DE4110411A1 - Klappankerrelais, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klappankerrelais, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Magnetjoch, Spulenkörper, Klappanker und federnden Schaltkontakten, die durch den Klappanker mittels eines Schalthebels betätigbar sind.

Die in der Kraftfahrzeugtechnik zunehmende Elektrifizierung mechanischer Betätigungsvorgänge, wie Zentralverriegelung, Schiebedach- und Fensterbetätigung, elektrische Sitzverstel­ lung, der zunehmende Einsatz von Klimaanlagen und anderen Geräten erfordert zusätzlich zu dem hohen Aufwand für das elektrische Bordnetz den Einsatz zahlreicher Relais, die auch bei einem starken Abfall der üblichen Bordnetzspannung von 12 V auf weniger als die Hälfte, beispielsweise bei einem Spannungsabfall auf etwa 6 V und darunter, ebenso wie bei außerordentlich hohen Umgebungstemperaturen von etwa 90°C oder 363°K noch funktionssicher schalten sollen. Im Hinblick auf den vergleichsweise hohen Strombedarf der gebräuchlichen Klappankerrelais ist es wegen der zunehmend größer werdenden Anzahl der Relais von beispielsweise 50 Stück und mehr je Kraftfahrzeug auch erforderlich, insbesondere die Haltespan­ nung für jedes einzelne Relais so niedrig wie möglich zu halten, um einerseits einem erhöhten Stromverbrauch und andererseits einer unerwünschten zusätzlichen Erwärmung der Relais entgegenzuwirken.

Die an Klappankerrelais beim Einsatz in Kraftfahrzeugen ge­ stellten hohen Anforderungen, die zunehmend höhere Schaltlei­ stung bei hohen induktiven Lasten, kleinere Bauweise und ge­ ringere Verlustleistung, können mit den bisher üblichen Klappankerrelais nicht mehr mit der gewünschten Zuverlässig­ keit und Betriebssicherheit realisiert werden. Auch kann wegen der durch die beengten Einbauverhältnisse vorgegebenen Baugröße von Klappankerrelais für die Fahrzeugtechnik bei den bekannten Klappankerrelais der Kontaktabstand nicht mehr nen­ nenswert vergrößert werden, was jedoch für das Schalten von hohen induktiven Lasten von entscheidender Bedeutung ist.

Außerdem erfordert der durch den großen Kontaktabstand bei den bekannten Relais bedingte große Luftspalt des Klappankers ein stärkeres Magnetsystem mit einer höheren Ansprecherregung bzw. Amperewicklungszahl, um die geforderte Anzugsspannung einzuhalten. Der Kontaktdruck des Ruhekontaktes wird bei sol­ chen Klappankerrelais von der Rückholfeder bestimmt und er­ fordert dadurch ebenfalls ein stärkeres Magnetsystem.

Ein stärkeres Magnetsystem bedeutet jedoch eine höhere Ver­ lustleistung, die in Wärme umgesetzt wird. Für Print-Relais mit elektronischen Bauteilen in einem gemeinsamen geschlos­ senen Gehäuse führt dies zu unzulässig hohen Umgebungstempe­ raturen für die elektronischen Bauelemente. Eine Optimierung dieser zum Teil gegenläufigen Erfordernisse kann nur mit einer sehr sorgfältigen und aufwendigen Justierung im Ferti­ gungsablauf erfolgen.

Um die bei Klappankerrelais zum Anziehen des Klappankers er­ forderliche hohe Stromstärke nach dem Anziehen des Ankers herabzusetzen, ist es zwar bereits bekannt (DE-PS 3 07 318) , auf dem Magneten des Klappankerrelais eine zusätzliche, vom Strom der Hauptwicklung unabhängige Zusatzwicklung anzubrin­ gen, die bei losgelassenem Anker einen wesentlichen Teil der zum Anziehen erforderlichen Magnetisierung hergibt und bei angezogenem Anker unwirksam ist, so daß in diesem letztge­ nannten Zustande nur die Hauptwicklung wirkt, die eine gerin­ ge Magnetisierungskraft hat und bei geringfügigem Rückgehen dieser Magnetisierungskraft den Anker nicht mehr zu halten vermag.

Dieses bekannte Klappankerrelais ist jedoch für einen Einsatz bei Kraftfahrzeugen unter den vorstehend geschilderten beson­ deren Einsatzbedingungen schon insofern nicht geeignet, als die Hauptwicklung und die Zusatzwicklung auf den beiden Schenkeln des U-förmigen Magnetjoches gegensinnig gewickelt sind, so daß sie sich entgegen den unzutreffenden Ausführun­ gen in dieser Patentschrift beim Anziehen des Relais nicht unterstützen, sondern einander entgegenwirken, was aber nicht der vorstehend wiedergegebenen Zielsetzung entspricht. Außer­ dem ist für die Abschaltung der Zusatzwicklung ein durch den Klappanker betätigter Öffner vorgesehen, der die Stromzufuhr zu der Zusatzwicklung bereits während der Schwenkbewegung des Klappankers unterbricht, so daß dieser eine vergleichsweise große Masse haben muß, um entgegen der an ihm angreifenden Rückholfeder überhaupt noch in die Anzugsstellung am Magnet­ joch des Relais zu gelangen. Eine sichere Funktionsweise eines solchen Relais ist daher insbesondere bei niedrigen Spannungen und/oder hohen Temperaturen nicht gewährleistet.

Diese Voraussetzungen sind auch bei einer anderen bekannten Schaltung an einer Erregerspule für Schütze oder Relais, bei denen die Erregerspule zum Anziehen und zum Halten mit unterschiedlicher elektrischer Energie gespeist wird, nach der DE-OS 23 05 343 nicht gegeben. Dieser Schaltung liegt zwar die Aufgabe zugrunde, mit geringen räumlichen Mitteln eine Verminderung der thermischen Verlustleistung im Haltezu­ stand ohne den Aufwand eines zusätzlichen Widerstandes und eines Hilfskontaktes zu bewirken, um den räumlichen Aufwand klein zu halten und die Belastung der für die Stromversorgung dienenden Batterie zu vermindern, doch wird dieses Ziel durch die aus dieser Druckschrift bekannten Schaltungen nicht in zufriedenstellender Weise erreicht. So ist in einer ersten Ausführungsform der Schaltung mit in Reihe liegenden Wicklun­ gen der vom Erregerstrom durchflossene Teil der Wicklungen nach Innenwiderstand und Windungszahl so bemessen, daß er bei Anliegen der Speisespannung die zum Anzug erforderliche ma­ gnetische Erregung aufweist, während der übrige Teil der Wicklungen nach Innenwiderstand und Windungszahl so bemessen ist, daß die Gesamtheit der Wicklungen bei Anliegen der Spei­ sespannung die zum Halten erforderliche magnetische Erregung erreicht. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als durch die Reihenschaltung der Wicklungen die Gesamtheit der Wicklungen auch bei angezogenem Relais an Spannung liegt und damit als Stromverbraucher auftritt, womit eine unerwünschte Erzeugung von Verlustwärme verbunden ist und auch das Bordnetz nicht ausreichend entlastet wird.

Sind bei der bekannten Schaltung beide Teile der Wicklung in Reihe geschaltet, so sind sie nach Innenwiderstand und Win­ dungszahl derart dimensioniert, daß sie die zum Halten des Ankers erforderliche magnetische Erregung aufweisen. Bei An­ liegen der Speisespannung wird ein aus einer Kapazität und einem Widerstand bestehendes RC-Glied über die Basis-Emitter- Strecke eines Transistors aufgeladen. Der durch die Basis- Emitter-Strecke fließende Ladestrom für das RC-Glied schaltet den Transistor leitend, so daß der Erregerstrom aus der Spannungsquelle über die eine der beiden Wicklungen und die Kollector-Emitter-Strecke des Transistors die andere Wicklung umgeht. Sobald das RC-Glied aufgeladen ist, schaltet der Transistor auf nichtleitend und die beiden Spulenteile werden in Reihe an die Speisespannung gelegt. Eine nennenswerte Stromersparnis kann hierdurch allerdings nicht erreicht wer­ den, da beide Spulenteile auch in der Anzugsstellung des Re­ lais unter Spannung stehen.

In einer anderen Ausführungsform können bei der aus dieser Druckschrift bekannten Schaltung die Wicklungsteile zwar auch in Serien-Parallel-Schaltung schaltbar angeordnet sein, wobei die vorhandenen Spulenwicklungen jedoch stets gleich dimen­ sioniert sind und in Serie liegen, wodurch allenfalls eine Verdoppelung der Anzugsdurchflutung erreicht werden kann, nicht jedoch die erforderliche starke Herabsetzung der Durch­ flutung bei angezogenem Klappanker, wie sie aufgrund der oben dargelegten Verhältnisse notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik geeignetes Klappanker­ relais mit einer hohen Anzugskraft, einer niedrigen Anzugs­ spannung und einem kleinen Haltestrom bei platzsparender Bauweise zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Relais vermeidet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Klappanker­ relais nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß auf dem Spulenkörper zwei gleichsinnig gewickelte und stromdurchflossene, unterschiedlich dimensionierte Spulen­ wicklungen als Anzugswicklung und Haltewicklung in Parallel­ schaltung angeordnet sind, und daß für die Anzugswicklung eine zeitverzögerte elektronische Abschaltung nach Erreichen der Anzugsstellung des Klappankers vorgesehen ist.

Wird das Relais unter Strom gesetzt, so ziehen beide Wicklun­ gen die Ankerplatte des Klappankers mit der vollen Leistung an. Hierdurch kann ein relativ großer Luftspalt zwischen An­ kerplatte und Magnetjoch überwunden werden. Die nach dem Ein­ schalten des Relais nicht mehr benötigte niederohmige Anzugs­ wicklung mit hoher Anzugskraft wird nur für eine kurze Dauer von etwa 20 Millisekunden eingeschaltet und über eine Transi­ storstufe, die nach vollem Durchzug der Ankerplatte mit Zeit­ verzögerung wirkt, elektronisch verzögert abgeschaltet. Nur die parallel geschaltete hochohmige Haltewicklung mit gerin­ ger Anzugskraft bleibt als Dauerbelastung mit sehr geringer Verlustleistung und damit geringer Erwärmung für die Dauer der Ansteuerung eingeschaltet.

Gegenüber Relais mit gleichgroßen Spulenwicklungen, die in Reihe geschaltet sind, kann durch die Parallelschaltung der Spulen eine um etwa 21% höhere Anzugskraft erzielt werden. Dies ist besonders bei niedrigen Betriebsspannungen und hohen Umgebungstemperaturen von großer Bedeutung.

Eine besonders vorteilhafte Auslegung eines solchen Klappan­ kerrelais ist im Anspruch 2 gekennzeichnet, durch die sich die Verlustleistung solcher Relais gegenüber herkömmlichen Konstruktionen um einen Faktor von etwa 7 oder 8 verbessert.

Eine besonders platzsparende Bauweise bei großer Anzugsdurch­ flutung wird durch das Merkmal des Anspruches 3 erreicht, während eine besonders vorteilhafte Schaltung der für die zeitverzögerte Abschaltung der Anzugswicklung vorgesehenen Transistorstufe in den Ansprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet ist.

Dadurch, daß auf dem Spulenkörper des Relais zwei Spulenwick­ lungen mit unterschiedlicher Ansprecherregung als Anzugswick­ lung und Haltewicklung angeordnet sind, und daß für die Anzugswicklung eine zeitverzögerte elektronische Abschaltung erst nach Erreichen der Anzugsstellung des Klappankers vorgesehen ist, können die einzelnen elektromagnetischen Eigenschaften der damit ausgestatteten Relais unabhängig voneinander optimal ausgelegt werden.

Eine Justierung der Kenngrößen, wie zum Beispiel Anzugsspan­ nung, Haltespannung, Kontaktdruck und Kontaktabstand kann entfallen, da die einzelnen Kenngrößen im Unterschied zu den bekannten Klappankerrelais bei gleicher Baugröße mit ent­ sprechender Reserve (Überdimensionierung) ausgelegt werden können. Hierdurch kann eine gleichbleibend hohe Qualität über die gesamte Lebensdauer solcher Klappankerrelais gewährlei­ stet werden. Die üblichen Verschleißerscheinungen und die dadurch bedingten Veränderungen der Kenngrößen sind bei dem neuen Relais vernachlässigbar gering. Die Fertigungskosten können beträchtlich reduziert werden.

Die Betätigung der Schaltkontakte erfolgt über ein spezielles Schalthebelsystem, so daß der Kontaktabstand bei gleicher Baugröße solcher Relais um einen Faktor von mindestens zwei vergrößert wird.

Durch die relativ große Übersetzung von mindestens 2 : 1 der Bewegung des Klappankers in die Schwenkbewegung des Schalthe­ bels ist ein großer Kontaktabstand zwischen den Arbeitskon­ takten bzw. Ruhekontakten des Relais möglich. Dieser große Kontaktabstand bedeutet gleichzeitig eine hohe Betätigungs­ geschwindigkeit der Kontakte und somit einen schnellen Schaltvorgang, wodurch der Abschaltlichtbogen schnell unter­ brochen wird. Dies führt indirekt zu einer höheren Lebens­ dauer der Kontaktstellen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Klappankerre­ lais mit zwei Spulenwicklungen und zeitverzögerter Abschaltung einer der beiden Wicklungen, die als Anzugswicklung dient,

Fig. 2 ein Schaltbild für die zeitverzögerte Abschaltung der Anzugswicklung durch eine Transistorstufe mit Abschaltverzögerung,

Fig. 3 ein Schaltbild der Transistorstufe mit Abschaltver­ zögerung,

Fig. 4 einen horizontalen Schnitt durch das Klappankerre­ lais gemäß Schnittlinie IV-IV von Fig. 1,

Fig. 5 einen weiteren Schnitt durch das Klappankerrelais gemäß Schnittlinie V-V von Fig. 1

Fig. 6 einen gegenüber Fig. 1 vereinfachten senkrechten Schnitt durch das Klappankerrelais gemäß Schnittli­ nie VI-VI von Fig. 7, wobei sich das Klappanker­ relais in der Anzugsstellung befindet und die Stromversorgung der Anzugswicklung unterbrochen ist,

Fig. 7 einen horizontalen Schnitt durch das Klappankerre­ lais gemäß Schnittlinie VII-VII von Fig. 6,

Fig. 8 einen weiteren vereinfachten senkrechten Schnitt durch das Klappankerrelais gemäß Schnittlinie VIII-VIII von Fig. 7 mit in Kontaktstellung befindli­ chen Schließkontakten und

Fig. 9 noch einen Schnitt durch das Klappankerrelais gemäß Schnittlinie IX-IX von Fig. 7 mit geöffneten Arbeitskontakten, die als Doppelkontakt ausgebildet sind.

Das Klappankerrelais 1, das insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmt ist, besteht aus einem U-förmigen Magnetjoch 2 mit Spulenkörper 3, Klappanker 4 und mehreren federnden Schalt­ kontakten 5, 6, die durch den Klappanker 4 betätigbar sind. Alle Teile sind in einem Gehäuse 7 mit einem Sockel 8 und mehreren Steckerstiften, -fahnen 9, Lötstiften für Printre­ lais oder dergleichen geschützt angeordnet.

Auf dem Spulenkörper 3 sind zwei gleichsinnig gewickelte und stromdurchflossene, unterschiedlich dimensionierte Spulen­ wicklungen 10, 11 als Anzugswicklung 10 und als Haltewicklung 11 in Parallelschaltung angeordnet. Für die Anzugswicklung 10 ist eine zeitverzögerte elektronische Abschaltung nach Errei­ chen der Anzugsstellung des Klappankers 4 vorgesehen.

Der Ohmsche Widerstand und die Windungszahl der Anzugswick­ lung 10 einerseits und der Ohmsche Widerstand und die Win­ dungszahl der Haltewicklung 11 andererseits sind dabei derart unterschiedlich dimensioniert, daß die Anzugswicklung 10 etwa 70 bis 90%, vorzugsweise etwa 80%, und die Haltewicklung 11 etwa 30 bis 10%, vorzugsweise etwa 20% der Anzugsdurchflu­ tung beim Einschaltvorgang übernimmt.

Die niederohmige Anzugswicklung 10 und die hochohmige Halte­ wicklung 11 sind auf dem Spulenkörper 3 derart übereinander­ gewickelt, daß die Anzugswicklung 10 innen und die Haltewick­ lung 11 außen liegt, wodurch eine besonders große Anzugs­ durchflutung erreicht wird.

Für die zeitverzögerte Abschaltung der Anzugswicklung 10 ist eine Transistorstufe 14 mit Abschaltverzögerung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, daß die Anzugswicklung 10 in Reihe mit der Kollector-Emitter-Strecke eines Transistors 53 zwischen dem Pluspol 51 und dem Minuspol 52 des Gleichstrom­ netzes angeordnet ist, an das das Relais angeschlossen ist. Zwischen dem Pluspol 51 und dem Minuspol 52 ist ein Kondensa­ tor parallel zur Anzugswicklung 10 in Reihe geschaltet mit einem Ohmschen Widerstand 55 und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 53, und parallel zu dem Ohmschen Widerstand 55 und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 53 ist eine Diode 56 angeordnet, die mit ihrer Anode am Minuspol 52 des Gleichstromnetzes liegt.

Der Transistor 53 ist in Darlingtonschaltung ausgeführt, wo­ durch eine sehr hohe Stromverstärkung erreicht werden kann. An der Anzugswicklung 10 und der Haltewicklung 11 ist weiter­ hin je eine Freilauf-Diode 57, 58 angeordnet.

Die Funktionsweise dieser Transistorstufe 14, die auch als integrierte Schaltung ausgeführt sein kann, ist wie folgt:.

Wird das Relais angesteuert, so liegt die Haltewicklung 11 unmittelbar an der Netzspannung.

Parallel dazu fällt die Netzspannung im Augenblick der An­ steuerung des Relais voll am Widerstand 55 und an der Basis- Emitter-Strecke des Transistors 53 ab. Dieser wird leitend, das heißt der hochohmige Kollektor-Emitter-Widerstand wird niederohmig und die Anzugswicklung 10 wird leitend.

Dieser Zustand bleibt solange erhalten, bis sich der Konden­ sator 54 auf die Netzspannung aufgeladen hat.

Dann ist der Spannungsabfall am Widerstand 55 und an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 53 Null, so daß die Kollektor-Emitter-Strecker wieder hochohmig wird und die Anzugswicklung 10 angeschaltet wird.

Dies ist jedoch eine stetige Abschaltung.

Die Diode 56 und die beiden Freilauf-Dioden 57, 58 sind notwendig, um die im Kondensator 54 und in den beiden Spulen 10, 11 gespeicherte Energie abzubauen, so daß andere Bauteile nicht zerstört werden.

Bei dieser Schaltung wird aufgrund seiner großen Stromver­ stärkung ein Darlington-Transistor verwendet. Das hat den Vorteil, daß ein hochohmiger Widerstand 55 gewählt werden kann und somit der Kondensator 54 klein bleiben kann.

Die Dimensionierung der Bauteile ist von den elektrischen und magnetischen Werten der Spulen sowie von den gewünschten Schaltzeiten abhängig.

Die Schaltkontakte 5, 6 des Relais 1 sind jeweils paarweise an seitlich neben dem Spulenkörper 3 aufragenden federnden Kontaktblechen 15, 16 angeordnet, und zwischen dem Spulenkör­ per 3 und den federnden Kontaktblechen 15, 16 ist ein schwenkbarer Schalthebel 17 vorgesehen, der um eine Drehachse 18 schwenkbar ist, die im Bereich zwischen der Schwenkachse 19 des Klappankers 4 und den federnden Kontaktblechen 15, 16 unterhalb des Spulenkörpers 3 angeordnet ist. Der Schalthebel 17 ragt, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, mit seinem freien Ende zwischen dem Spulenkörper 3 und den Schaltkontakten 5, 6 bis über die dem Klappanker 4 zugewandte Stirnseite 20 des Spulenkörpers 3 auf, so daß er durch den Klappanker 4 beauf­ schlagt werden kann.

Der Spulenkörper 3 hat, wie auch in der Draufsicht von Fig. 7 zu erkennen ist, einen im wesentlichen rechteckigen Quer­ schnitt und ist auf einem Schenkel 21 des im Querschnitt U-förmigen Magnetjoches 2 angeordnet, dessen beide Schenkel 21, 22 die auf dem Spulenkörper gewickelten beiden Spulen­ wicklungen 10, 11, nämlich die Anzugswicklung 10 und die Haltewicklung 11, zwischen sich einschließen.

Der Klappanker 4 hat eine im wesentlichen rechteckige Anker­ platte 23, die mit ihrer äußeren Längskante am außenliegenden Schenkel 22 des Magnetjoches 2 randseitig aufliegt (Fig. 1) und so um die zum rechteckigen Spulenkörper 3 parallele außenliegende Schwenkachse 19 klappbar ist.

Von der Ankerplatte 23 des Klappankers 4 steht eine Betäti­ gungszunge 24 für den Schalthebel 17 zu der der Schwenkachse 19 gegenüberliegenden Seite über den Spulenkörper 3 nach außen hervor, die bei der Betätigung des Schalthebels 17 an einem davon aufragenden Betätigungsnocken 25 zur Anlage kommt. Der Betätigungsnocken 25 kann auch eine keilförmige Betätigungsschräge aufweisen, an der die dann gegenüber den Darstellungen von Fig. 1 und 6 etwas verkürzte Betätigungs­ zunge 24 entlanggleitet und den Schalthebel 17 leicht nach außen schwenkt. Diese Betätigungsschräge kann so ausgelegt werden, daß einerseits die Betätigungskraft und der Betäti­ gungsweg optimiert werden, andererseits eine Art Rastung erfolgt. Diese "Rastung" unterstützt das System bei Vibra­ tionen, da die Anker-Vorderkante an der Betätigungsschräge anliegt. Durch den Winkel der Schräge wird eine Verringerung der Kraftkomponenten, die durch die Kontaktfedern auf den Anker wirken, erreicht.

Wie in Fig. 1 und 6 weiterhin zu erkennen ist, ist der Klappanker 4 an dem außenliegenden Schenkel 22 des U-förmigen Magnetjoches 2 entlang seiner Längskante durch eine im Quer­ schnitt J-förmige federnde Halteklammer 26 gesichert, die am U-Schenkel 22 des Magnetjoches befestigt ist und mit ihrem die Ankerplatte 23 des Klappankers 4 übergreifenden U-förmig zurückgebogenen Längsschenkel 27 in eine zur Schwenkachse 19 parallele Längsnut 28 (Fig. 6) an der Ankerplatte 23 ein­ greift.

Der Schalthebel 17 ist im Querschnitt im wesentlichen L-för­ mig ausgebildet und hat einen kürzeren Schenkel 29, der den rechteckigen Spulenkörper 3 an der dem Klappanker 4 abgewand­ ten Stirnseite 30 untergreift und einen oder mehrere Dreh­ lagerzapfen 31 aufweist, mit denen er in schlitzförmigen Drehlageröffnungen 32 (Fig. 1) unterhalb des Spulenkörpers 3 schwenkbar gelagert ist, während der andere längere Schenkel 33 des Schalthebels 17 etwa achsparallel dazu neben dem Spulenkörper 3 aufragt und an seinem den Schaltkontakten 5, 6 gegenüberliegenden oberen freien Ende eine oder mehrere zur Seite gerichtete Schaltrippen 34, 35, 36 (Fig. 4, 7, 8 und 9) für die Betätigung der Schaltkontakte 5, 6 aufweist.

Die beiden Schenkel 29, 33 des L-förmigen Schalthebels 17 haben ein Längenverhältnis zwischen Drehachse 18 und Schalt­ rippen 34, 35, 36 von mindestens 1 : 2 bis 1 : 4, vorzugswei­ se etwa 1 : 3, was umgekehrt einem Übersetzungsverhältnis für die Betätigung der Schaltkontakte zwischen 2 : 1 und 4 : 1 entspricht.

Die federnden Kontaktbleche oder Kontaktfedern 15, 16 der Schaltkontakte 5, 6 liegen an den Schaltrippen 34, 35, 36 des Schalthebels 17 oder an gehäusefesten Anschlägen 38, 39 unter Vorspannung an. Die Schaltkontakte 5, 6 können wie im unteren Teil von Fig. 4 und 5 als Ruhekontakte 40 (Öffner) oder wie im oberen Teil von Fig. 4 und 5 als Arbeitskontakte 41 (Schließer) ausgebildet sein und tragen zweckmäßig Kreuzkon­ takte mit sich kreuzenden Kontaktstegen 42, 43. Wenigstens ein Teil der Schaltkontakte 5, 6 kann auch als Doppelkontakt wie beim Arbeitskontakt 4 (Fig. 4, 5, 7 und 9) ausgebildet sein, um die Schaltsicherheit und die Lebensdauer solcher Kontakte ganz wesentlich zu erhöhen. Die Schaltrippen 35, 36 am Schalthebel 17 können für einen voreilenden oder nachei­ lenden Kontakt solcher Doppelkontakte in Betätigungsrichtung des Schalthebels 17 gegeneinander versetzt sein, und schließ­ lich ist der Schalthebel 17 durch beiderseits des Klappankers 4 etwa in der Ebene der Ankerplatte 23 parallel zueinander angeordnete Zugfedern 44, 45 in seiner Ruhestellung von Fig. 1 gehalten.

Die Kontaktbleche 15, 16 sind als Bronzeblattfedern ausgelegt und tragen aufgeschweißte Kontaktstellen aus Edelmetall-Ste­ gen mit Kupfer-Fuß in Kreuzkontaktanordnung.

Der Kontaktdruck des vorgespannten Arbeitskontaktes 41 wird durch Überhub beider Kontaktbleche 15, 16 erreicht und ist somit immer als konstant anzusehen. Der Kontaktabstand beider Kontaktbleche oder -federn 15, 16 wird jeweils durch die Anlagekanten der Anschläge 38 bzw. 39 bestimmt, die werkzeug­ gebunden und somit ebenfalls als konstant anzusehen sind. Es sind keinerlei Justierarbeiten notwendig.

Der Kontaktdruck des Ruhekontaktes 40 (Öffner) erfolgt durch Vorspannung des Kontaktbleches 16 gegen das Kontaktblech 5 (Fig. 4), das wiederum am Anschlag 38 mit Vorspannung an­ liegt. Die Rückstellkraft des Kontaktbleches 16 erzeugt nur den Kontaktdruck.

Das Schaltsystem mit Schalthebel 17 und Klappanker 4, wird nach dem Öffnen des Stromkreises der Haltewicklung 11 durch die als Rückstellfedern dienende beiden Zugfedern 44, 45 zurückgestellt und hat somit keinen Einfluß auf das elektri­ sche Schaltsystem.

Das andere Arbeitskontaktpaar 41 (Schließer) kann auch so ausgebildet sein, daß der Schalthebel 17 einen den Schließ­ kontakt (Kontaktblech 15) hintergreifenden Steg aufweist und so die Kontakte 5, 6, gezogen durch die Zugfedern 44, 45, zwangsweise trennt, falls eine Verklebung oder Verschweißung des Kontaktpaares trotz Relativbewegung erfolgen sollte.

Für eine Begrenzung der Schwenkbewegung des Klappankers 4 so­ wohl in dessen Anzugsrichtung als auch in der Lösestellung ist an der oberen Stirnseite des Spulenkörpers 3 in Fig. 1 und 6 ein Anschlagelement 46 in Form einer Dämpfungsplatte 47 aus elastischem Kunststoff angeordnet mit einer schlitzförmi­ gen Durchführungsöffnung 48 mit einander gegenüberliegenden Anschlagkanten 49, 50, an denen der Klappanker 4 mit seiner von der rechteckigen Ankerplatte 23 zur Seite ragenden Betätigungszunge 24 für den Schalthebel 17 zur Anlage kommt. Außerdem sind an diesem Anschlagelement 46 die gehäusefesten Anschläge 38, 39 für einen Teil der Kontaktbleche 15, 16 vorgesehen, an denen diese in der Ruhestellung anliegen. Als Anschlagelement 46 für den Klappanker 23 kann auch ein dünner Kunststoffschlauch an der Oberseite des Spulenkörpers 3 die­ nen, an dem der Klappanker zur Anlage kommt.

Zur Erleichterung der Montage des Schalthebels 17 ist der Spulenkörper 3 mit den schlitzförmigen Drehlageröffnungen 32, in die die Drehlagerzapfen 31 des Schalthebels 17 nach Art von Klippverbindungen von der Seite oder von außen her quer zu ihrer Längsachse einklippbar sind, als Spritzgußteil aus Kunststoff einstückig ausgebildet.

Das Schaltgeräusch wird durch das als Dämpfungssystem dienen­ de Anschlagelement 46 für die Betätigungszunge 24 des Klapp­ ankers 4 stark reduziert, und das Relais 1 arbeitet so gegenüber herkömmlichen Relais leiser, weil durch die hohe Anzugsleistung der Anzugswicklung 10 der Anschlag der Anker­ platte 23 auf die Stirnfläche des Magnetjoches 2 durch das Anschlagelement 46 gedämpft wird. Das Anschlagelement 46 besteht aus einem schalldämpfenden relativ weichen Kunst­ stoff. Die Anschlagkanten oder Anschläge 38, 39 für die Kontaktfedern oder Kontaktbleche 15, 16 liegen ebenfalls an dem dämpfenden Anschlagelement 46. Das Anschlaggeräusch der Kontakte 5, 6 wird ferner durch die Kreuzkontakt-Anordnung, den nachfedernden Gegenkontäkt sowie die dadurch entstehende gleitende Relativbewegung zwischen den jeweiligen Kontakttei­ len minimiert.

Bei diesem Relais wird auf die bisher angewendete Stromüber­ tragung über eine angeschweißte Blattfeder oder Litze ver­ zichtet. Die Kontaktelemente sind direkt an die Anschlußstek­ ker oder -fahnen 9 angenietet (Steckerrelais) bzw. beim Printrelais direkt als Lötanschluß ausgebildet. Hierdurch werden die Übergangswiderstände reduziert. Durch die Abschal­ tung der Anzugswicklung 10 wird die Eigenerwärmung des Relais gegenüber herkömmlichen einspuligen Relais stark reduziert.

Liste der Bezugszeichen

 1 Klappankerrelais
 2 Magnetjoch
 3 Spulenkörper
 4 Klappanker
 5 Schaltkontakt
 6 Schaltkontakt
 7 Gehäuse
 8 Sockel
 9 Steckerstifte, -fahnen
10 Anzugswicklung
11 Haltewicklung
14 Transistorstufe
15 Kontaktblech, -feder
16 Kontaktblech,- feder
17 Schalthebel
18 Drehachse
19 Schwenkachse/Schwenklinie
20 Stirnseite
21 Schenkel
22 Schenkel
23 Ankerplatte
24 Betätigungszunge
25 Betätigungsnocken
26 Halteklammer
27 Längsschenkel
28 Längsnut
29 Schenkel
30 Stirnseite
31 Drehlagerzapfen
32 Drehlageröffnungen
33 Schenkel
34 Schaltrippe
35 Schaltrippe
36 Schaltrippe
38 Anschlag
39 Anschlag
40 Ruhekontakt
41 Arbeitskontakt
42 Kontaktsteg
43 Kontaktsteg
44 Zugfeder
45 Zugfeder
46 Anschlagelement
47 Dämpfungsplatte
48 Durchführungsöffnung
49 Anschlagkante
50 Anschlagkante
51 Pluspol
52 Minuspol
53 Transistor
54 Kondensator
55 Widerstand
56 Diode
57 Freilauf-Diode
58 Freilauf-Diode

Claims (17)

1. Klappankerrelais, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Magnetjoch (2), Spulenkörper (3), Klappanker (4) und federnden Schaltkontakten (5, 6), die durch den Klapp­ anker mittels eines Schalthebels (17) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Spulenkörper (3) zwei gleichsinnig gewickelte und stromdurchflossene, unterschiedlich dimensionierte Spulenwicklungen (10, 11) als Anzugswicklung (10) und Haltewicklung (11) in Parallelschaltung angeordnet sind, und daß für die Anzugswicklung (10) eine zeitverzögerte elektronische Abschaltung nach Erreichen der Anzugsstel­ lung des Klappankers (4) vorgesehen ist.

2. Klappankerrelais nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ohmsche Widerstand und die Windungszahl der Anzugswicklung (10) einerseits und der Ohmsche Widerstand und die Windungszahl der Haltewicklung (11) andererseits derart unterschiedlich dimensioniert sind, daß die Anzugswicklung (10) etwa 70 bis 90%, vorzugsweise etwa 80%, und die Haltewicklung (11) etwa 30 bis 10%, vorzugsweise etwa 20% der Anzugsdurchflutung beim Einschaltvorgang übernimmt.

3. Klappankerrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmige Anzugswicklung (10) und die hochohmige Haltewicklung (11) auf dem Spulenkörper (3) derart übereinander gewickelt sind, daß die Anzugswicklung (10) innen und die Haltewicklung (11) außen liegt.

4. Klappankerrelais nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die zeitverzögerte Abschaltung der Anzugswicklung (10) eine Transistorstufe (14) mit Abschaltverzögerung vorgesehen ist.

5. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzugswicklung (10) in Reihe mit der Kollektor-Emitter- Strecke eines Transistors (53) zwischen dem Pluspol (51) und dem Minuspol (52) eines Gleichstromnetzes angeordnet ist, daß zwischen dem Pluspol (51) und dem Minuspol (52) parallel zur Anzugswicklung (10) ein Kondensator (54) in Reihe geschaltet ist mit einem Ohmschen Widerstand (55) und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors (53), und daß parallel zu dem Ohmschen Widerstand (55) und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors (53) eine Diode (56) angeordnet ist, die mit ihrer Anode am Minuspol (52) liegt.

6. Klappankerrelais nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transistor (53) in Darlingtonschaltung ausgeführt ist.

7. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anzugswicklung (10) und der Haltewicklung (11) je eine Freilauf-Diode (57, 58) angeordnet ist.

8. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (5, 6) des Relais an seitlich neben dem Spulenkörper (3) aufragenden federnden Kontaktblechen (15, 16) angeordnet sind, und daß zwischen dem Spulen­ körper (3) und den federnden Kontaktblechen (15, 16) ein L-förmiger Schalthebel (17) vorgesehen ist, der um eine im Bereich zwischen der Schwenkachse (19) des Klappan­ kers (4) und den federnden Kontaktblechen (15, 16) unterhalb des Spulenkörpers (3) liegende Drehachse (18) schwenkbar ist und mit seinem freien Ende zwischen dem Spulenkörper (3) und den Schaltkontakten (5, 6) bis über die dem Klappanker (4) zugewandte Stirnseite (20) des Spulenkörpers (3) für eine Beaufschlagung durch den Klappanker (4) aufragt.

9. Klappankerrelais nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spulenkörper (3) einen in Draufsicht im wesentlichen rechteckigen Quer­ schnitt hat und auf einem Schenkel (21) eines im Quer­ schnitt U-förmigen Magnetjoches (2) angeordnet ist, dessen beide Schenkel (21, 22) die auf dem Spulenkörper (3) gewickelten beiden Spulenwicklungen (10, 11) zwi­ schen sich einschließen, daß der Klappanker (4) mit einer im wesentlichen rechteckigen Ankerplatte (23) ausgebildet ist, die mit ihrer Längskante am außenlie­ genden Schenkel (22) des Magnetjoches (2) aufliegt und um eine zum rechteckigen Spulenkörper (3) parallele außenliegende Schwenkachse (19) klappbar ist, und daß von der Ankerplatte (23) des Klappankers (4) eine Betätigungszunge (24) für den Schalthebel (17) zu der der Schwenkachse (19) gegenüberliegenden Seite über den Spulenkörper (3) hervorsteht, die bei der Betätigung des Schalthebels (17) an einem davon aufragenden Betäti­ gungsnocken (25) zur Anlage kommt.

10. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Klappanker (4) an dem außenliegenden Schenkel (22) des U-förmigen Magnetjoches (2) entlang seiner Längskante durch eine im Querschnitt J-förmige federnde Halteklam­ mer (26) gesichert ist, die am U-Schenkel (22) des Magnetjoches (2) befestigt ist und mit ihrem die Anker­ platte (23) des Klappankers (4) übergreifenden U-förmi­ gen zurückgebogenen Längsschenkel (27) in eine zur Schwenkachse (19) parallele Längsnut (28) an der Anker­ platte (23) eingreift.

11. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der L-förmige Schalthebel (17) mit einem kürzeren Schenkel (29) den Spulenkörper (3) an der dem Klappanker (4) abgewandten Stirnseite (30) untergreift und einen oder mehrere Drehlagerzapfen (31) aufweist, mit denen er in schlitzförmigen Drehlageröffnungen (32) unterhalb des Spulenkörpers (3) schwenkbar gelagert ist.

12. Klappankerrelais nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der andere längere Schenkel (33) des Schalthebels (17) etwa achsparallel neben dem Spulenkörper (3) aufragt und an seinem den Schaltkontakten (5, 6) gegenüberliegenden freien Ende eine oder mehrere zur Seite gerichtete Schaltrippen (34, 35, 36) für die Betätigung der Schaltkontakte (5, 6) aufweist.

13. Klappankerrelais nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel (29, 33) des L-förmigen Schalthebels (17) ein Längenver­ hältnis von mindestens 1 : 2 bis 1 : 4, vorzugsweise etwa 1 : 3, aufweisen.

14. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel (17) durch beiderseits des Klappankers (4) etwa in der Ebene der Ankerplatte (23) parallel zueinan­ der angeordnete Zugfedern (44, 45) in seiner Ruhestel­ lung gehalten ist.

15. Klappankerrelais nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Klappankers (4) in der Lösestel­ lung durch ein an der Stirnseite (20) des Spulenkörpers (3) angeordnetes Anschlagelement (46) begrenzt ist.

16. Klappankerrelais nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Anschlagelement (46) eine schlitzförmige Durchführungsöffnung (48) mit einander gegenüberliegenden Anschlagkanten (49, 50) aufweist, an denen der Klappanker (4) mit seiner Betäti­ gungszunge (24) für den Schalthebel (17) zur Anlage kommt.

17. Klappankerrelais nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spulenkörper (3) mit den schlitzförmigen Drehlageröffnungen (32), in die die Drehlagerzapfen (31) des Schalthebels (17) nach Art von Klippverbindungen von außen quer zu ihrer Längsachse einklippbar sind, als Spritzgußteil einstückig aus Kunststoff ausgebildet ist.