WO1991015865A1

WO1991015865A1 - Klappankerrelais, insbesondere für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: WO1991015865A1
Application number: PCT/EP1991/000609
Authority: WO
Inventors: Achim Kempe; Jean Kinn
Original assignee: Merit-Werk Merten & Co. Kg
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1991-10-17
Also published as: DE4110411A1

Abstract

Die an Klappankerrelais beim Einsatz in Kraftfahrzeugen gestellten hohen Anforderungen, die zunehmend höhere Schaltleistung bei hohen induktiven Lasten, kleinere Bauweise und geringere Verlustleistung, können mit den üblichen Klappankerrelais nicht mehr mit der gewünschten Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit realisiert werden. Auch der Kontaktabstand kann nicht mehr nennenswert vergrößert werden, was jedoch für das Schalten von hohen induktiven Lasten von entscheidender Bedeutung ist. Diese Probleme werden dadurch vermieden, 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 Anzugsstellung des Klappankers (4) vorgesehen ist. Hierfür kann eine Transistorstufe mit Abschaltverzögerung vorgesehen sein. Außerdem erfolgt die Betätigung der Schaltkontakte (5, 6) über ein spezielles Schalthebelsystem, so daß der Kontaktabstand bei gleicher Baugröße solcher Relais beträchtlich vergrößert wird.

Description

Klappankerrelais, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Klappankerrelais, insbesonder für Kraftfahrzeuge, mit Magnetjoch, Spulenkörper, Klappan ker und federnden Schaltkontakten, die durch den Klappanke mittels eines Schalthebels betätigbar sind.

Die in der Kraftfahrzeugtechnik zunehmende Elektrifizierun mechanischer Betätigungsvorgänge, wie Zentralverriegelung, Schiebedach- und Fensterbetätigung, elektrische Sitzverste lung, der zunehmende Einsatz von Klimaanlagen und andere Geräten erfordert zusätzlich zu dem hohen Aufwand für das elektrische Bordnetz den Einsatz zahlreicher Relais, di 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, insbeson dere die Haltespannung für jedes einzelne Relais so niedrig wie möglich zu halten, um einerseits einem erhöhten Strom¬ verbrauch und andererseits einer unerwünschten zusätzlichen Erwärmung der Relais entgegenzuwirken. Die an Klappankerrelais beim Einsatz in Kraftfahrzeugen ge¬ stellten hohen Anforderungen, die zunehmend höhere Schalt¬ leistung bei hohen induktiven Lasten, kleinere Bauweise und geringere Verlustleistung, können mit den bisher üblichen Klappankerrelais nicht mehr mit der gewünschten Zuverläs¬ sigkeit und Betriebssicherheit realisiert werden. Auch kann wegen der durch die beengten Einbauverhältnisse vorgegebe¬ nen Baugröße von Klappankerrelais für die Fahrzeugtechnik bei den bekannten Klappankerrelais der Kontaktabstand nicht mehr nennenswert 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 Klappan¬ kers ein stärkeres Magnetsystem mit einer höheren Ansprech¬ erregung bzw. Amperewicklungszahl, um die geforderte An¬ zugsspannung einzuhalten. Der Kontaktdruck des Ruhekontak¬ tes wird bei solchen Klappankerrelais von der Rückholfeder bestimmt und erfordert 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 Optimie¬ rung dieser zum Teil gegenläufigen Erfordernisse kann nur mit einer sehr sorgfältigen und aufwendigen Justierung im Fertigungsablauf erfolgen.

Um die bei Klappankerrelais zum Anziehen des Klappankerε erforderliche hohe Stromstärke nach dem Anziehen des Ankers herabzusetzen, ist es zwar bereits bekannt (DE-PS 307 318) , auf dem Magneten des Klappankerrelais eine zusätzliche, vom Strom der Hauptwicklung unabhängige Zusatzwicklung anzu bringen, die bei losgelassenem Anker einen wesentliche Teil der zum Anziehen erforderlichen Magnetisierung hergib und bei angezogenem Anker unwirksam ist, so daß in diese letztgenannten Zustande nur die Hauptwicklung wirkt, di eine geringe Magnetisierungskraft hat und bei geringfügige Rückgehen dieser Magnetisierungskraft den Anker nicht meh zu halten vermag.

Dieses bekannte Klappankerrelais ist jedoch für einen Ein satz bei Kraftfahrzeugen unter den vorstehend geschilderte besonderen Einsatzbedingungen schon insofern nicht geeig net, als die Hauptwicklung und die Zusatzwicklung auf de beiden Schenkeln des U-förmigen Magnetjoches gegensinni gewickelt sind, so daß sie sich entgegen den unzutreffende Ausführungen in dieser Patentschrift beim Anziehen de Relais nicht unterstützen, sondern einander entgegenwirken, was aber nicht der vorstehend wiedergegebenen Zielsetzun entspricht. Außerdem ist für die Abschaltung der Zusatz- wicklung ein durch den Klappanker betätigter Öffner vorge¬ sehen, der die Stromzufuhr zu der Zusatzwicklung bereits während der Schwenkbewegung des Klappankers unterbricht, s daß dieser eine vergleichsweise große Masse haben muß, u entgegen der an ihm angreifenden Rückholfeder überhaupt noch in die Anzugsstellung am Magnetjoch 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 Halte- zustand 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 Wicklungen der vom Erregerstrom durchflos- sene Teil der Wicklungen nach Innenwiderstand und Windungs¬ zahl so bemessen, daß er bei Anliegen der Speisespannung die zum Anzug erforderliche magnetische Erregung aufweist, während der übrige Teil der Wicklungen nach Innenwiderstand und Windungszahl so bemessen ist, daß die Gesamtheit der Wicklungen bei Anliegen der Speisespannung die zum Halten erforderliche magnetische Erregung erreicht. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als durch die Reihenschaltung der Wicklungen die Gesamtheit der Wicklungen auch bei an¬ gezogenem Relais an Spannung liegt und damit als Stromver- braucher 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 Windungszahl derart dimensioniert, daß sie die zum Halten des Ankers erforderliche magnetische Erregung aufweisen. Bei Anliegen der Speisespannung wird ein aus einer Kapazi¬ tät 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 Erre¬ gerstrom aus der Spannungεquelle über die eine der beiden Wicklungen und die Kollector-Emitter-Strecke des Transi- stors die andere Wicklung umgeht. Sobald das RC-Glied aufgeladen ist, schaltet der Transistor auf nichtleiten und die beiden Spulenteile. werden in Reihe an die Speise spannung gelegt. Eine nennenswerte Stromersparnis kan hierdurch allerdings nicht erreicht werden, da beid Spulenteile auch in der Anzugsstellung des Relais unte Spannung stehen.

In einer anderen Ausführungsform können bei der aus diese Druckschrift bekannten Schaltung die Wicklungsteile zwa auch in Serien-Parallel-Schaltung schaltbar angeordne sein, wobei die vorhandenen Spulenwicklungen jedoch stet gleich dimensioniert sind und in Serie liegen, wodurc allenfalls eine Verdoppelung der Anzugsdurchflutung er reicht werden kann, nicht jedoch die erforderliche stark Herabsetzung der Durchflutung bei angezogenem Klappanker wie sie aufgrund der oben dargelegten Verhältnisse notwen dig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesonder für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik geeignetes Klappan kerrelais mit einer hohen Anzugskraft, einer niedrige AnzugsSpannung und einem kleinen Haltestrom bei platzspa render Bauweise zu schaffen, das die Nachteile der bekann ten Relais vermeidet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Klappan kerrelais nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurc gelöst, daß auf dem Spulenkörper zwei gleichsinnig gewik kelte und stromdurchflossene, unterschiedlich dimensionier te Spulenwicklungen als Anzugswicklung und Haltewicklung i Parallelschaltung angeordnet sind, und daß für die Anzugs wicklung eine zeitverzögerte elektronische Abschaltung nac Erreichen der Anzugsstellung des Klappankers vorgesehe ist. Wird das Relais unter Strom gesetzt, so ziehen beide Wick¬ lungen die Ankerplatte des Klappankers mit der vollen Lei¬ stung an. Hierdurch kann ein relativ großer Luftspalt zwi¬ schen Ankerplatte und Magnetjoch überwunden werden. Die nach dem Einschalten des Relais nicht mehr benötigte nieder- ohmige Anzugswicklung mit hoher Anzugskraft wird nur für eine kurze Dauer von etwa 20 Millisekunden eingeschaltet und über eine Transistorstufe, die nach vollem Durchzug der Ankerplatte mit Zeitverzögerung wirkt, elektronisch verzö- gert abgeschaltet. Nur die parallel geschaltete hochohmige Haltewicklung mit geringer Anzugskraft bleibt als Dauerbe¬ lastung mit sehr geringer Verlustleistung und damit gerin¬ ger 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 Klapp¬ ankerrelais ist im Anspruch 2 gekennzeichnet, durch die sich die Verlustleistung solcher Relais gegenüber herkömm¬ lichen Konstruktionen um einen Faktor von etwa 7 oder 8 verbessert.

Eine besonders platzsparende Bauweise bei großer Anzugs- durchflutung wird durch das Merkmal des Anspruches 3 er¬ reicht, 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 Spulen- Wicklungen mit unterschiedlicher Ansprecherregung als

Anzugswicklung und Haltewicklung angeordnet sind, und daß für die Anzugswicklung eine zeitverzögerte elektronisch Abschaltung erst nach Erreichen der Anzugsstellung de Klappankerε vorgesehen ist, können die einzelnen elektro magnetischen Eigenschaften der damit ausgestatteten Relai unabhängig voneinander optimal ausgelegt werden.

Eine Justierung der Kenngrößen, wie zum Beispiel Anzugs spannung, Haltespannung, Kontaktdruck und Kontaktabstan kann entfallen, da die einzelnen Kenngrößen im Unterschie zu den bekannten Klappankerrelais bei gleicher Baugröße mi entsprechender Reserve (überdimensionierung) ausgelegt wer den können. Hierdurch kann eine gleichbleibend hohe Quali tät über die gesamte Lebensdauer solcher Klappankerrelai gewährleistet werden. Die üblichen Verschleißerscheinunge und die dadurch bedingten Veränderungen der Kenngrößen sin bei dem neuen Relais vernachläεsigbar gering. Die Ferti gungskosten können beträchtlich reduziert werden.

Die Betätigung der Schaltkontakte erfolgt über ein speziel les Schalthebelsystem, so daß der Kontaktabstand bei glei cher Baugröße solcher Relais um einen Faktor von mindesten zwei vergrößert wird.

Durch die relativ große Übersetzung von mindestens 2 : 1 der Bewegung des Klappankers in die Schwenkbewegung des

Schalthebels ist ein großer Kontaktabstand zwischen de

Arbeitεkontakten bzw. Ruhekontakten deε Relais möglich.

Dieser große Kontaktabstand bedeutet gleichzeitig eine hohe

Betätigungsgeεchwindigkeit der Kontakte und εomit eine schnellen Schaltvorgang, wodurch der Abschaltlichtbogen schnell unterbrochen wird. Dies führt indirekt zu einer höheren Lebensdauer der Kontaktstellen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematiεch 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 Abschalt¬ verzögerung,

Fig. 4 einen horizontalen Schnitt durch das Klappanker¬ relais 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 Schnitt¬ linie VI - VI von Fig. 7, wobei sich das Klappan¬ kerrelais in der AnzugsStellung befindet und die Stromversorgung der Anzugswicklung unterbrochen ist,

Fig. 7 einen horizontalen Schnitt durch das Klappanker¬ relais 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 befindlichen Schließkontakten und Fig. 9 noch einen Schnitt durch das Klappankerrelai gemäß Schnittlinie IX - IX von Fig. 7 mit geöffn ten Arbeitskontakten, die als Doppelkontakt aus gebildet sind.

Das Klappankerrelais 1, das insbesondere für Kraftfahrzeug bestimmt ist, besteht aus einem U-förmigen Magnetjoch 2 mi 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 un mehreren Steckerstiften, -fahnen 9, Lötstiften für Printre lais oder dergleichen geschützt angeordnet.

Auf dem Spulenkörper 3 sind zwei gleichsinnig gewickelt und stromdurchflossene, unterschiedlich dimensioniert Spulenwicklungen 10, 11 als Anzugswicklung 10 und als Haltewicklung 11 in Parallelschaltung angeordnet. Für di Anzugswicklung 10 ist eine zeitverzögerte elektronische Abschaltung nach Erreichen der Anzugsstellung des Klappan- kers 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 Anzugswick¬ lung 10 etwa 70 bis 90 %, vorzugsweise etwa 80 %, und die Haltewicklung 11 etwa 30 bis 10 %, vorzugsweise etwa 20 % der Anzugsdurchflutung beim Einschaltvorgang übernimmt.

Die niederohmige Anzugswicklung 10 und die hochohmige Hal¬ tewicklung 11 sind auf dem Spulenkörper 3 derart übereinan- dergewickelt, daß die Anzugswicklung 10 innen und die Haltewicklung 11 außen liegt, wodurch eine besonders große Anzugsdurchflutung erreicht wird. Für die zeitverzögerte Abschaltung der Anzugswicklung 10 ist eine Transistorstufe 14 mit Abschaltverzögerung vorge¬ sehen, die derart ausgebildet ist, daß die Anzugswicklung 10 in Reihe mit der Kollector-Emitter-Strecke eines Transi- stors 53 zwischen dem Pluspol 51 und dem Minuspol 52 des Gleichstromnetzes angeordnet ist, an das das Relais ange¬ schlossen ist. Zwischen dem Pluspol 51 und dem Minuspol 52 ist ein Kondensator 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, wodurch eine sehr hohe Stromverstärkung erreicht werden kann. An der Anzugswicklung 10 und der Haltewicklung 11 ist weiterhin 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 Kondensator 54 auf die Netzspannung aufgeladen hat.

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

Dies ist jedoch eine stetige Abschaltung.

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

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

Die Dimensionierung der Bauteile ist von den elektrische und magnetischen Werten der Spulen sowie von den gewünsch ten Schaltzeiten abhängig.

Die Schaltkontakte 5, 6 des Relais 1 sind jeweils paarweis an seitlich neben dem Spulenkörper 3 aufragenden federnde Kontaktblechen 15, 16 angeordnet, und zwischen dem Spulen körper 3 und den federnden Kontaktblechen 15, 16 ist ei schwenkbarer Schalthebel 17 vorgesehen, der um eine Dreh achse 18 schwenkbar ist, die im Bereich zwischen de Schwenkachse 19 des Klappankers 4 und den federnden Kon taktblechen 15, 16 unterhalb des Spulenkörpers 3 angeordne ist. Der Schalthebel 17 ragt, wie in Fig. 1 zu erkenne ist, mit seinem freien Ende zwischen dem Spulenkörper 3 un den Schaltkontakten 5, 6 bis über die dem Klappanker zugewandte Stirnseite 20 des Spulenkörpers 3 auf, so daß e durch den Klappanker 4 beaufschlagt 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 Querschnit 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 An¬ kerplatte 23, die mit ihrer äußeren Längskante am außenlie¬ genden 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 Schwenkach¬ se 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 Verringe¬ rung 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-förmi¬ gen Magnetjoches 2 entlang seiner Längskante durch eine im Querschnitt 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-förr ig zurückgebogenen Längsschenkel 27 in eine zur Schwenkachse 19 parallele Längsnut 28 (Fig. 6) an der An¬ kerplatte 23 eingreift.

Der Schalthebel 17 ist im Querschnitt im wesentlichen L-förmig ausgebildet und hat einen kürzeren Schenkel 29, der den rechteckigen Spulenkörper 3 an der dem Klappanker 4 abgewandten Stirnseite 30 untergreift und einen oder meh¬ rere Drehlagerzapfen 31 aufweist, mit denen er in schlitz- förmigen Drehlageröffnungen 32 (Fig. 1) unterhalb des Spu¬ lenkörpers 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 Schaltkon¬ takte 5, 6 aufweist.

Die beiden Schenkel 29, 33 des L-förmigen Schalthebels 17 haben ein Längenverhältnis zwischen Drehachse 18 und Schaltrippen 34, 35, 36 von mindestens 1 : 2 bis 1 : 4, vorzugsweise etwa 1 : 3, was umgekehrt einem Übersetzungs¬ verhältnis 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 Arbeitskontak¬ te 41 (Schließer) ausgebildet sein und tragen zweckmäßig Kreuzkontakte 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 Le¬ bensdauer solcher Kontakte ganz wesentlich zu erhöhen. Die Schaltrippen 35, 36 am Schalthebel 17 können für einen voreilenden oder nacheilenden Kontakt solcher Doppelkontak¬ te in Betätigungsrichtung des Schalthebels 17 gegeneinander versetzt sein, und schließlich ist der Schalthebel 17 durch beiderseits des Klappankers 4 etwa in der Ebene der Anker¬ platte 23 parallel zueinander angeordnete Zugfedern 44, 45 in seiner Ruhestellung von Fig. 1 gehalten.

Die Kontaktbleche 15, 16 sind als Bronzeblattfedern ausge¬ legt und tragen aufgeschweißte Kontaktstellen aus Edelme¬ tall-Stegen 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 bei¬ der Kontaktbleche oder -federn 15, 16 wird jeweils durch die Anlagekanten der Anschläge 38 bzw. 39 bestimmt, die werkzeuggebunden 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 Kontakt¬ blech 5 (Fig. 4) , das wiederum am Anschlag 38 mit Vorspan¬ nung anliegt. 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 elek¬ trische Schaltsystem. Das andere Arbeitskontaktpaar 41 (Schließer) kann auch s ausgebildet sein, daß der Schalthebel 17 einen den Schließ¬ kontakt (Kontaktblech 15) hintergreifenden Steg aufweis und so die Kontakte 5, 6, gezogen durch die Zugfedern 44, 45, zwangsweise trennt, falls eine Verklebung oder Ver¬ schweißung des Kontaktpaares trotz Relativbewegung erfolgen sollte.

Für eine Begrenzung der Schwenkbewegung des Klappankers 4 sowohl in dessen Anzugsrichtung als auch in der Lösestel¬ lung ist an der oberen Stirnseite des Spulenkörperε 3 in Fig. 1 und 6 ein Anschlagelement 46 in Form einer Däm¬ pfungsplatte 47 aus elastischem Kunstεtoff angeordnet mit einer εchlitzförmigen 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 Anschlagele¬ ment 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 dienen, 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 Spritzguß¬ teil aus Kunststoff einstückig ausgebildet.

Das Schaltgeräusch wird durch daε alε Dämpfungssystem die¬ nende Anschlagelement 46 für die Betätigungszunge 24 des Klappankers 4 stark reduziert, und daε Relais 1 arbeitet so gegenüber herkömmlichen Relais leiser, weil durch die hohe Anzugεleiεtung der Anzugεwicklung 10 der Anεchlag der An¬ kerplatte 23 auf die Stirnfläche deε Magnetjoches 2 durch das Anschlagelement 46 gedämpft wird. Das Anschlagelement 46 besteht aus einem schalldämpfenden relativ weichen Kunststoff. Die Anschlagkanten oder Anschläge 38, 39 für die Kontaktfedern oder Kontaktbleche 15, 16 liegen eben¬ falls an dem dämpfenden Anschlagelement 46. Das Anschlag- geräuεch der Kontakte 5, 6 wird ferner durch die Kreuzkon- takt-Anordnung, den nachfedernden Gegenkontakt sowie die dadurch entstehende gleitende Relativbewegung zwischen den jeweiligen Kontaktteilen minimiert.

Bei diesem Relais wird auf die bisher angewendete Strom- Übertragung über eine angeschweißte Blattfeder oder Litze verzichtet. Die Kontaktelemente sind direkt an die An¬ schlußstecker oder -fahnen 9 angenietet (Steckerrelais) bzw. beim Printrelais direkt alε Lötanεchluß auεgebildet. Hierdurch werden die Übergangswiderstände reduziert. Durch die Abschaltung der Anzugswicklung 10 wird die Eigenerwär¬ mung des Relais gegenüber herkömmlichen einspuligen Relais stark reduziert.

Liεte der Bezuqεzeichen

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 A Zugfeder

45 Zugfeder

46 Anschlagelement

47 Dämpfungsplatte

48 Durchführungsöffnung

49 Anschlagkante 50 Anschlagkante

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Spulenkörper (3) zwei gleichsinnig gewickelte und stromdurchfloεεene, unterschiedlich dimensionierte Spulenwicklungen (10, 11) als Anzugswicklung (10) und Haltewicklung (11) in Parallelschaltung angeordnet sind, und daß für die Anzugswicklung (10) eine zeit¬ verzögerte elektronische Abschaltung nach Erreichen der Anzugsstellung des Klappankers (4) vorgesehen ist.

2. Klappankerrelais nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ohmsche Widerstand und die Windungszahl der Anzugswicklung (10) einer¬ seits und der Ohmsche Widerεtand und die Windungεzahl der Haltewicklung (11) andererseitε derart unter- εchiedlich dimensioniert sind, daß die Anzugswicklung

(10) etwa 70 bis 90 %, vorzugεweiεe etwa 80 %, und die

Haltewicklung (11) etwa 30 biε 10 %, vorzugεweise etwa

20 % der Anzugsdurchflutung beim Einschaltvorgang übernimmt.

3. Klappankerrelais nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c g e k e n n z e i c h n e t , daß die niederohmig Anzugswicklung (10) und die hochohmige Haltewicklun

(11) auf dem Spulenkörper (3) derart übereinande gewickelt sind, daß die Anzugswicklung (10) innen un die Haltewicklung (11) außen liegt.

4. Klappankerrelais nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die zeitverzögerte Abschaltung der Anzugswicklung (10) eine Tranεistor- stufe (14) mit Abschaltverzögerung vorgesehen ist.

5. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzugswicklung (10) in Reihe mit der Kollektor-Emit¬ ter-Strecke eines Transistors (53) zwischen dem Pluspol (51) und dem Minuspol (52) eines Gleichstrom- netzeε 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 Basiε-Emitter-Strecke des Transiεtorε (53) , und daß parallel zu dem Ohmεchen Widerεtand (55) und der Basis-Emitter-Strecke des Transistorε (53) eine Diode (56) angeordnet iεt, die mit ihrer Anode am Minuspol (52) liegt.

6. Klappankerrelais nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Transistor (53) in Darlingtonschaltung auεgeführt iεt.

Klappankerrelaiε nach einem der Anεprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 iεt, der um eine im Bereich zwiεchen der Schwenkachεe (19) deε Klappankerε (4) und den federnden Kontaktblechen (15, 16) unterhalb des Spulenkörpers (3) liegende Drehachse (18) schwenkbar ist und mit seinem freien Ende zwi¬ schen dem Spulenkörper (3) und den Schaltkontakten (5, 6) bis über die dem Klappanker (4) zugewandte Stirn¬ seite (20) des Spulenkörpers (3) für eine Beaufschla- gung durch den Klappanker (4) aufragt.

9. Klappankerrelais nach Anspruch 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , 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 Spulenkör¬ per (3) gewickelten beiden Spulenwicklungen (10, 11) zwischen 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 Schwenkachεe (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 Betäti¬ gung deε Schalthebels (17) an einem davon aufragenden Betätigungsnocken (25) zur Anlage kommt.

10. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 biε 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß de Klappanker (4) an dem außenliegenden Schenkel (22) de U-förmigen MagnetJoches (2) entlang seiner Längskant durch eine im Querschnitt J-förmige federnde Halte klammer (26) gesichert ist, die am U-Schenkel (22) de MagnetJoches (2) befestigt ist und mit ihrem di Ankerplatte (23) deε Klappankerε (4) übergreifende U-förmigen zurückgebogenen Längεεchenkel (27) in ein zur Schwenkachεe (19) parallele Längεnut (28) an de Ankerplatte (23) eingreift.

11. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 1 biε 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der L-förmige Schalthebel (17) mit einem kürzeren Schenkel

(29) den Spulenkörper (3) an der dem Klappanker (4) abgewandten Stirnεeite (30) untergreift und einen oder mehrere Drehlagerzapfen (31) aufweiεt, mit denen er in εchlitzförmigen Drehlageröffnungen (32) unterhalb deε Spulenkδrpers (3) schwenkbar gelagert ist.

12. Klappankerrelais nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Schenkel (29, 33) des L-förmigen Schalthebels (17) ein Längen¬ verhältnis von mindestenε 1 : 2 biε 1 : 4, vorzugεwei- εe etwa 1 : 3, aufweiεen.

14. Klappankerrelais nach einem der Ansprüche 8 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalthebel (17) durch beiderseitε des Klappankers (4) etwa in der Ebene der Ankerplatte (23) parallel zueinander angeordnete Zugfedern (44, 45) in seiner Ruhestellung gehalten iεt.

15. Klappankerrelaiε nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwenkbewegung des Klappankerε (4) in der Löse¬ stellung durch ein an der Stirnseite (20) des Spulen¬ körpers (3) angeordnetes Anschlagelement (46) begrenzt ist.

16. Klappankerrelaiε nach Anεpruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε Anschlagelement

(46) eine schlitzförmige Durchführungεδffnung (48) mit einander gegenüberliegenden Anschlagkanten (49, 50) aufweist, an denen der Klappanker (4) mit seiner Betätigungszunge (24) für den Schalthebel (17) zur Anlage kommt.

17. Klappankerrelais nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 ein¬ stückig aus Kunstεtoff auεgebildet iεt.