WO2000065619A1 - Elektromagnetisches relais und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic relay, which has a magnet system, an armature, a contact spring, movable and fixed contacts and relay connections.
  • the fixed contacts are welded onto stamped metal strips that are overmolded with plastic.
  • the relay connections are formed from these punched strips by bending, sealed with potting compound, cut to length and angled as an SMD connection.
  • Punched profile strips which are overmolded with thermoplastic plastic, serve to fasten the anchor spring. To realize the position of the fastening point, the profile strips are bent at several points before or after the extrusion coating.
  • the conventional relays have the disadvantage that the bending operations and the welding operations reach their limits with regard to the permissible deviations from the nominal dimensions for the production of miniaturized relays. With the progressive miniaturization of the relays, the dimensions of the contacts have to be manufactured with ever greater accuracy.
  • the aim of the present invention is therefore to provide a relay in which bending and welding operations can be dispensed with with regard to the relay connections and the fixed contacts.
  • This goal is achieved according to the invention by a relay according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention and a method for producing the invention can be found in the further claims.
  • the invention consists in an electromagnetic relay with a coil, a core, an armature, a contact spring attached to the armature, a movable contact attached to the contact spring and a base element, in which a fixed contact cooperating with the movable contact is integrally integrated, in which the base element is a three-dimensional circuit board.
  • welding contacts can be dispensed with. This results in a not inconsiderable saving in investment and process costs as well as the avoidance of sources of error. Rather, the base element can be manufactured as a standard product in printed circuit board manufacture using standard technologies. This enables further miniaturization of the relays.
  • the relay can also be designed as a rocker arm relay, in which an armature spring support is integrated in one piece in the base element, in which an armature spring is attached to the armature spring support, in which a rocker arm rotatable about a transverse axis is attached to the armature spring and the contact springs connected to the armature spring has, on which the movable contacts are arranged, and in which connection elements for the coil, the movable and the fixed contact are arranged on the side of the base element facing away from the armature.
  • the inventive integration of the armature spring support and the connection elements in the base element ensures that the rocker arm relay can be produced simply and inexpensively using the standard technologies of printed circuit board manufacture.
  • circuit board having regions which are made of a first thermoplastic and regions which are made of a second thermoplastic, the first plastic being without current. has tallisizable surfaces and the second plastic has no electrolessly metallizable surfaces, the surfaces of the first plastic which are not adjacent to the second plastic are electrolessly metallized and galvanically reinforced with copper, and where material on the side facing the armature of the circuit board selectively galvanically forms the fixed contacts , and on the opposite side of the circuit board, the connecting elements forming tin are deposited on the copper-plated surfaces.
  • Such a printed circuit board can be produced particularly advantageously in a 2-shot injection molding process, the areas of the printed circuit board consisting of the first plastic being molded in the first shot and the areas of the printed circuit board consisting of the second plastic being molded in the second shot , wherein the surface of the first plastic is electrolessly metallized, the metallized surface is galvanically reinforced with copper and wherein the material of the fixed contacts and the tin forming the connecting elements are selectively electrodeposited on the copper-plated surfaces.
  • a relay manufactured in this way has the advantage that the injection mold determines the position of the relay contacts, the armature spring support and the fixed contacts, as well as their shape. This means that smaller deviations from the nominal dimensions of the relay can be achieved than when using bending and welding operations. This advantage can also be achieved with little effort by using injection molding technology and surface technology.
  • a further advantageous embodiment of the invention is a relay in which the base of further relays forms on the printed circuit board. As a result, several relays can be accommodated in a common housing, for example in a customer-specific and very space-saving manner.
  • a further advantageous embodiment of the invention is a relay in which diodes, capacitors, resistors, electrical fuses or drivers are provided on the circuit board as additional electrical components. These components are usually used in the external wiring of the relays and can thus be accommodated directly on the circuit board to save space.
  • Figure 1 shows a relay according to the invention in a schematic longitudinal section.
  • FIG. 2 shows the relay from FIG. 1 in a schematic cross section along the axis A - A.
  • Figure 3 shows a further relay according to the invention in a schematic longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a relay with coil 1, core 2, three-pole
  • a double-T-shaped relay spring is attached to the armature 4 by means of a plastic coating 7.
  • the crossbar of such a T shown in FIG. 1 forms the contact spring 6, at the ends of which movable contacts 5 are arranged.
  • the longitudinal bars of the T not shown in FIG. 1, form the armature spring as a torsion spring which rests on the armature spring support 13.
  • the armature spring support 13, the fixed contacts 9 and the solder balls 15 forming the relay connections are integrated in one piece into the three-dimensional circuit board forming the base element 8.
  • the first plastic 11 made conductive on its surface by the copper layer 10 forms the electrical contact between the solder balls 15 and the solid most contacts 9 or between the solder balls 15 and the contact spring 6.
  • FIG. 2 shows, as a cross section of FIG. 1, not the transverse beams of the double T but the longitudinal beams of the double T forming the anchor springs 14 and the copper layers 10 forming the contact between the solder balls 15 and the top of the printed circuit board.
  • FIG. 3 shows a folding armature relay with a coil 1 which is wound on a coil former 18.
  • a core 2 runs in the coil former 18.
  • the entire magnet system 1, 2, 18 is embedded in a relay sheath 16.
  • the relay has an armature 4, which forms a working air gap with the core 2.
  • a contact spring 6 is attached to the armature 4 by means of a plastic extrusion coating 7.
  • a movable contact 5 is arranged. This movable contact 5 cooperates with a fixed contact 9, which is integral with the base element
  • the three-dimensional circuit board 8 consists of a first plastic 11 and a second plastic 12.
  • the first plastic 11 is made conductive on its surface by a copper layer 10 and is electrically connected to a solder ball 15 forming a connection element.
  • the hinged armature relay can be designed so that the movable contact 5 bridges two fixed contacts 9 (the rear one not shown in the figure) one behind the other.
  • the invention is not limited to the embodiments shown, but is defined in its most general form by claim 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einer Spule (1), einem Kern (2), einem Anker (4), beweglichen und festen Kontakten (5, 9), einer Ankerfeder (14), einer Ankerfederauflage (13) sowie Relaisanchlüssen. Die festen Kontakte, die Ankerfederauflage und die Relaisanschlüsse sind einstückig in eine dreidimensionale Leiterplatte integriert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Relais.

Description

Beschreibung
Elektromagnetisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, welches ein Magnetsystem, einen Anker, eine Kontaktfeder, bewegliche und feststehende Kontakte sowie Relaisanschlüsse aufweist.
Bei herkömmlichen Relais sind die feststehenden Kontakte auf gestanzte Metallbänder, die mit Kunststoff umspritzt sind, aufgeschweißt. Aus diesen gestanzten Bändern werden die Relaisanschlüsse durch Biegen ausgeformt, mit Vergußmasse abge- dichtet, auf Länge geschnitten und als SMD-Anschluß abgewinkelt. Als Befestigung der Ankerfeder dienen gestanzte Profilbänder, die mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt werden. Zur Realisierung der Position des Befestigungspunktes werden die Profilbänder vor oder nach dem Umspritzen an meh- reren Stellen gebogen.
Die herkömmlichen Relais haben den Nachteil, daß für die Herstellung von miniaturisierten Relais die Biegeoperationen und die Schweißoperationen bezüglich der zulässigen Abweichungen von den Sollabmessungen an ihre Grenzen stoßen. Mit immer weiter fortschreitender Miniaturisierung der Relais müssen die Abmessungen der Kontakte mit immer größerer Genauigkeit hergestellt werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Relais bereitzustellen, bei dem hinsichtlich der Relaisanschlüsse und der feststehenden Kontakte auf Biege- und Schweißoperationen verzichtet werden kann. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Relais nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Aus- gestaltungen der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen. Die Erfindung besteht in einem elektromagnetischen Relais mit einer Spule, einem Kern, einem Anker, einer am Anker befestigten Kontaktfeder, einem an der Kontaktfeder befestigten beweglichen Kontakt und einem Sockelelement, in das ein mit dem beweglichen Kontakt zusammenwirkender fester Kontakt einstückig integriert ist, bei dem das Sockelelement eine dreidimensionale Leiterplatte ist.
Der Vorteil eines solchen Relais besteht darin, daß auf das Stanzen von Bändern, das Biegen von Kontakten sowie das
Schweißen von Kontakten verzichtet werden kann. Daraus resultiert eine nicht unerhebliche Einsparung von Investitionen und Prozeßkosten sowie die Vermeidung von Fehlerquellen. Vielmehr ist das Sockelelement als Standardprodukt der Lei- terplattenfertigung mit Standardtechnologien herstellbar. Eine weitere Miniaturisierung der Relais wird damit ermöglicht.
Das Relais kann auch als Wippankerrelais ausgeführt sein, bei dem in das Sockelelement eine Ankerfederauflage einstückig integriert ist, bei dem auf der Ankerfederauflage eine Ankerfeder befestigt ist, bei dem an der Ankerfeder ein um eine Querachse drehbarer Wippanker befestigt ist, das mit der Ankerfeder verbundene Kontaktfedern aufweist, an denen die beweglichen Kontakte angeordnet sind, und bei dem auf der vom Anker abgewandten Seite des Sockelelements Anschlußelemente für die Spule, den beweglichen und den festen Kontakt angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Integration der Ankerfederauflage und der Anschlußelemente in das Sockelelement wird erreicht, daß das Wippankerrelais mit Hilfe der Standardtechnologien der Leiterplattenfertigung einfach und preisgünstig herstellbar ist.
Besonders vorteilhafterweise wird eine dreidimensionale Leiterplatte verwendet, wobei die Leiterplatte Bereiche, die aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff bestehen, und Bereiche, die aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff bestehen, aufweist, wobei der erste Kunststoff stromlos me- tallisierbare Oberflächen besitzt und der zweite Kunststoff keine stromlos metallisierbaren Oberflächen besitzt, wobei die nicht an den zweiten Kunststoff angrenzenden Oberflächen des ersten Kunststoffs stromlos metallisiert und mit Kupfer galvanisch verstärkt sind und wobei auf der zum Anker gewandten Seite der Leiterplatte selektiv galvanisch die festen Kontakte bildendes Material, und auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte die Anschlußelemente bildendes Zinn jeweils an den verkupferten Oberflächen abgeschieden sind.
Eine solche Leiterplatte läßt sich besonders vorteilhaft in einem 2-Schuß-Spritzgußverfahren herstellen, wobei im ersten Schuß die Bereiche der Leiterplatte, bestehend aus dem ersten Kunststoff, geformt werden und im zweiten Schuß die Bereiche der Leiterplatte, bestehend aus dem zweiten Kunststoff, geformt werden, wobei die Oberfläche des ersten Kunststoffs stromlos metallisiert wird, wobei die metallisierte Oberfläche mit Kupfer galvanisch verstärkt wird und wobei an den verkupferten Oberflächen selektiv galvanisch das Material der festen Kontakte und das die Anschlußelemente bildende Zinn abgeschieden wird.
Ein so hergestelltes Relais hat den Vorteil, daß die Spritzgußform die Lage der Relaiskontakte, der Ankerfederauflage und der feststehenden Kontakte sowie deren Form bestimmt. Damit lassen sich geringere Abweichungen von den Sollmaßen des Relais erreichen, als bei Verwendung von Biege- und Schweißoperationen. Diesen Vorteil erreicht man zudem ohne großen Aufwand durch Nutzung der Spritzgußtechnologie und der Ober- flächentechnik.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist ein Relais, bei dem auf der Leiterplatte den Sockel weiterer Relais bildet. Dadurch könne mehrere Relais beispielsweise in Matrixform kundenspezifisch und sehr platzsparend in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Relais, bei dem auf der Leiterplatte als zusätzliche elektrische Komponenten Dioden, Kondensatoren, Widerstände, elektrische Sicherungen oder Treiber vorgesehen sind. Diese Kompo- nenten werden üblicherweise in der externen Beschaltung der Relais eingesetzt und können so platzsparend direkt auf der Leiterplatte untergebracht werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Relais im schematischen Längsschnitt .
Figur 2 zeigt das Relais aus Figur 1 im schematischen Querschnitt entlang der Achse A - A.
Figur 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Relais im schematischen Längsschnitt.
Figur 1 zeigt ein Relais mit Spule 1, Kern 2, Dreipol -
Permanentmagnet 3, Anker 4 und Relaisumhüllung 16. Am Anker 4 ist mittels einer Kunststoff-Umspritzung 7 eine doppel-T-förmige Relaisfeder befestigt. Der in Figur 1 gezeigte Querbalken eines solchen T bildet die Kontaktfeder 6, an deren Enden bewegliche Kontakte 5 angeordnet sind. Die nicht in Figur 1 gezeigten Längsbalken des T bilden die Ankerfeder als Torsionsfeder, die auf der Ankerfederauflage 13 aufliegt. Die Ankerfederauflage 13, die festen Kontakte 9 und die die Relaisanschlüsse bildenden Lotkugeln 15 sind einstückig in die das Sockelelement 8 bildende dreidimensionale Leiterplatte integriert. Der durch die Kupferschicht 10 an seiner Oberfläche leitfähig ge- machte erste Kunststoff 11 bildet dabei den elektrischen Kontakt zwischen den Lotkugeln 15 und den fe- sten Kontakten 9 bzw. zwischen den Lotkugeln 15 und der Kontaktfeder 6.
Figur 2 zeigt als Querschnitt von Figur 1 nicht die Querbai - ken des Doppel-T sondern die die Ankerfedern 14 bildenden Längsbalken des Doppel -T und die den Kontakt zwischen den Lotkugeln 15 und Oberseite der Leiterplatte bildenden Kupferschichten 10.
Figur 3 zeigt ein Klappankerrelais mit einer Spule 1, die auf einen Spulenkörper 18 gewickelt ist. Im Spulenkörper 18 verläuft ein Kern 2. Das gesamte Magnetsystem 1, 2, 18 ist in eine Relaisumhüllung 16 eingebettet. Ferner weist das Relais einen Anker 4 auf, der mit dem Kern 2 einen Arbeitsluftspalt bildet. Am Anker 4 ist eine Kontaktfeder 6 mittels einer Kunststoff- Umspritzung 7 befestigt. Am Ende der Kontaktfeder 6 ist ein beweglicher Kontakt 5 angeordnet. Dieser bewegliche Kontakt 5 wirkt mit einem festen Kontakt 9 zusammen, welcher einstückig in die das Sockelelement
8 bildende dreidimensionale Leiterplatte integriert ist. Die dreidimensionale Leiterplatte 8 besteht aus einem ersten Kunststoff 11 und einem zweiten Kunststoff 12. Der erste Kunststoff 11 ist durch eine Kup- ferschicht 10 an seiner Oberfläche leitfähig gemacht und mit einer ein Anschlußelement bildenden Lotkugel 15 elektrisch verbunden. Das Klappankerrelais kann so ausgeführt sein, daß der bewegliche Kontakt 5 zwei hintereinanderliegende feste Kontakte 9 (von denen der hintere in der Figur nicht dargestellt ist) überbrückt. Auf der Unterseite der dreidimensionalen Leiterplatte 8 befindet sich ein weiteres Anschlußelement 15, das beispielsweise mit der Spule 1 elektrisch verbunden sein kann. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsformen sondern wird in ihrer allgemeinsten Form durch Anspruch 1 definiert.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetisches Relais mit - einer Spule (1) , einem Kern (2) , einem Anker (4) , einer am Anker (4) befestigten Kontaktfeder (6) , einem an der Kontaktfeder (6) befestigten bewegli- chen Kontakt (5) , einem Sockelelement (8) , in das ein mit dem beweglichen Kontakt (5) zusammenwirkender fester Kontakt (9) einstückig integriert ist, bei dem das Sockelelement (8) eine dreidimensionale Leiterplatte ist.
2. Relais nach Anspruch 1, bei dem in das Sockelelement (8) eine Ankerfederauflage (13) einstückig integriert ist, bei dem auf der Ankerfe- derauflage (13) eine Ankerfeder (14) befestigt ist, bei dem an der Ankerfeder (14) ein um eine Querachse drehbarer Wippanker (4) befestigt ist, das mit der Ankerfeder (14) verbundene Kontaktfedern (6) aufweist, an denen die beweglichen Kontakte (5) angeordnet sind, und bei dem auf der vom Anker (4) abgewandten Seite des Sockelelements (8) Anschlußelemente (15) für die Spule, den beweglichen (5) und den festen Kontakt (9) angeordnet sind.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Leiterplatte (8) Bereiche, die aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff (11) bestehen und Bereiche, die aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff (12) bestehen, aufweist, wobei der erste Kunststoff (11) stromlos metallisierbare Oberflächen besitzt und wobei der zweite Kunststoff (12) keine stromlos metallisierbaren
Oberflächen besitzt, wobei die freiliegenden Oberflächen des ersten Kunststoffs (11) stromlos metallisiert und mit einer Kupferschicht (10) galvanisch verstärkt sind und wobei auf der zum Anker (4) gewandten Seite der Leiterplatte (8) selektiv galvanisch den festen Kontakt (9) bildendes Material und auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte die Anschlußelemente bildendes Zinn jeweils an den verkupferten Oberflächen abgeschieden sind.
Relais nach Anspruch 3, bei dem die Leiterplatte (8) den Sockel weiterer Relais bildet.
Relais nach Anspruch 3 oder 4, bei dem auf der Leiterplatte als zusätzliche elektrische Komponenten Dioden, Kondensatoren, Widerstände, elektrische Sicherungen oder Treiber vorgesehen sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines Relais nach Anspruch 3, bei dem die Leiterplatte (8) in einem 2-Schuß- Spritzgußverfahren hergestellt wird, wobei im ersten Schuß die Bereiche der Leiterplatte (8) bestehend aus dem ersten Kunststoff (11) geformt werden und im zweiten Schuß die Bereiche der Leiterplatte (8) bestehend aus dem zweiten Kunststoff (12) geformt werden, wobei die Oberfläche des ersten Kunststoffs (11) stromlos metallisiert wird, wobei die metallisierte Oberfläche mit Kupfer (10) galvanisch verstärkt wird und wobei an den verkupferten Oberflächen selektiv galvanisch das Material des festen Kontakts (9) und das die Anschlußelemente (15) bildende Zinn abgeschieden wird.
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