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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltelement und
insbesondere ein elektrisches Relais, das auf einer Leiterplatte
montiert ist.
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Elektrische
Schaltelemente, wie beispielsweise elektrische Relais zum Montieren
auf Leiterplatten, haben typischerweise eine elektrische Relaisspule,
die senkrecht zu der Leiterplatte steht. Steckanschlüsse zum
Montieren auf der Leiterplatte und zum Anschließen weiterer Steckkontakte
werden herkömmlicherweise
seitlich in ein Trägergehäuse des
Schaltelements geschoben und daran befestigt. Die Kontaktträger werden
an das Schaltelement gelötet.
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Wegen
der Positionierung der elektrischen Relaisspule heben diese elektrischen
Schaltelemente eine verhältnismäßig große Gesamthöhe. Die
verhältnismäßig große Gesamthöhe schränkt die
Montage des elektrischen Schaltelements in räumlich eingeschränkten Positionen,
wie beispielsweise auf LSI-Leiterplatten,
ein.
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Die
Europäische
Patentanmeldung
EP
0 409 613 A1 offenbart ein elektromagnetisches Relais mit einem
Längsgehäuse, wodurch
die Schaltkontakte des Relais mit Steckanschlüssen verbunden sind. Die Steckanschlüsse erstrecken
sich von einer Oberseite des Gehäuses
aus.
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Die
US-Patentschrift US 4 533 889 offenbart ein
Relais mit einem Rahmen, einer Spulenbaugruppe und einem Kern, der
sich durch die Spulenbaugruppe erstreckt und an der Basis des Rahmens
befestigt ist. Das Relais schließt ferner eine bewegliche Kontaktarm-Federbaugruppe
ein, die eine Feder, die einen Anker stützt, und einen beweglichen
Kontaktboden einschließt.
Das Relais stellt Anschlussabschnitte bereit, die integral mit den
feststehenden Kontaktelementen sind und die sich von dem Relais an
einer Längsseite,
senkrecht zur Längsachse
des Relais, erstrecken.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein elektrisches Schaltelement mit einer niedrigen Gesamthöhe zu entwickeln,
das überaus
dafür geeignet
ist, in Positionen montiert zu sein, die räumliche Einschränkungen
haben. Es ist ferner wünschenswert,
ein elektrisches Schaltelement mit einem kompakten Aufbau zu entwickeln,
das ebenfalls Trägerkontakte
hat, die selbst bei hohen Temperaturen und nach verhältnismäßig langen
Betriebzeiträumen
sicher befestigt bleiben.
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltelement, das ein Gehäuse mit
einer länglichen
Basis umfasst. Eine elektrische Spule ist um ein Joch gewickelt
und derart in dem Gehäuse
angeordnet, dass eine Mittelachse der elektrischen Spule parallel
zu der länglichen
Basis des Gehäuses
positioniert ist. Ein Anker hat einen ersten Schaltkontakt, der
auf eine gefederte Weise angebracht ist und in wirksamer Verbindung
mit dem Anker steht. Ein erster Flachformkontakt ist durch einen
Steg mit dem ersten Schaltkontakt verbunden, und ein zweiter Flachformkontakt
ist durch einen Steg mit dem zweiten Schaltkontakt verbunden.
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Die
Stege erstrecken sich von einer Stirnseite des Gehäuses aus.
Die Flachformen umfassen Steckanschlüsse, die in Bezug auf die Grundplatte nach
oben vorspringen.
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Weiter
unten wird die Erfindung erläutert
unter Bezugnahme auf die angefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines elektrischen Schaltelements nach der
Erfindung zeigt,
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2a eine
erste perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten
Schaltkontakte zeigt,
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2b eine
zweite perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten
Schaltkontakte zeigt,
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3 eine
perspektivische Ansicht der Basis des in 1 gezeigten
elektrischen Schaltelements zeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Variante des elektrischen Schaltelements
nach der Erfindung zeigt,
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5a eine
erste perspektivische Ansicht der in 4 gezeigten
Schaltkontakte zeigt,
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5b eine
zweite perspektivische Ansicht der in 4 gezeigten
Schaltkontakte zeigt,
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6 eine
perspektivische Ansicht der Basis der in 4 gezeigten
Variante des elektrischen Schaltelements zeigt.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Schaltelements nach
der Erfindung. Das elektrische Schaltelement ist als ein Relais
aufgebaut und ist auf einer Leiterplatte (nicht gezeigt) montiert.
Eine Relaisspule (nicht gezeigt) ist in einer im Wesentlichen rechteckigen
länglichen
Basis 2 angeordnet. Die Relaisspule (nicht gezeigt) ist
parallel zu der Basis 2 positioniert und ist um ein Joch 36 gewickelt.
Die Basis 2 hat vorzugsweise eine Grundplatte 3,
die angrenzend an die Leiterplatte oder dergleichen positioniert
ist und mit Hilfe mehrerer erster Lötkontakte 10 und zweiter
Lötkontakte 42,
die entsprechende Ausschnitte in derselben in Eingriff nehmen, an
die Leiterplatte gelötet.
Wände 4 dienen
dazu, ein Gehäuse
mit den darin angeordneten Bauteilen zu stabilisieren. Das Gehäuse umfasst
die Basis 2, die Grundplatte 3 und die Wände 4 und
ist vorzugsweise aus Spritzguss-Kunststoffmaterialien hergestellt.
Jedoch wird es sich verstehen und für Fachleute auf dem Gebiet
zu erkennen sein, dass es möglich
ist, andere isolierende Materialien zu verwenden, um ähnliche
Ergebnisse zu erzielen.
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Ein
Anker 38 ist mit Hilfe von Verbindungskontakten 40 mit
den zweiten Lötkontakten 42 verbunden.
Der Anker 38 ist so aufgebaut, das er schwenkbar ist, so
dass der Anker 38, wenn die Relaisspule (nicht gezeigt)
Strom führt,
gegen das Joch 36 oder in 1 nach links
gezogen wird. Die obere Stirnseite des Ankers 38 hat ein
Mitnehmerelement 44. Das Mitnehmerelement 44 nimmt
einen entsprechenden Ausschnitt 46 in einem im Wesentlichen kammförmigen Element 30 in
Eingriff, das horizontal oberhalb des Gehäuses positioniert ist, wobei
es folglich den oberen Abschluss desselben bildet. Das kammförmige Element 30 ist
in Längsrichtung
verschiebbar und ist mit einer flachen Umschaltfeder 22 verbunden,
die im Wesentlichen senkrecht zu der Grundplatte 3 angeordnet
ist. Das kammförmige
Element 30 ist derart angeordnet, dass das kammförmige Element 30 jegliche
Schwenkbewegungen des Ankers 38 durch eine lineare Bewegung
des kammförmigen
Elements 30 in eine Schwenkbewegung der Umschaltfeder 22 umwandelt.
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Das
kammförmige
Element 30 hat entfernt von dem Anker 38 angeordnete
Randwände 26.
Jede Randwand 26 ist senkrecht nach unten gezogen und hat
eine seitliche Stirnwand mit einem Zapfen 24. Jeder der
Zapfen 24 nimmt auf eine kraftschlüssige Weise einen entsprechenden
Ausschnitt 25 an seitlichen Umfangskanten der Umschaltfeder 22 in
Eingriff. In Ergebnis dessen kann die Umschaltfeder 22 durch
das kammförmige
Element 30 geschwenkt werden. Eine Kontaktfläche, die
als ein zweiter Schaltkontakt 20 bezeichnet wird, ist annähernd mittig
auf der Umschaltfeder 22 angeordnet und kann als eine Federplatte
aufgebaut sein. Der zweite Schaltkontakt 20 ist im Wesentlichen
bündig
mit einer feststehenden Kontaktfläche angeordnet, die als ein erster
Schaltkontakt 18 bezeichnet wird. Der erste Schaltkontakt 18 ist derart
in dem Gehäuse
befestigt, dass der zweite Schaltkontakt 20, der so angebracht ist,
dass er gefedert ist, wenn der Anker 38 angezogen wird,
fest gegen den ersten Schaltkontakt 18 gedrückt werden
kann, um einen zuverlässigen
elektrischen Kontakt sicherzustellen. Diese illustrierte Ausführungsform
wird ebenfalls als ein Arbeitskontakt bezeichnet, weil das Relais
mit Hilfe des ersten und des zweiten Schaltkontakts 18, 20 schließt, sobald eine
Spannung an die Relaisspule (nicht gezeigt) angelegt wird.
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Jeder
der ersten und zweiten Schaltkontakte 18, 20 steht
in elektrisch leitfähiger
Verbindung mit einem Steg 6 oder ist als ein integraler
Teil desselben aufgebaut. Jeder Steg 6 geht in einen Flachformkontakt 8 über. Die
zwei Flachformkontakte 8 sind jeder als flache Blechstreifen
aufgebaut, welche die nach unten zeigenden ersten Lötkontakte 10 haben.
Die ersten Lötkontakte 10 springen
vorzugsweise über den
Umriss der Grundplatte 3 hinaus vor derart, dass, wenn
die Grundplatte 3 angrenzend an die Leiterplatte angeordnet
ist, die ersten Lötkontakte 10 durch
passende Ausschnitte vorspringen und von unten an Leiterbahnen gelötet werden
können.
Die Flachformkontakte 8 sind als nach oben zeigende rechteckige
Steckanschlüsse 12 aufgebaut,
wobei auf jeden derselben, falls notwendig, ein im Handel erhältliche
Steckkontakt, der ein an denselben geklemmtes oder gelötetes Kabel
hat, geschoben werden kann.
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2a und 2b zeigen
perspektivische Ansichten des ersten und des zweiten Schaltkontakts 18, 20 und
der mit denselben verbundenen Flachformkontakte 8. Wie
in 2a gezeigt, hat die Umschaltfeder 22 eine
dünne Federplatte
und ist mit dem zweiten Schaltkontakt 20 verbunden, der
ungefähr
mittig auf derselben angeordnet ist. Eine dickere Befestigungsplatte 21,
die Bohrungen 23 hat, ist an der Basis 2 verankert
und bildet eine stabile Gründung
für die
Umschaltfeder 22, die durch das kammförmige Element 30 schwenkbar
angebracht ist. Es ist möglich,
die Ausschnitte 25 zu erkennen, die in den Umfangskanten
der Umschaltfeder 22 hergestellt sind und in denen die
Zapfen 24 des kammförmigen
Elements 30 eingreifen. Die Ausschnitte 25 können zum
Beispiel mit Hilfe eines Stanz- und Biegevorgangs hergestellt sein.
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Die
Befestigungsplatte 21 bildet eine Einheit mit einem der
Stege 6 und ist mit Hilfe des Stegs 8 mit einem
der Flachformkontakte 8b verbunden. Der erste Schaltkontakt 18 ist
auf einer praktisch starren Trägerplatte 19 angeordnet
und bildet ein mechanisches Widerlager, wenn der erste und der zweite
Schaltkontakt 18, 20 gegeneinander gedrückt werden.
Die Trägerplatte 19 formt
gleichermaßen
eine Einheit mit dem anderen Steg 6 und ist mit Hilfe des
anderen Stegs 6 mit dem zweiten Flachformkontakt 8a verbunden.
Sowohl die Trägerplatte 19 als
auch die Befestigungsplatte 21 sind in der Basis 2 befestigt
und können
von oben in entsprechende Führungen
in der Basis 2 geschoben werden. Die Bohrungen 23 in
der Befestigungsplatte 21 können zum Beispiel als Nietverbindungen
zum Befestigen der Umschaltfeder 22 an der Befestigungsplatte 21 aufgebaut
sein. Ähnlich können die
Bohrungen 26 als Befestigungsbohrungen zum Befestigen der
Befestigungsplatte 21 an der Basis 2 dienen.
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Die
in 2a und 2b als
eine strukturelle Einheit illustrierten Einzelteile sind nicht wirklich verbunden,
sondern werden einzeln in die Basis 2 eingesetzt. Erst
sobald der erste und der zweite Schaltkontakt 18, 20 geschlossen
sind, ist eine Verbindung zwischen den Teilen geschaffen. Die Trägerplatte 19,
mit welcher der Steg 6 und der Flachformkontakt 8a verbunden
sind, kann durch einen Stanzvorgang, gefolgt von einem Biegevorgang,
hergestellt werden. Die Befestigungsplatte 21, mit welcher der
Steg 6 und der Flachformkontakt 8b verbunden sind,
kann auf eine ähnliche
Weise hergestellt und danach mit der Umschaltfeder 22 verbunden
werden.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Basis 2 des elektrischen
Schaltelements, welche die flache Grundplatte 3 und die
Wände 4,
die sich senkrecht von derselben erstrecken, zeigt. Die linke Seite der
Grundplatte 3 hat zwei erkennbare Ausschnitte 43,
die durch die zweiten Lötkontakte 42 in
Eingriff genommen werden können.
Die Ausschnitte 43, die in der Art von Schlitzen geformt
sind, ermöglichen, dass
das Joch 36 mit der an demselben angeordnete Spule (nicht
gezeigt) seitlich eingeschoben und anschließend der Anker 38 an
den Verbindungskontakten 40 für die Lötkontakte 42 befestigt
wird. Das Joch 36 und die Spule (nicht gezeigt) sind in
diesem Fall in einem im Wesentlichen würfelförmigen Gehäuseabschnitt 48 eingeschlossen.
Die obere Abdeckfläche des
würfelförmigen Gehäuseabschnitts 48 bildet
eine Lagerfläche 50 für das kammförmige Element 30, das
flachgelegt wird und auf demselben gleiten kann. Das kammförmige Element 30 ist
gelenkig zwischen dem Anker 38 und der Umschaltfeder 22 angebracht.
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In 3 gezeigt
und auf der rechten Seite der Grundplatte 3 zu erkennen
sind die labyrinthartigen Aufnahmeöffnungen 54 für die Befestigungsplatte 21 und
die Trägerplatte 19.
Die Befestigungsplatte 21 und die Trägerplatte 19 werden
von oben eingeschoben und fest und unbeweglich verankert. Da die starre
Trägerplatte 19 keinen
schwenkbaren Aufbau hat, wird für
dieselbe eine Stütze 52 bereitgestellt,
die im Wesentlichen senkrecht aus der Grundplatte 3 vorspringt
und an der die Trägerplatte 19 anstößt. Eine
Aufnahmeöffnung 54 für die Befestigungsplatte 21 ist
derart aufgebaut, dass die Umschaltfeder 22 reichlich Raum
für ihre
Schwenkbewegung hat.
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Die
in 3 illustrierte Basis kann vorzugsweise aus einem
Spritzgussteil, das zum Beispiel aus Kunststoffmaterialien hergestellt
ist, geformt sein. Falls die Basis jedoch aus Metall hergestellt
ist, müssen
alle Berührungspunkte
mit Metallteilen isoliert sein.
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4 zeigt
eine Variante des elektrischen Schaltelements nach der Erfindung,
wobei der erste und der zweite Schaltkontakt 18, 20 in
Kontakt sind, wenn die Spule (nicht gezeigt) stromlos oder in Ruhekontakt
ist. Bei dieser Ausführungsform
ist der erste Schaltkontakt 18, entfernt vom Anker 38,
an einer Umschaltfeder 22 befestigt. Der zweite Schaltkontakt 20,
angeordnet auf der starren Trägerplatte 19,
ist im Gegensatz dazu fest gegen eine Rückwand des Gehäuseabschnitts 48 gestützt. Die
Seitenwände 26 des
kammförmigen
Elements 30 mit den darauf angeordneten Zapfen 24 reichen
um beide Seiten der verhältnismäßig schmalen
Trägerplatte 19 und
greifen mit Hilfe der Zapfen 24 in die entsprechenden Ausschnitte 25 in
der Umschaltfeder 22 ein. Wenn an die Spule (nicht gezeigt)
Spannung angelegt wird, wird der Anker 38 gegen das Joch 36 gezogen.
Im Ergebnis dessen wird das kammförmige Element 30 nach
rechts verschoben, und die Umschaltfeder 22 wird, zusammen
mit dem ersten Schaltkontakt 18, nach rechts geschwenkt.
Der erste und der zweite Umschaltkontakt 18, 20 werden
demzufolge voneinander isoliert, wobei im Ergebnis dessen der Relaiskontakt
geöffnet
wird.
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5a und 5b zeigen
perspektivische Ansichten des ersten und des zweiten Schaltkontakts 18, 20,
aufgebaut als Ruhekontakte, und der mit denselben verbundenen Flachformkontakte 8.
Bei dieser Ausführungsform
sind der erste und der zweite Schaltkontakt 18, 20 in
physischer Berührung
miteinander, wenn keine Spannung an die Spule (nicht gezeigt) angelegt
ist und wenn der Anker 38 nicht am Joch 26 anliegt.
Die starre Trägerplatte 19 hat
den zweiten Schaltkontakt 20, während die bewegliche Umschaltfeder 22 den
ersten Schaltkontakt 18 trägt. Die Trägerplatte 19 ist mit
Hilfe des Stegs 6 mit dem Flachformkontakt 8a verbunden,
während
die Umschaltfeder 22 mit Hilfe der Befestigungsplatte 21 und des
Stegs 6 mit dem Flachformkontakt 8b verbunden ist.
Ein Betätigen
der Kontakte durch ein Schwenken der Umschaltfeder 22 erfolgt,
wie weiter oben beschrieben, mit Hilfe des kammförmigen Elements 30, das
mit der Umschaltfeder 22 verbunden ist und wiederum mit
dem Anker 38 verbunden ist.
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6 zeigt
eine perspektivische Illustration der Basis 2 nach der
Variante in 4. Bei dieser Ausführungsform
entspricht die Basis 2 im Wesentlichen der in 3 gezeigten
Basis 2. Jedoch haben die Aufnahmeöffnungen 54, 58 für die Trägerplatte 19 und
die Befestigungsplatte 21 einen anderen Aufbau, um die
modifizierte Funktionsweise der Schaltkontakte 18, 20 als
Ruhekontakte zu berücksichtigen. Die
Trägerplatte 19 ist
dem würfelförmigen Gehäuseabschnitt 48 benachbart,
dessen vom Anker 38 entfernte senkrechte Wand eine Widerlagerfläche 56 für die Trägerplatte 19 bildet,
die in senkrechter Richtung von oben in die Aufnahmeöffnung 54 geschoben
werden kann. Eine weitere Aufnahmeöffnung 58 nimmt die
Befestigungsplatte 21 mit der an derselben befestigten
Umschaltfeder 22 und dem auf derselben angeordneten ersten
Schaltkontakt 18 auf. Die Stege 6 liegen jeder
an Ausschnitten an und werden durch die Innenseiten der Wände 4 gehalten.
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Das
elektrische Schaltelement nach der Erfindung hat den Vorzug, dass
das elektrische Schaltelement eine besonders niedrige Gesamthöhe hat und überaus dafür geeignet
ist, liegend in Positionen montiert zu werden, wo die räumlichen
Bedingungen eingeschränkt
sind. Darüber
hinaus gewährleistet
die Erfindung, dass das als elektrisches Relais aufgebaute elektrische
Schaltelement zum Montieren auf einer Leiterplatte bereitgestellt
wird, was den weiteren Vorzug eines sehr kompakten Aufbaus hat.
Es ist ebenfalls möglich,
dass die Verarbeitung des elektrischen Schaltelements nach der Erfindung
automatisiert wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung haben die Flachformkontakte 8 jeder wenigstens
einen nach unten vorspringenden ersten Lötkontakt 10, wobei
im Ergebnis dessen das elektrische Schaltelement nach der Erfindung
besonders leicht auf eine vorgebohrte Leiterplatte aufzusetzen und
zu löten
ist. Die Erfindung gewährleistet
ebenfalls, dass das Gehäuse
wenigstens zwei nach unten vorspringende zweite Lötkontakte 42 hat,
die mit der Spule verbunden sind. Mit diesem Aufbau ist die Spule
ebenfalls unmittelbar mit der Leiterplatte verbunden und kann durch
weitere auf der Leiterplatte angeordnete Schaltungen ausgelöst werden.
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Die
Flachformkontakte 8 sind jeder als ein Flachformstecker
aufgebaut, von dem aus die Flachsteckanschlüsse 12 nach oben vorspringen.
Dies hat den Vorzug, dass in jedem Fall Kabelverbindungen mit den
Steckanschlüssen 12 hergestellt
werden können.
Auf diese Weise können
Platz sparende und universelle elektrische Verbindungen hergestellt
werden.
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Das
Gehäuse
mit der in demselben liegend angeordneten Spule hat einen länglichen
Umriss, was den Vorzug einer kompakten und flachen Strukturform
hat, die besonders für
die Platz sparende Montage auf eine Leiterplatte geeignet ist. Ferner
ist die Spulenmittelachse parallel zur Richtung der länglichen
Basis 2 angeordnet, was den Vorzug einer kompakten Strukturform
hat.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung gewährleistet,
dass der Anker 38 der Spule und die Schaltkontakte 18, 20 auf
zueinander entgegengesetzten Stirnseiten des länglichen Gehäuses angeordnet
sind, was den Vorzug einer sehr kompakten Strukturform des elektrischen
Schaltelements hat. Im Ergebnis des Anordnen der Kontakte und der
Spule auf zueinander entgegengesetzten Stirnseiten kann die Spule
selbst mit einer geringen Gesamtgröße ausreichend große Kräfte zum
Schalten der Kontakte ausüben.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung gewährleistet,
dass wenigstens einer der Schaltkontakte 18, 20 mit
Hilfe eines kammförmigen
Elements 30 in wirksamer Verbindung mit dem Anker 38 der
Spule ist, was den Vorzug einer guten mechanischen Kopplung hat;
das heißt,
dass die Kontakte unter Anwendung kleiner Schaltkräfte geschlossen
und geöffnet (hergestellt
und unterbrochen) werden können,
wobei im Ergebnis dessen nur eine sehr kleine Spule erforderlich
ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung können
einer der gefederten Schaltkontakte, das kammförmige Element 30 und
der Anker 38 jeweils in einer Richtung, parallel zur Spulenmittelachse,
bewegt werden, was den Vorzug einer praktisch idealen mechanischen
wirksamen Verbindung und folglich der Möglichkeit hat, das elektrische
Schaltelement mit einer minimalen Gesamtgröße herzustellen.
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Eine
Ausführungsform
nach der Erfindung gewährleistet,
dass die Schaltkontakte 18, 20 im stromlosen Zustand
der Spule in Kontakt sind. Diese als sogenannte Ruhekontakte aufgebauten
Schaltkontakte 18, 20 haben den Vorzug, in Abhängigkeit von
der gewünschten
Anwendung, einen minimalen Stromverbrauch in der Spule mit sich
zu bringen.
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Eine
alternative Ausführungsform
nach der Erfindung gewährleistet,
dass die Schaltkontakte 18, 20 in Kontakt sind,
wenn Spannung an die Spule angelegt wird. Diese als sogenannte Arbeitskontakte aufgebauten
Schaltkontakte 18, 20 haben den Vorzug, in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Verwendungszweck, einen nur minimalen Stromverbrauch in der elektrischen
Spule mit sich zu bringen.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden erkennen, dass die hier beschriebene Erfindung
nicht auf das illustrierte Ausführungsbeispiel
geschränkt
ist, sondern dass sie ebenfalls eine Zahl von Varianten und Modifikationen
desselben umfasst, wie in den Ansprüchen definiert wird.