WO2000007200A2 - Elektromagnetisches relais - Google Patents

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    • H01H51/229—Blade-spring contacts alongside armature

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic relay which has a magnet system, a base, contact elements movable with the armature, contact elements arranged on the base and connecting elements for the contact elements.
  • the design of the base assembly causes high tool costs and also offers only little flexibility, in particular with regard to the connection grid and dimensions.
  • the fixed contacts are welded onto punched strips, which are encapsulated with thermoplastic.
  • the relay connections are formed from these punched strips by bending and trimming.
  • Conventional thermoplastics offer only insufficient thermal stability compared to the temperatures that occur during reflow soldering. Highly heat-resistant and extremely expensive plastics - usually LCP - are often used to improve thermal resilience.
  • the invention is based on the objective of creating a relay whose base assembly can be produced with little tool expenditure and which is distinguished by a high degree of flexibility with regard to the connection grid and dimensions.
  • the base assembly should have sufficient thermal stability with respect to the high temperatures that occur in particular during reflow soldering.
  • an electromagnetic relay which has a magnet system consisting of a coil, a core and an armature, and at least one contact spring which is coupled to the armature and carries at least one movable contact. Furthermore, the relay has one below the coil, the magnet system and the armature arranged on the base, which carries at least one fixed contact opposite the movable contacts on a fixed contact carrier.
  • the relay is characterized in that the base is formed by a plated-through circuit board, on the side facing the magnet system the fixed contact carriers are arranged in the form of conductor tracks and on the side facing away from the magnet system there are connection elements.
  • the design of the base assembly according to the invention makes it possible to save on expensive special tools for punching and overmolding. Furthermore, several magnet systems can be arranged in a matrix on a common circuit board. The interconnection of the relays can then be implemented directly through the conductor tracks on the printed circuit board. It is also possible to arrange additional components, which are usually connected externally with the relays, on the common printed circuit board and to connect them to the relays via the conductor tracks of the printed circuit board. In this way, complete modules can be formed which, for example, can also be equipped with an integrated connector to implement an interface.
  • the circuit board by which the base is formed is advantageously made of a thermosetting plastic.
  • the connection elements are formed by solder balls arranged on the base side of the relay.
  • the fixed contacts are designed as solid contacts which are attached to the fixed contact carrier with conductive adhesive or solder.
  • the fixed contacts are galvanically applied to the fixed contact carrier.
  • a particularly reliable contact is also obtained when the fixed contact elements are designed as double contacts.
  • the magnet system formed by the coil, the core and the armature can be surrounded by an insulating material covering.
  • the insulating material sheathing of the magnet system forms a box-shaped extension, the insulating material sheathing with its extension engaging around the armature and the fixed contact elements and forming a housing for the relay together with the base side of the printed circuit board forming the base.
  • connection elements are formed from contact pins.
  • Figure 2 shows a relay according to the invention, in which the connection elements are formed from solder balls.
  • Figure 3 shows an arrangement according to the invention of several relays on a common circuit board.
  • FIG. 1 shows a relay with a magnet system, which consists of a coil 1 wound on a coil body 20, a core 2, a three-pole permanent magnet 15 and a relay sheath 13 which receives the coil 1, the core 2 and the three-pole permanent magnet 15.
  • the relay casing 13 is mounted on a circuit board 4 forming the base of the relay.
  • the connecting elements are formed from contact pins 22 pressed into the printed circuit board 4.
  • the pin 22 arranged approximately in the middle of the printed circuit board 4 is extended and is used as a suspension for the armature 3 designed as a rocker armature. This makes it particularly easy to set a defined distance between anchor 3 and base.
  • the rocker armature 3 is pivotally attached to the contact pin 22 by means of an anchor spring 17.
  • the armature spring 17 is for example by spot welding on the contact pin 22 attached.
  • the armature spring 17 is firmly connected to the contact spring 9.
  • the contact spring 9 is also firmly connected to the armature 3.
  • the connection between armature 3, contact spring 9 and armature spring 17 is realized in the relay shown by the plastic encapsulation 21. For example, it would also be possible to make this connection by gluing.
  • the movable contacts 5 are arranged. In the relay shown, the movable contacts 5 are designed as solid contacts. These can be pressed or riveted into the contact spring 9. It would also be possible to attach the solid contacts to the contact spring 9 using conductive adhesive or solder.
  • the fixed contacts 12 are arranged on the base 4, opposite the corresponding movable contacts 5.
  • fixed contacts 12 are connected to the associated contact pins 22 by means of fixed contact carriers 22a arranged on the base, as a result of which the fixed contacts 12 can be connected from the outside.
  • a conductor track on the printed circuit board 4 is particularly suitable as a fixed contact carrier.
  • the fixed contacts 12 can be applied to this, for example by galvanic deposition.
  • FIG. 2 shows a relay with a magnet system, which consists of a coil 1 wound on a coil body 20, a core 2, a three-pole permanent magnet 15 and a relay sheath 13 which receives the coil 1, the core 2 and the three-pole permanent magnet 15.
  • the relay casing 13 is mounted on a circuit board 4 forming the base of the relay.
  • the connection elements are formed from solder balls 10 applied to the printed circuit board 4.
  • the rocker armature 3 is pivotally attached to the circuit board 4 by means of an armature spring 17.
  • the armature spring 17 is fastened, for example, by spot welding on a conductor track 10a of the circuit board 4.
  • the armature spring 17 is firmly connected to the contact spring 9.
  • the contact spring 9 is also firmly connected to the armature 3.
  • connection between armature 3, contact spring 9 and armature spring 17 is realized in the relay shown by the plastic encapsulation 21. It would be, for example also possible to make this connection by gluing.
  • the movable contacts 5 are arranged.
  • the movable contacts 5 are designed as solid contacts. These can be pressed or riveted into the contact spring 9. It would also be possible to attach the solid contacts to the contact spring 9 using conductive adhesive or solder.
  • the fixed contacts 12 are arranged on the base 4, opposite the corresponding movable contacts 5. These are by means of fixed contact carriers 10a arranged on the base 4
  • Vias 10b of the base 4 are connected to the solder balls 10, as a result of which the fixed contacts 12 can be connected from the outside.
  • a conductor track on a base designed as a printed circuit board 4 is particularly suitable as a fixed contact carrier.
  • the fixed contacts 12 can be applied to this, for example by galvanic deposition.
  • FIG. 3 shows an arrangement of a plurality of relays on a common printed circuit board 4.
  • the relay design according to the invention allows a plurality of relays with their magnet systems to be arranged in a matrix on a common printed circuit board 4.
  • the magnet systems of the individual relays should each be surrounded by an insulating jacket 13, so that each of the relays arranged on the common printed circuit board 4 has its own housing.
  • 4 additional components 18 can be arranged on the common circuit board, which are connected to the relays via special conductor tracks applied to the circuit board 4. This means that complete circuit modules can be easily implemented.
  • An additional connector 19 arranged on the common printed circuit board 4 can form an interface for the entire module.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, welches ein aus einer Erregerspule (1), einem Kern (2) und einem Anker (3) bestehendes Magnetsystem und einen durch eine durchkontaktierte Leiterplatte (4) gebildeten Sockel aufweist. Eine dem Magnetsystem zugewandte Seite der Leiterplatte (4) weist Leiterbahnen (10a, 22a) auf, während durch die dem Magnetsystem abgewandte Seite der Leiterplatte (4) eine Grundseite des Relais gebildet ist. Des weiteren weist die Leiterplatte (4) feststehende Kontaktelemente (12) auf, welche über die mit Anschlußelementen (10, 22) für die feststehenden Kontaktelemente (12) verbunden sind.

Description

Beschreibung
Elektromagnetisches Relais
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, welches ein Magnetsystem, einen Sockel, mit dem Anker bewegliche Kontaktelemente, auf dem Sockel angeordnete Kontaktelemente und Anschlußelemente für die Kontaktelemente aufweist.
Bei herkömmlichen Relais verursacht die Gestaltung der Sok- kelbaugruppe hohe Werkzeugkosten und bietet zudem nur eine geringe Flexibilität, insbesondere hinsichtlich der Anschlußraster und Abmessungen. Üblicherweise werden die Festkontakte auf gestanzte Bänder geschweißt, die mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt sind. Durch Biegen und Beschneiden werden die Relaisanschlüsse aus diesen gestanzten Bändern herausgeformt. Konventionelle thermoplastische Kunststoffe bieten gegenüber den beim Reflow-Löten auftretenden Temperaturen nur eine unzureichende thermische Stabilität. Zur Verbesse- rung der thermischen Belastbarkeit werden vielfach hochwärmebeständige und extrem teure Kunststoffe - üblicherweise LCP - eingesetzt .
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, ein Relais zu schaf- fen, dessen Sockelbaugruppe sich mit geringem Werkzeugaufwand herstellen läßt und sich durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Anschlußraster und Abmessungen auszeichnet. Außerdem soll die Sockelbaugruppe eine ausreichende thermische Stabilität gegenüber den insbesondere beim Reflow-Löten auf- tretenden hohen Temperaturen aufweisen.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein elektromagnetisches Relais erreicht, welches ein aus einer Spule, einem Kern und einem Anker bestehendes Magnetsystem, sowie minde- stens eine mit dem Anker gekoppelte Kontaktfeder, die mindestens einen beweglichen Kontakt trägt, aufweist. Ferner weist das Relais einen unterhalb der Spule, des Magnetsystems und dem Anker angeordneten Sockel auf, der mindestens einen den beweglichen Kontakten gegenüberliegenden Festkontakt auf einem Festkontaktträger trägt. Dabei zeichnet sich das Relais dadurch aus, daß der Sockel von einer durchkontaktierten Lei- terplatte gebildet wird, auf deren dem Magnetsystem zugewandten Seite die Festkontaktträger in Form von Leiterbahnen angeordnet sind und auf deren von dem Magnetsystem abgewandten Seite Anschlußelemente vorgesehen sind.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Sockelbaugruppe ist es möglich, teure SpezialWerkzeuge zum Stanzen und Umspritzen einzusparen. Des weiteren können mehrere Magnetsysteme auf einer gemeinsamen Leiterplatte matrixartig angeordnet werden. Die Verschaltung der Relais kann dann direkt durch die Lei- terbahnen auf der Leiterplatte realisiert sein. Außerdem ist es möglich, zusätzliche Bauelemente, die mit den Relais üblicherweise extern verschaltet werden, ebenfalls auf der gemeinsamen Leiterplatte anzuordnen und mit den Relais über die Leiterbahnen der Leiterplatte zu verschalten. Somit können komplette Module gebildet werden, welche beispielsweise noch mit einem integrierten Steckverbinder zur Realisierung einer Schnittstelle ausgestattet werden können.
Um eine ausreichende thermische Stabilität zu gewährleisten, besteht die Leiterplatte, durch welche der Sockel gebildet ist, vorteilhafterweise aus einem duroplastischem Kunststoff. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Anschlußelemente durch an der Grundseite des Relais angeordnete Lotkugeln gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Festkontakte als Massivkontakte ausgebildet, die auf dem Festkontaktträger mit Leitkleber oder Lot befestigt sind. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung sind die Festkontakte galvanisch auf dem Festkontaktträger aufgebracht. Eine besonders zuverlässige Kontaktgabe ergibt sich zudem dann, wenn die feststehenden Kontaktelemente als Doppelkontakte ausgeführt sind. Außerdem kann das durch die Spule, den Kern und den Anker gebildete Magnetsystem von einer Isolierstoff-Umhüllung umgeben sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bildet die Isolierstoff-Umhüllung des Magnetsystems einen schachteiförmigen Fortsatz, wobei die Isolierstoff-Umhüllung mit ihrem Fortsatz den Anker sowie die feststehenden Kontaktelemente umgreift und zusammen mit der Grundseite der den Sockel bildenden Leiterplatte ein Gehäuse für das Relais bildet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Relais, bei dem die Anschluß- elemente aus Kontaktstiften gebildet sind.
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Relais, bei dem die Anschlußelemente aus Lotkugeln gebildet sind.
Figur 3 eine erfindungsgemäße Anordnung von mehreren Relais auf einer gemeinsamen Leiterplatte.
Figur 1 zeigt ein Relais mit einem Magnetsystem, welches aus einer auf einen Spulenkörper 20 gewickelten Spule 1, einem Kern 2, einem Dreipol-Permanentmagnet 15 und einer die Spule 1, den Kern 2 und den Dreipol-Permanentmagnet 15 aufnehmenden Relaisumhüllung 13 besteht. Die Relaisumhüllung 13 ist auf einer den Sockel des Relais bildenden Leiterplatte 4 montiert. Die Anschlußelemente sind aus in die Leiterplatte 4 eingepreßten Kontaktstiften 22 gebildet. Der etwa in der Mitte der Leiterplatte 4 angeordnete Anschlußstift 22 ist verlängert und wird als Aufhängung für den als Wippanker ausgebildeten Anker 3 benutzt. Dadurch läßt sich ein definierter Abstand zwischen Anker 3 und Sockel besonders leicht einstel- len. Der Wippanker 3 ist mittels einer Ankerfeder 17 am Kontaktstift 22 schwenkbar befestigt. Die Ankerfeder 17 ist dabei beispielsweise durch Punktschweißen am Kontaktstift 22 befestigt. Die Ankerfeder 17 ist fest mit der Kontaktfeder 9 verbunden. Ebenso ist die Kontaktfeder 9 fest mit dem Anker 3 verbunden. Die Verbindung zwischen Anker 3, Kontaktfeder 9 und Ankerfeder 17 wird bei dem gezeigten Relais durch die Kunststoff-Umspritzung 21 realisiert. Es wäre beispielsweise auch möglich, diese Verbindung durch Kleben herzustellen. An den äußeren Enden der Kontaktfeder 9 sind die beweglichen Kontakte 5 angeordnet. In dem gezeigten Relais sind die beweglichen Kontakte 5 als Massivkontakte ausgebildet. Diese können in die Kontaktfeder 9 eingepreßt oder eingenietet werden. Möglich wäre zudem eine Befestigung der Massivkontakte auf der Kontaktfeder 9 mittels Leitkleber oder Lot. Auf dem Sockel 4, gegenüber den entsprechenden beweglichen Kontakten 5, sind die Festkontakte 12 angeordnet. Diese sind mittels auf dem Sockel angeordneter Festkontaktträger 22a mit den jeweils zugehörigen Kontaktstiften 22 verbunden, wodurch die Festkontakte 12 von außen anschließbar sind. Als Festkontaktträger kommt insbesondere eine Leiterbahn auf der Leiterplatte 4 in Betracht. Auf dieser können die Festkontakte 12 bei- spielsweise durch galvanisches Abscheiden aufgebracht sein.
Figur 2 zeigt ein Relais mit einem Magnetsystem, welches aus einer auf einen Spulenkörper 20 gewickelten Spule 1, einem Kern 2, einem Dreipol-Permanentmagnet 15 und einer die Spule 1, den Kern 2 und den Dreipol-Permanentmagnet 15 aufnehmenden Relaisumhüllung 13 besteht. Die Relaisumhüllung 13 ist auf einer den Sockel des Relais bildenden Leiterplatte 4 montiert. Die Anschlußelemente sind aus auf die Leiterplatte 4 aufgebrachten Lotkugeln 10 gebildet. Der Wippanker 3 ist mit- tels einer Ankerfeder 17 auf der Leiterplatte 4 schwenkbar befestigt. Die Ankerfeder 17 ist dabei beispielsweise durch Punktschweißen auf einer Leiterbahn 10a der Leiterplatte 4 befestigt. Die Ankerfeder 17 ist fest mit der Kontaktfeder 9 verbunden. Ebenso ist die Kontaktfeder 9 fest mit dem Anker 3 verbunden. Die Verbindung zwischen Anker 3, Kontaktfeder 9 und Ankerfeder 17 wird bei dem gezeigten Relais durch die Kunststoff-ümspritzung 21 realisiert. Es wäre beispielsweise auch möglich, diese Verbindung durch Kleben herzustellen. An den äußeren Enden der Kontaktfeder 9 sind die beweglichen Kontakte 5 angeordnet. In dem gezeigten Relais sind die beweglichen Kontakte 5 als Massivkontakte ausgebildet. Diese können in die Kontaktfeder 9 eingepreßt oder eingenietet werden. Möglich wäre zudem eine Befestigung der Massivkontakte auf der Kontaktfeder 9 mittels Leitkleber oder Lot. Auf dem Sockel 4, gegenüber den entsprechenden beweglichen Kontakten 5, sind die Festkontakte 12 angeordnet. Diese sind mittels auf dem Sockel 4 angeordneter Festkontaktträger 10a über
Durchkontaktierungen 10b des Sockels 4 mit den Lotkugeln 10 verbunden, wodurch die Festkontakte 12 von außen anschließbar sind. Als Festkontaktträger kommt insbesondere eine Leiterbahn auf einem als Leiterplatte 4 ausgeführten Sockel in Be- tracht. Auf dieser können die Festkontakte 12 beispielsweise durch galvanisches Abscheiden aufgebracht sein.
Figur 3 zeigt eine Anordnung mehrerer Relais auf einer gemeinsamen Leiterplatte 4. Durch die erfindungsgemäße Relais- gestaltung können mehrere Relais mit ihren Magnetsystemen matrixartig auf einer gemeinsamen Leiterplatte 4 angeordnet sein. Vorteilhafterweise sollten die Magnetsysteme der einzelnen Relais jeweils von einer Isolierstoff-Umhüllung 13 umgeben sein, so daß jedes der auf der gemeinsamen Leiterplatte 4 angeordneten Relais ein eigenes Gehäuse aufweist. Neben den Relais können auf der gemeinsamen Leiterplatte 4 zusätzliche Bauelemente 18 angeordnet sein, welche über spezielle auf die Leiterplatte 4 aufgetragene Leiterbahnen mit den Relais verschaltet sind. Somit lassen sich auf einfache Weise komplette Schaltungsmodule realisieren. Durch einen zusätzlichen, auf der gemeinsamen Leiterplatte 4 angeordneten Steckverbinder 19 läßt sich eine Schnittstelle für das gesamte Modul bilden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetisches Relais mit einem aus einer Spule (1), einem die Spule (1) durch- setzendem Kern (2) und einem Anker (3) bestehenden Magnetsystem, - mindestens einer mit dem Anker (3) gekoppelten Kontaktfeder (9), die mindestens einen beweglichen Kontakt (5) trägt, - einem unterhalb der Spule (1) und des MagnetSystems und dem Anker (3) angeordneten Sockel, der mindestens einen dem beweglichen Kontakt (5) gegenüberliegenden Festkontakt (12) auf einem Festkontaktträger trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel von einer durchkontaktierten Leiterplatte (4) gebildet wird, auf deren dem Magnetsystem zugewandten Seite die Festkontaktträger (10a, 22a) in Form von Leiterbahnen angeordnet sind und auf deren von dem Magnetsystem abgewandten Seite Anschlußelemente (10, 22) vorgesehen sind.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußelemente aus Lotkugeln (10) gebildet sind.
Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußelemente aus in die Leiterplatte (4) eingepreßten Kontaktstiften (22) gebildet sind.
4. Relais nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontakte (5) als in die Kontaktfeder (9) eingepreßte, eingenietete oder mit Leitkleber oder Lot an der Kontaktfeder (9) befestigte Massivkontakte ausgebildet sind.
5. Relais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) ein Wippanker ist, der mittels einer Ankerfeder (17) um eine Querachse drehbar an einem der Kontaktstifte (22) aufgehängt ist.
6. Relais nach /Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (3) als Wippanker ausgebildet ist, der mit- tels einer 7Λnkerfeder (17) um eine Querachse drehbar mit der Leiterplatte (4) verbunden ist.
7. Relais nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterplatte (4) aus einem duroplastischen Kunststoff besteht.
8. Relais nach /Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkontakte (12) mit Leitkleber oder Lot auf dem Festkontaktträger befestigte Massivkontakte sind.
9. Relais nach 7Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkontakte (12) galvanisch auf dem Festkontaktträger aufgebracht sind.
10. Relais nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Leiterplatte (4) weitere Relais angeordnet sind.
11.Relais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (4) zusätzlich elektrische Bauelemente (18) und/oder Steckverbinder (19) angeordnet sind.
12. Relais nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) mit den Kontakt federn (9) durch eine Kunststof f-Umspritzung (21) verbunden ist.
13. Relais nach .Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (9) mit dem Anker (3) verklebt ist,
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