprechend dem erforderlichen Abstand der kreisscheibenförmigen Abschnitte 29 bis 32 ist die Länge des Halsteiles 43 der flexiblen Abschnitte 37 bis 39 bemessen.

Nachdem in dieser Weise die gedruckte Schaltung 4 zickzackförmig gefaltet ist, werden in dafür vorge­ sehene und miteinander fluchtende randseitige Aus­ nehmungen 46 der kreisscheibenförmigen Abschnitte 29, 30, 31, 32 Abstandshalterelemente 47 eingesetzt, von denen einer in Fig. 1 zu erkennen ist. Die randsei­ tigen Ausnehmungen 46 liegen sich auf jedem kreis­ scheibenförmigen Abschnitt 29, 30, 31, 32 diametral ge­ genüber.

Die Abstandshalter 47 weisen Einschnürungen auf, deren Abmessung der Größe der jeweiligen Ausnehmung 46 entspricht und deren Abstände innerhalb eines Abstands­ halterelementes 47 dem Abstand entspricht, den benach­ barte kreisscheibenförmige Abschnitte 29 . . . 32 voneinan­ der haben sollen. Sodann werden die Abstandshalterele­ mente 37 mit den kreisscheibenförmigen Abschnitten 29 . . . 32 verklebt und der erhaltene Stapel wird von der Vor­ derseite des Gehäuses 2 her in den zylindrischen Innen­ raum 3 eingesetzt. Beim Einsetzen kann der im Durch­ messer etwas kleinere kreisscheibenförmige Abschnitt 32, der die Anschlußklemme 45 trägt, frei an den bei­ den Rastnasen 25 vorbeigelangen, da sein Durchmesser etwas geringer ist als die lichte Weite, den die bei­ den diametral einander gegenüberliegenden Rastnasen 25 haben. Der nächstfolgende kreisscheibenförmige Ab­ schnitt 31 ist jedoch etwas größer, so daß er nur unter elastischer Verformung der Rastnasen 25 bzw. von sich selbst die Rastnasen 25 passieren kann, um auf der Schulter 26 aufzuliegen. Hierdurch wird der kreisscheibenförmige Abschnitt 31 zwischen der Schulter 26 und den Rastnasen 25 festgehalten, wodurch die ge­ samte gedruckte Schaltung 4 in dem Innenraum 3 gesi­ chert ist. Die abgeflachten Stellen 36 des nächst­ folgenden kreisscheibenförmigen Abschnittes 30 liegen den Rastnasen 25 berührungsfrei gegenüber.

Anschließend kann nach dem Auflegen der Skala 18 der becherförmige Bedienknopf 9 auf das Gehäuse 2 aufge­ schnappt werden, bis sein Wulst 13 in der komplementä­ ren Nut 14 zu liegen kommt.

Claims (16)

1. Relais (1) mit elektronischer Steuerung, insbesonde­ re Zeitrelais, mit einem einen Innenraum (3) begren­ zenden Gehäuse (2), dessen Innenraum (3) an einem Ende, gegebenenfalls durch einen Boden (24), verschlos­ sen ist, und das ein Betätigungsglied (9) zum Einstel­ len eines elektrischen Bauelementes aufweist, sowie mit einer in dem Innenraum (3) angeordneten und Leiterbahnen (34, 35) tragenden gedruckten Schal­ tung (29 . . . 32, 37 . . . 39), die eine Anzahl elektro­ nischer bzw. elektrischer Bauelemente trägt, da­ durch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung (29 . . . 32, 37 . . . 39) in zwei oder mehrere mit Bauele­ menten versehene Abschnitte (29 . . . 32) aufgeteilt ist, die durch dazwischen liegende streifenförmige Abschnitte (37 . . . 39) verbunden sind, die flexibel sind und auf denen sich die Abschnitte (29 . . . 32) ver­ bindende Leiterbahnen (34) befinden, die einstückig in die Leiterbahnen (34, 35) der Abschnitte (29 . . . 32) mit den Bauelementen übergehen, und daß die Ab­ schnitte (29 . . . 32) mit den Bauelementen übereinan­ der befindlich in dem Gehäuse (2) angeordnet sind.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus den Abschnitten (29 . . . 32) mit den Bauelementen sowie den dazwischen liegen­ den flexiblen Abschnitten (37 . . . 39) leporelloartig gefaltet sind, derart, daß die Abschnitte (29 . . . 32) mit den Bauelementen deckungsgleich liegen.

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme der bei der leporelloartig gefal­ teten Anordnung außenliegenden Abschnitten (29, 32) bei allen übrigen Abschnitten (30, 31) die Bauele­ mente auf derselben Seite der ungefalteten Anord­ nung vorgesehen sind.

4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (29 . . . 32), die die Bauelemente tra­ gen, im wesentlichen steif, verglichen mit den sich dazwischen erstreckenden flexiblen Abschnitten (37 . . . 39) sind.

5. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Abschnitte (37 . . . 39) frei von Bauele­ menten sind.

6. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Abschnitte (37 . . . 39) ein folienförmiges flexibles Substrat aufweisen und lediglich auf einer Seite mit Leiterbahnen (34) versehen sind.

7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leiterbahnen (34) tragende Seite der Folien von derjenigen Seite der Folie weg weist, die mit den Bauelemente tragenden Abschnitten (29 . . . 32) verbunden ist.

8. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit Leiterbahnen (34) versehenen Seiten der flexiblen streifenförmigen Abschnitte (37 . . . 39) zu derselben Seite der Anordnung aus den Abschnitten (29 . . . 32) mit den Bauelementen und der flexiblen Abschnitte (37 . . . 39) weisen.

9. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bauelemente tragenden Abschnitte (29 . . . 32) beidseitig mit Leiterbahnen (34, 35) versehen sind.

10. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Bauelemente tragenden Abschnitten (30, 31), de­ nen jeweils zwei andere Bauelemente tragende Ab­ schnitte (29 . . . 32) benachbart sind, die streifen­ förmigen flexiblen Abschnitte (37, 38, 39) an diametral gegenüberliegenden Randbereichen des je­ weiligen Bauelemente tragenden Abschnittes (30, 31) vorgesehen sind.

11. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente tragenden Abschnitte (29 . . . 32) eine zumindest kreisscheibenähnliche Gestalt aufweisen und an Randbereichen (44), an denen die streifen­ förmigen flexiblen Abschnitte (37, 38, 39) abgehen, eine abgeflachte Kante (44) aufweisen.

12. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen flexiblen Abschnitte (37, 38, 39) in einem Bereich (43) der zwischen benachbarten, Bau­ elemente tragenden Abschnitten (29 . . . 32) liegt, schmä­ ler sind als in ihren Bereichen (41, 42), mit denen sie an den Bauelemente tragenden Abschnitten (29 . . . 32) stoffschlüssig verbunden sind.

13. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente tragenden Abschnitte (29 . . . 32) durch wenigstens ein Abstandshalterelement (47) im fest­ gelegten Abstand zueinander gehalten sind.

14. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (2) Rastmittel (25, 26) vorgesehen sind, die mit wenigstens einem Bauelemente tragen­ den Abschnitt (29) im Sinne eines Sicherns der An­ ordnung aus den Abschnitten (29 . . . 32) zusammenwir­ ken.

15. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der starren Abschnitte (29 . . . 32) gerade ist.

16. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der starren Abschnitte (29 . . . 32) parallel zu einer Stirnseite des Gehäuses (2) ver­ läuft.