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Dokumentenidentifikation DE19727863C1 21.01.1999
Titel Elektromagnetisches Relais
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Dittmann, Michael, Dipl.-Ing., 12207 Berlin, DE;
Hanke, Martin, Dr.rer.nat., 12207 Berlin, DE;
Heinrich, Jens, Dipl.-Phys., 10318 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 30.06.1997
DE-Aktenzeichen 19727863
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1999
IPC-Hauptklasse H01H 50/18
IPC-Nebenklasse H01H 51/22   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, welches einen Grundkörper (1) aus Isolierstoff, einen oberhalb des Grundkörpers (1) angeordneten schwenkbaren Anker (21), eine Kontaktfederanordnung, die über eine Isolierstoff-Umhüllung (27) mit dem Anker (21) fest verbunden ist, eine Spule (3) und einen axial in der Spule (3) angeordneten Kern (31) enthält. Im Bereich der Ankerdrehachse ragen zwei transversale Torsionsfederstege (25) aus der Umhüllung (27) heraus. Die Torsionsfederstege (25) sind mit ihrer Blechebene senkrecht zur Grundebene ausgerichtet, welche durch die Bodenseite des Grundkörpers (1) definiert ist, und jeweils an einem senkrecht zur Grundebene aus dem Grundkörper (1) herausragenden Mittelkontaktanschlußstift (12) befestigt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit

  • - einem Grundkörper aus Isolierstoff, welcher mit seiner Bodenseite eine Grundebene definiert, und in welchen Anschlußbahnen für feststehende Kontaktelemente sowie Anschlußelemente für feststehende und bewegliche Kontaktelemente eingeformt sind,
  • - einem oberhalb des Grundkörpers angeordneten schwenkbaren Anker, dessen Drehachse parallel zur Grundebene verläuft,
  • - einer über eine Isolierstoff-Umhüllung mit dem Anker fest verbundene Kontaktfederanordnung, die entsprechend der Ankerbewegung mit den feststehenden Kontaktelementen des Grundkörpers zusammenwirkt und im Bereich der Ankerdrehachse zwei aus der Umhüllung ragende transversale Torsionsfederstege aufweist, wobei die Kontaktfedern der Kontaktfederanordnung und die Torsionsfederstege aus einer gemeinsamen Platine gefertigt sind,
  • - einer Spule, deren Achse parallel zur Grundebene und senkrecht zur Ankerdrehachse verläuft und deren Wicklungsanschlußelemente senkrecht durch die Grundebene treten, und
  • - einem axial in der Spule angeordneten Kern, an dessen Enden sich zum Anker gerichtete Polschuhe anschließen, welche mit dem Anker mindestens einen Arbeitsluftspalt bilden,

Aus EP 0 197 391 B2 ist ein polarisiertes Relais bekannt, dessen Anker von einem Paar Kontaktfedern getragen ist. Die Kontaktfedern sind zusammen mit dem Anker beweglich und in ihrem mittleren Bereich jeweils mit einem sich transversal erstreckenden Dreharm ausgestattet, welcher fest mit einem Kontaktstück an einem Grundkörper verbunden ist. Dabei sind die Dreharme einstückig an die Kontaktfedern angeformt und stellen elastische Torsionselemente mit begrenzter Deformierbarkeit dar. Jedoch besteht bei waagerecht stehenden Torsionsfederstegen ein Nachteil darin, daß die Torsionsfederstege in nicht zu vernachlässigendem Maß auch Kräften in der Vertikalen ausgesetzt sind, wodurch eine gleichbleibende Genauigkeit der Luftspalte zwischen Anker und Magnet bzw. Fest- und Arbeitskontakten eingeschränkt ist. Ferner sind bei dem aus EP 0 197 391 B2 bekannten Relais die Anschlußlappen der Torsionsfederstege nach unten weggebogen und in einer Ausnehmung am Grundkörper mit Mittelkontaktanschlußstücken verbunden. Hierdurch ist eine schlechtere Zugänglichkeit zu den Befestigungspunkten der Anschlußlappen der Torsionsfederstege an den Mittelkontaktanschlußstücken gegeben, wodurch eine einfache und genaue Justierung erschwert ist.

In DE 43 09 618 A1 ist ein polarisiertes elektromagnetisches Relais beschrieben, welches einen Sockel mit feststehenden Gegenkontaktelementen, eine Spule, einen Dauermagneten sowie einen zwischen Sockel und Spule angeordneten Wippanker umfaßt. Der Wippanker ist mit beweglichen Kontaktelementen verbunden und über senkrecht zur Sockelgrundebene stehende Lagerbänder am Sockel gelagert. Die Lagerbänder dienen dabei zugleich als Anschlüsse für die beweglichen Kontaktelemente. Die Befestigung zwischen den Lagerbändern und als Anschlußelemente ausgebildeten Lagerstutzen des Sockels erfolgt an einer senkrecht zur Sockelgrundebene verlaufenden Ebene, wobei die Lagerbänder mit bogenförmigen Abschnitten in diese senkrechte Ebene abgeknickt sind.

Aus DE 195 20 220 C1 ist ein polarisiertes elektromagnetisches Relais bekannt, welches einen zwischen einem Sockel und einer Spule angeordneten Wippanker besitzt. Der Wippanker wird durch einen Dauermagneten jeweils in eine von zwei Schaltpositionen gezogen. Im Sockel sind Festkontakte verankert, welche mit beweglichen Kontaktfedern zusammenwirken. Die Kontaktfedern sind außerdem mit dem Dauermagneten verbunden. Ein Grundkörper mit H-förmigen Querschnitt, welcher den Sockel schachtelförmig übergreift, dient der Stabilisierung der Konstruktion sowie der Trennung zwischen einem Kontaktraum und einem Spulenraum. Der Spulenraum ist zur Erhöhung mechanischen Stabilität des Relais mit Vergußmasse gefüllt.

Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer zuverlässigen und verschleißarmen Ankerlagerung für ein Relais der eingangs genannten Art, so daß eine höhere Genauigkeit der Ankerbewegung gewährleistet ist, um die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Relais zu erhöhen. Weitere Zielsetzungen betreffen die Miniaturisierung der Bauform und die Reduktion der Anzahl notwendiger Relaisbauteile. Daneben wird eine einfache und schnelle Ausrichtbarkeit der Anker-Feder-Baugruppe in vertikaler Richtung relativ zu den Festkontakten und den Polschuhen angestrebt, wodurch bei der Montage die Einstellung von Kontaktdruck, Ankerhub und Ansprechspannung erleichtert ist. Des weiteren gilt es, den Anker in einer möglichst unverrückbaren Position relativ zu den Festkontakten und den übrigen Elementen des Magnetsystems zu lagern, um sowohl eine hohe Stoßfestigkeit als konstantbleibende Einstellungen der Relaiskennwerte, wie Ankerhub, Kontaktdruck und Ansprechspannung, zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Torsionsfederstege mit ihrer Blechebene senkrecht zur Grundebene ausgerichtet und jeweils an einem senkrecht zur Grundebene aus dem Grundkörper herausragenden Mittelkontaktanschlußstift befestigt sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung schließen sich an den freien Enden der Torsionsfederstege rechtwinklig aus deren Blechebene abgebogene Verbindungsflächen an. Diese Verbindungsflächen sind einstückig an die Torsionsfederstege angeformt und liegen an Verbindungsflächen der Mittelkontaktanschlußstifte an. Dabei sind die Torsionsfederstege im Bereich der Anschlußflächen an ihren freien Enden rechtwinklig umgebogen und verbreitert ausgeführt. Dies trägt zu einer guten Zugänglichkeit der Befestigungspunkte und zu erweiterten Justierungsmöglichkeiten der Anker-Feder-Baugruppe bei. Die Befestigung der Verbindungsflächen an den Mittelkontaktanschlußstiften erfolgt vorzugsweise durch Widerstandsschweißung oder Laserschweißung. Durch die vertikalen, zueinander ausgerichteten Verbindungsflächen ist die Anker-Feder-Baugruppe bei der Montage von oben in den Grundkörper oder in einen Sockel einsetzbar. Nach Erreichen eines gewünschten Kontaktabstandes wird die Anker-Feder-Baugruppe am Grundkörper bzw. Sockel befestigt.

Bei einer polarisierten Ausführungsform des Relais mit mindestens einem zwischen den Polschuhen parallel zur Spulenachse angeordneten Permanentmagneten, der an den Enden der Polschuhe eine gleichnamige Polarisierung erzeugt, läßt sich durch Befestigung der Anker-Feder-Baugruppe in einer bereits ausgelenkten Position auf mechanische Weise gezielt ein monostabiles Verhalten des Relais voreinstellen. Dies ist beispielsweise möglich durch die Wahl eines kleineren Kontaktabstandes an den Öffnerkontakten als an den Schließerkontakten.

In einer weiteren Ausgestaltung umgreifen die Torsionsfederstege und die sich daran anschließenden Verbindungsflächen die Kontaktanschlußstifte, wodurch eine günstigere Position für die Anbringung von Schweißpunkten an den Verbindungsflächen der Torsionsfederstege und Mittelkontaktanschlußstifte gegeben ist. Der Anker ist vorzugsweise über deformierbare, vertikal stehende Zapfen der Umhüllung der Kontaktfederanordnung mit den Kontaktfedern und der Umhüllung zu einer Anker- Feder-Baugruppe verbunden. Der Anker ist auf die Zapfen der Umhüllung aufsteckbar. Durch Deformation der Zapfen ist der Anker fest mit der Umhüllung und den Kontaktfedern verbunden. In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Anker im Bereich der Ankerlagerung einen parallel zu Ankerdrehachse ausgebildeten Lagersteg auf. Hierdurch ist der magnetische Widerstand zwischen dem Anker und benachbarten Elementen des Magnetsystems reduziert, woraus sich eine Reduktion der Verluste im Magnetkreis ergibt. Somit ist eine weitere Reduktion der Leistungsaufnahme des Relais möglich.

Im Sinne einer Verringerung der Anzahl erforderlicher Relaisbauteile sind die Anschlußbahnen für die feststehenden Kontaktelemente aus einer gemeinsamen Platine gefertigt, wobei die zugehörigen Anschlußelemente durch senkrecht abgebogene Anschlußlappen der Platine gebildet sind. Des weiteren ist durch den Grundkörper ein Sockel des Relais gebildet, welcher die Anker-Feder-Baugruppe aufnimmt, wobei die Spule oberhalb des Sockels in einer Isolierstoffumhüllung angeordnet ist. Durch die Umhüllung der Spule, einen über den Sockel geschobenen Rahmen und die Bodenseite des Sockels ist ein kompaktes Relaisgehäuse gebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Relais in teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen Sockel und eine Anker-Feder-Baugruppe des Relais gemäß Fig. 1 in explosionsartiger Darstellung,

Fig. 3 eine Kontaktfederanordnung und Mittelkontaktanschlüsse des Relais gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 die Kontaktfederanordnung mit zugehöriger Umhüllung.

In Fig. 1 ist ein Relais zu sehen, dessen Gehäuse durch die Bodenseite eines Grundkörpers 1 bzw. Sockels, einen über den Grundkörper 1 geschobenen Rahmen 5 und eine Spulenumhüllung 6 gebildet ist. Durch die Bodenseite des Sockels als Grundebene des Relais treten Wicklungsanschlußelemente 34 und Kontaktanschlußelemente 11 hindurch. Die Wicklungsanschlußelemente 34 sind in den Grundkörper 1 umgreifende Flanschfortsätze eines Spulenkörpers eingebettet. Oberhalb des Grundkörpers 1 und unterhalb einer Spule 3 ist eine Anker-Feder-Baugruppe 2 (siehe auch Fig. 2) angeordnet, bestehend aus einem Anker 21 und zwei Kontaktfedern 23, welche von einer Isolierstoffumhüllung 27 umgeben sind. Bandförmige Torsionsfederstege 25, deren Blechebene senkrecht zur Grundebene ausgerichtet ist, ragen seitlich aus der Federumhüllung 27 heraus. An die Torsionsfederstege 25 schließen sich einstückig angeformte Verbindungsflächen 26 an, welche rechtwinklig aus der Blechebene der Torsionsfederstege 25 abgebogen sind. Die Torsionsfederstege 25 und die Verbindungsflächen 26 bilden Arme, welche die Mittelkontaktanschlußstifte 12 umgreifen. Die Mittelkontaktanschlußstifte 12 besitzen ihrerseits ebenfalls an den Verbindungsflächen 26 der Torsionsfederstege 25 anliegende Verbindungsflächen 13 (siehe dazu Fig. 2 und Fig. 3). Die Befestigung der Verbindungsflächen 26 an den Verbindungsflächen 13 der Mittelkontaktanschlußstifte 12 erfolgt mittels Schweißen.

Um den magnetischen Widerstand zwischen Anker 21 und einem darüber zwischen zwei Polschuhen 32 angeordneten Permanentmagneten 33 zu reduzieren, ist am Anker 21 im Bereich der Ankerdrehachse ein transversaler Lagersteg 22 ausgebildet. Der Permanentmagnet 33 erzeugt an den Enden der Polschuhe 32, welche sich senkrecht nach unten weisend an den freien Enden eines axial in der Spule 3 angeordneten Kerns 31 anschließen, eine gleichnamige Polarisierung, wodurch zwei bistabile Arbeitsstellungen des Ankers 21 möglich sind. Durch eine entsprechende schräge Ausrichtung der Anker-Feder-Baugruppe 2 (siehe auch Fig. 2) kann monostabiles Verhalten für das Relais erzielt werden.

In den aus Isolierstoff bestehenden Sockel 4 sind aus einer gemeinsamen Platine gefertigte Anschlußbahnen 14 für Festkontakte 16 eingebettet. Die Festkontakte 16 sind auf die Anschlußbahnen 14 aufgeschweißt (Fig. 1). Die Kontaktanschlußelemente sind durch nach unten abgebogene Anschlußlappen 15 (siehe auch Fig. 3) der gemeinsamen Platine für die Anschlußbahnen 14 gebildet. Entsprechendes gilt für die Mittelkontaktanschlüsse, welche ebenfalls durch abgebogene Anschlußlappen der Anschlußbahnen 14 gebildet sind (Fig. 3). Die Mittelkontaktanschlußstifte 12 sind durch nach oben weggebogene Anschlußlappen gebildet, während die Anschlußelemente 11 der Mittelkontakte nach unten weggebogen sind und durch die Bodenseite des Sockels 4 hindurchragen.

Anhand der Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß die Anker- Feder-Baugruppe 2 zwei voneinander getrennte, parallel verlaufende Kontaktfedern 23 enthält, die an ihren Enden aufgeschweißte Schaltkontakte tragen. Die Kontaktfedern 23 sind aus einer gemeinsamen Platine vorgefertigt und durch eine Isolierstoffumhüllung 27 umgeben. Da die Verbindungsfächen 26 der Torsionsstege 25 und die Verbindungsfächen 13 der Mittelkontaktanschlußstifte 12 in einer Ebene senkrecht zur Grundebene aneinander anliegen, ist die Anker-Feder-Baugruppe 2 bei der Montage von oben in den Sockel 4 einsetzbar. Bei Erreichen eines gewünschten Kontaktabstandes werden die Verbindungsfächen 26 an die Verbindungsfächen 13 der Mittelkontaktanschlußstifte 12 angeschweißt. Die Federumhüllung 27 weist senkrecht nach oben stehende deformierbare Befestigungszapfen 28 auf, auf welche der Anker 21 aufgesteckt ist. Durch Verformen dieser Befestigungszapfen 28 ist der Anker 21 mit den Kontaktfedern 23 und der Federumhüllung 27 zu einer Anker-Feder-Baugruppe 2 fest verbunden. Ferner sind die Kontaktfedern 23 an ihren freien Enden geschlitzt, wodurch deren Biegsamkeit erhöht ist.

Die Bildung der vertikal stehenden Torsionsfederstege 25 wird durch Fig. 3 veranschaulicht. Die Blattfedern 23 weisen in ihrem Mittelbereich parallel verlaufende Seitenarme auf, an deren freien Enden sich jeweils ein rechtwinklig nach außen geführter Torsionsfedersteg 25 anschließt. Die Torsionsfederstege 25 sind nach oben umgebogen, wodurch die zur Grundebene senkrechte Ausrichtung ihrer Blechebene hergestellt ist. Um zu vermeiden, daß die Torsionsfederstege 25 im Übergangsbereich zwischen den Seitenarmen 24 und den Torsionsfederstegen 25 lediglich auf Biegung beansprucht sind, sind die Kontaktfedern 23 in ihrem Mittelbereich soweit mit einer Umhüllung 27 umgeben, daß lediglich die freien Endabschnitte der Kontaktfedern 23 und die vertikal stehenden Torsionsfederstege 25 aus der Umhüllung 27 herausragen (siehe dazu Fig. 4).

Da die blattfederartigen Federstege 25 Torsionsbelastungen ausgesetzt sind, ist auf diese Weise unabhängig von der Dicke der Kontaktfedern 23 eine höhere Federrate erreichbar als mit auf Biegung beanspruchten Federstegen. Aufgrund der hohen Steifigkeit der Torsionsfederstege 25 in der Vertikalen ist ein weitestgehend konstanter Abstand zwischen dem Anker 21 und dem Permanentmagneten 33 gegeben. Insbesondere ergibt sich durch die senkrecht stehenden Torsionsfederstege 25 eine sehr hohe Stoßfestigkeit des Relais.

Des weiteren läßt sich durch die gute Zugänglichkeit des Befestigungspunktes der Torsionsfederstege 25 an den Mittelkontaktanschlußstiften 12 bei der Montage schnell und einfach der gewünschte Kontaktabstand einstellen. Darüber hinaus ist bei der Montage der gewünschte Ankerhub dadurch auf einfache Weise einstellbar, daß die Spule 3 mit dem Permanentmagneten 33 auf die Sockelbaugruppe schiebbar ist, bis der gewünschte Ankerhub eingestellt ist. Dabei klemmt die Spule 3 mit nach unten gerichteten Flanschfortsätzen des Spulenkörpers auf dem Sockel 4.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektromagnetisches Relais mit
    1. 1. einem Grundkörper (1) aus Isolierstoff, welcher mit seiner Bodenseite eine Grundebene definiert, und in welchen Anschlußbahnen (14) für feststehende Kontaktelemente (16) sowie Anschlußelemente (11) für feststehende (16) und bewegliche Kontaktelemente (23) eingeformt sind,
    2. 2. einem oberhalb des Grundkörpers (1) angeordneten schwenkbaren Anker (21), dessen Drehachse parallel zur Grundebene verläuft,
    3. 3. einer über eine Isolierstoff-Umhüllung (27) mit dem Anker (21) fest verbundene Kontaktfederanordnung, die entsprechend der Ankerbewegung mit den feststehenden Kontaktelementen (16) des Grundkörpers (1) zusammenwirkt und im Bereich der Ankerdrehachse zwei aus der Umhüllung (27) ragende transversale Torsionsfederstege (25) aufweist, wobei die Kontaktfedern (23) der Kontaktfederanordnung und die Torsionsfederstege (25) aus einer gemeinsamen Platine gefertigt sind,
    4. 4. einer Spule (3), deren Achse parallel zur Grundebene und senkrecht zur Ankerdrehachse verläuft und deren Wicklungsanschlußelemente (34) senkrecht durch die Grundebene treten, und
    5. 5. einem axial in der Spule (3) angeordneten Kern (31), an dessen Enden sich zum Anker (21) gerichtete Polschuhe (32) anschließen, welche mit dem Anker (21) mindestens einen Arbeitsluftspalt bilden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfederstege (25) mit ihrer Blechebene senkrecht zur Grundebene ausgerichtet und jeweils an einem senkrecht zur Grundebene aus dem Grundkörper (1) herausragenden Mittelkontaktanschlußstift (12) befestigt sind.
  2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den freien Enden der Torsionsfederstege (25) rechtwinklig aus deren Blechebene abgebogene Verbindungsflächen (26) anschließen, welche einstückig an die Torsionsfederstege (25) angeformt sind und an Verbindungsflächen (13) der Mittelkontaktanschlußstifte (12) anliegen.
  3. 3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfederstege (25) und die sich daran anschließenden Verbindungsflächen (26) die Mittelkontaktanschlußstifte (12) umgreifen.
  4. 4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (21) über vertikal stehende Zapfen (28) der Umhüllung (27) mit den Kontaktfedern (23) und der Umhüllung (27) zu einer Anker-Feder-Baugruppe (2) verbunden ist.
  5. 5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (21) im Bereich der Ankerlagerung einen parallel zur Ankerdrehachse ausgebildeten Lagersteg (22) aufweist.
  6. 6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbahnen (14) für die feststehenden Kontaktelemente (16) aus einer gemeinsamen Platine gefertigt sind, und daß die Anschlußelemente (11) durch senkrecht abgebogene Anschlußlappen (15) der Platine gebildet sind.
  7. 7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein stabförmiger Permanentmagnet (33), welcher parallel zur Spulenachse zwischen den Polschuhen (32) angeordnet ist, an den Enden der Polschuhe (22) eine gleichnamige Polarisierung erzeugt.
  8. 8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Grundkörper (1) ein Sockel (4) des Relais gebildet ist, welcher die Anker-Feder-Baugruppe (2) aufnimmt, daß die Spule (3) oberhalb des Sockels angeordnet und von einer Isolierstoff-Umhüllung (6) umgeben ist, und daß ein über den Sockel (4) geschobener Rahmen (5) mit der Umhüllung (6) der Spule (3) ein Gehäuse für das Relais bildet.






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