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Dokumentenidentifikation DE19837241C1 27.07.2000
Titel Elektromagnetisches Relais
Anmelder Tyco Electronics Logistics AG, Steinach, CH
Erfinder Hoffmann, Ralf, 12349 Berlin, DE
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Anmeldedatum 17.08.1998
DE-Aktenzeichen 19837241
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2000
IPC-Hauptklasse H01H 50/04
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einem durch eine Erregerspule (1), einen Kern (1a) und einen Anker (2) gebildeten Magnetsystem. Ferner weist ein Kontaktsystem feststehende Kontaktelemente (11, 12) und bewegliche Kontaktelemente (4) auf, welche mit Anschlußelementen (6, 7, 8) versehen sind. In einem Grundkörper (13) sind die Anschlußelemente (6, 7, 8) für die feststehenden und beweglichen Kontaktelemente verankert. Darüber hinaus sind in den Grundkörper (13) Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) für die feststehenden bzw. beweglichen Kontaktelemente eingebettet. Außerdem sind elektronische Schaltungskomponenten (17; 22), durch welche Mittel zur Überwachung bzw. Steuerung des Relaisbetriebszustandes realisiert sind, am Grundkörper (13) angeordnet und über Leiterbahnen mit dem Magnetsystem bzw. dem Kontaktsystem verbunden. Dabei sind die Leiterbahnen durch die Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) für die feststehenden bzw. beweglichen Kontaktelemente gebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit

  • - einer Erregerspule, in welcher ein Kern angeordnet ist,
  • - Wicklungsanschlußelementen,
  • - einem Kontaktsystem, welches feststehende und bewegliche Kontaktelemente aufweist,
  • - Anschlußelementen für die beweglichen und feststehenden Kontaktelemente,
  • - einem mechanisch mit den beweglichen Kontaktelementen gekoppelten Anker,
  • - einem Grundkörper, in welchem die Anschlußelemente für die feststehenden und beweglichen Kontaktelemente verankert sind und in welchen Anschlußbahnen für die feststehenden und/oder beweglichen Kontaktelemente eingebettet sind,
wobei durch die Erregerspule, den Kern und den Anker ein Magnetsystem gebildet ist.

Ein Relais der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 195 20 220 C1 bekannt. Ein Grundkörper aus Isolierstoff mit H-förmigem Querschnitt, welcher sowohl die Spule, den Dauermagneten und die Polschuhe aufnimmt als auch den Sockel übergreift, dient der Trennung des Kontaktraums vom Spulenraum. Zugleich bildet der Grundkörper die Gehäuseseitenwände des Relais. Nach Einsetzen der Spule, des Dauermagneten und der Polschuhe wird der Spulenraum bis zur Oberkante des Grundkörpers mit Vergußmasse ausgefüllt, wodurch das Anbringen eines Gehäusedeckels entfällt. Zur Integration einer elektronischen Schaltung in ein derartiges Relais wurden bislang zusätzliche Leiterplatten für die elektronischen Schaltungskomponenten verwendet. Diese Leiterplatten weisen spezielle Anschlußzonen für Relais auf, an welchen die Anschlußelemente eines Relais angelötet sind. Nachteilig ist hierbei der zusätzliche Aufwand und der notwendige Platzbedarf für die Leiterplatte. Aus US 5 668 698 ist es bekannt, elektronische Schaltungskomponenten auf einem Träger eines Zwischensteckers anzuordnen, welcher sowohl die elektrische als auch die mechanische Verbindung übernimmt. Auch bei dieser Lösung erweist sich der zusätzliche Platzbedarf für den Stecker als nachteilig.

Aus der DE 89 08 257 U1 ist ein Relais bekannt, bei dem eine Diode zwischen einen Spulenanschluß und ein Anschlußelement geschaltet ist. Die Diode ist dabei im Gehäuseboden angeordnet. Dieser Aufbau ist jedoch wenig flexibel. Es besteht nicht die Möglichkeit, verschiedene Beschaltungen der Anschlüsse des Relais aufzubauen.

Weiterhin ist aus der DE 40 05 809 A1 ein Reglerbaustein für die Ansteuerung von Relais bekannt, wobei auf dem Sockel eine integrierte Schaltungsanordnung vorgesehen ist. Der Reglerbaustein ist mit Flachsteckern so ausgeführt, daß er an Stelle eines Relais in einer genormten Steckfassung untergebracht werden kann. Jedoch besteht nicht die Möglichkeit, eine Schaltungsanordnung und ein Relais in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen.

Die DE 36 14 919 C2 offenbart ein Kleinstrelais, bei dem die Aufnahme von zusätzlichen elektronischen Modulen vorgesehen ist. Die Module werden mittels Rastnasen in einer Kammer gehalten. Durch zusätzliche Anschlußstifte, die aus dem Gehäuse hinausführen, ist eine Anschlußmöglichkeit der Module gegeben. Eine Verbindung zwischen den Anschlußstiften des Modules und des Relais erfolgt über eine Leiterplatte, auf der das Relais mit dem Modul angeordnet ist. Zum Betrieb der Anordnung ist somit auf jeden Fall eine zusätzlich Leiterplatte notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Relais zu schaffen, welches zusammen mit zusätzlichen elektronischen Schaltungskomponenten, welche Steuerungs- und Überwachungsfunktionen wahrnehmen, zu einer kompakten Funktionseinheit zu verbinden. Dabei steht eine einfach zu realisierende, kostengünstige elektrische Kontaktierung zwischen den Relaisbauteilen und den elektronischen Schaltungskomponenten im Vordergrund.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß elektronische Schaltungskomponenten, durch welche Mittel zur Überwachung und/oder Steuerung des Relaisbetriebszustandes realisiert sind, am Grundkörper angeordnet und über Leiterbahnen mit dem Magnetsystem und/oder dem Kontaktsystem verbunden sind, wobei die Leiterbahnen durch die Anschlußbahnen für die feststehenden und/oder beweglichen Kontaktelemente gebildet und in der Ebene des Grundkörpers angeordnet sind und im Grundkörper Aussparungen für die elektronischen Schaltungskomponenten vorgesehen sind.

Das erfindungsgemäße Relais stellt eine konstruktive Lösung der Integration einer elektronischen Schaltung in ein elektromagnetisches Relais dar, wobei die stromführenden Bauteile des Relais zusätzlich mit einer elektronischen Komponente, wie einem integrierten Schaltkreis oder einem Halbleiterchip, verbunden sind. Die Anschlußbahnen realisieren damit zusätzlich zu ihrer bisher bekannten Funktion der Stromführung zu den feststehenden Kontaktelementen, den beweglichen Kontaktelementen oder der Erregerwicklung auch die Verschaltung der elektronischen Schaltungskomponenten mit den jeweiligen Relaisbauteilen. Das erfindungsgemäße Relais bietet somit den Vorteil, daß keine zusätzlichen Leiterbahnträger oder Leiterbahnen benötigt werden, um eine elektronische Schaltung in ein Relais zu integrieren.

Im Grundkörper können zusätzliche Anschlußelemente zur Signaleinkopplung verankert sein, welche über die Leiterbahnen mit den elektronischen Schaltungskomponenten verbunden sind. In entsprechender Weise können auch Anschlußelemente zur Signalauskopplung im Grundkörper verankert sein. Die Wicklungsanschlußelemente sind vorzugsweise mit den Leiterbahnen für die elektronischen Schaltungskomponenten verbunden, beispielsweise über Schneid-Klemm-Verbindungen.

Der Grundkörper ist vorzugsweise durch Umspritzung der Anschlußbahnen und Anschlußelemente gebildet. Dabei kann die Umspritzung der Anschlußbahnen sowie der Anschlußelemente Aussparungen für die elektronischen Schaltungskomponenten aufweisen. Dies bietet den Vorteil, daß die elektronischen Schaltungskomponenten erst nach dem Umspritzungsvorgang auf die Anschlußbahnen aufzubringen sind. Insbesondere bei Halbleiterchips wird dadurch eine unnötige Belastung der Bonddrähte durch den umspritzten Kunststoff vermieden. Ferner können die Aussparungen der Umspritzung mit Gießharz verschlossen sein, so daß die elektronischen Schaltungskomponenten darin eingebettet sind.

Die Anschlußbahnen sind vorzugsweise durch Blechstanzteile gebildet. Alternativ ist es möglich, ein Profilband für die Anschlußbahnen zu verwenden. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung sind der Grundkörper und die Anschlußbahnen durch eine metallisierte Kunststoffplatte gebildet.

Die elektronischen Schaltungskomponenten können durch Löten oder Schweißen an den Anschlußbahnen befestigt sein. Ferner ist auch eine Befestigung der elektronischen Schaltungskomponenten mittels Leitkleber möglich. Speziell bei Halbleiterchips ist es vorteilhaft, daß derartige elektronische Schaltungskomponenten durch Drahtbonden an den Anschlußbahnen befestigt sind.

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

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Relais in explosionsartiger Darstellung,

Fig. 2 einen Grundkörper des Relais gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in den Grundkörper gemäß Fig. 2 eingebettete Anschlußbahnen und Anschlußelemente,

Fig. 4 eine alternative Gestaltung der Anschlußbahnen und Anschlußelemente und

Fig. 5 einen durch Umspritzung der Anschlußbahnen und Anschlußelemente gemäß Fig. 4 gebildeten Grundkörper.

Das in Fig. 1 dargestellte Relais weist ein Magnetsystem auf, welches durch eine Erregerspule 1, einen axial in der Erregerspule angeordneten Kern 1a und einen unterhalb der Erregerspule 1 angeordneten schwenkbaren Anker 2 gebildet ist. Der Spulenkörper bildet an seinen Stirnseiten nach unten gerichtete Fortsätze, mit welchen er einen Grundkörper 13 umgreift. Zugleich dienen diese Fortsätze der Kontaktierung zwischen der Erregerwicklung und zwei Wicklungsanschlußelementen 9 und 10. Ferner ist die Erregerspule 1 von einer Umhüllung 5 aus Isolierstoff umgeben, welche ein Gehäuseoberteil bildet. Durch eine unterhalb des Ankers 2 angeordnete und von diesem durch eine Isolierschicht 3 getrennte Kontaktfeder 4 ist ein bewegliches Kontaktelement gebildet, welches mechanisch mit dem Anker 2 gekoppelt ist. Die Kontaktfeder 4 wirkt mit zwei feststehenden Kontaktelementen 11 und 12 am Grundkörper 13 zusammen. Die feststehenden und die beweglichen Kontaktelemente sind über in den Grundkörper 13 eingebettete Anschlußbahnen 14, 14a, 15 und 16 mit Anschlußelementen 6, 7 und 8 für die beweglichen und feststehenden Kontaktelemente verbunden (siehe auch Fig. 2 und 3).

Die feststehenden Kontaktelemente können entweder durch Löten oder durch Schweißen an den Anschlußbahnen befestigt sein. Des weiteren weist die Kontaktfeder 4 einen nach unten zum Grundkörper 13 gerichteten Kontaktierungsarm 27 auf, welcher eine zur Anschlußbahn 15 parallele Auflagefläche bildet und an der Anschlußbahn 15 befestigt ist. Der Grundkörper 13 ist durch Umspritzung der Anschlußbahnen 14, 14a, 15 und 16 sowie der Anschlußelemente 6, 7, 8, 9 und 10 gebildet. Dabei weist der Grundkörper 13 an seiner Oberseite eine spezielle Aussparung 28 für den Kontaktierungsarm 27 der Kontaktfeder 4 auf. Außerdem besitzt der Grundkörper 13 im Bereich der feststehenden Kontaktelemente 11 und 12 entsprechende Ausnehmungen.

Anhand von Fig. 3 sind die in den Grundkörper 13 gemäß Fig. 2 eingebetteten Anschlußbahnen 14, 14a, 15 und 16 zu erkennen. Den Anschlußbahnen 14, 15 und 16 sind dabei die Anschlußelemente 6, 7 und 8 zugeordnet. Zudem sind die Anschlußbahnen 14, 14a, 15 und 16 mit Anschlußelementen 18, 19, 20 und 21 eines integrierten Schaltkreises 17 verbunden, welcher ebenfalls in den Grundkörper 13 gemäß Fig. 2 eingebettet ist. Somit sind durch die Anschlußbahnen 14, 14a, 15 und 16 nicht nur Verbindungselemente zwischen den Kontaktelementen und den Anschlußelementen gebildet, sondern auch Leiterbahnen, welche die Verschaltung des integrierten Schaltkreises 17 mit den Kontaktelementen bzw. den Anschlußelementen herstellen. Die Anschlußbahnen 14, 14a, 15 und 16 sind vorzugsweise als Leadframe ausgebildet, welcher aus einer gemeinsamen Blechplatine ausgestanzt ist. Es ist aber auch möglich, daß die Anschlußbahnen entweder durch ein Profilband oder durch eine metallisierte Kunststoffplatte gebildet sind.

Fig. 4 zeigt eine alternative Gestaltung der Anschlußbahnen, wobei durch die Anschlußbahnen 14, 15 und 16 die Verschaltung zwischen den Anschlußelementen 6, 7 und 8 und drei Anschlußelementen 23, 24 und 25 eines Halbleiterchips 22 hergestellt ist. Jedoch wird der Halbleiterchip 22 aufgrund der Belastung der durch Bonddrähte gebildeten Anschlußelemente 23, 24 und 25durch den umspritzten Kunststoff erst nach dem Umspritzen der Anschlußbahnen 14, 15 und 16 mit diesen verbunden. Deswegen ist am Grundkörper 13, wie anhand von Fig. 5 zu erkennen ist, eine Aussparung für den Halbleiterchip 22 und dessen Bonddrähte 23, 24 und 25 gebildet. Die Aussparung 26 ist an der Unterseite der den Grundkörper 13 bildenden Umspritzung vorgesehen und kann nachträglich durch Gießharz verschlossen werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektromagnetisches Relais mit
    1. - einer Erregerspule (1), in welcher ein Kern (1a) angeordnet ist,
    2. - Wicklungsanschlußelementen (9, 10),
    3. - einem Kontaktsystem, welches feststehende Kontaktelemente (11, 12) und bewegliche Kontaktelemente (4) aufweist,
    4. - Anschlußelementen (6, 7, 8) für die beweglichen und feststehenden Kontaktelemente,
    5. - einem mechanisch mit den beweglichen Kontaktelementen gekoppelten Anker (2),
    6. - einem Grundkörper (13), in welchem die Anschlußelemente (6, 7, 8) für die feststehenden und beweglichen Kontaktelemente verankert sind und in welchen Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) für die feststehenden und/oder beweglichen Kontaktelemente eingebettet sind,wobei durch die Erregerspule (1), den Kern (1a) und den Anker (2) ein Magnetsystem gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Schaltungskomponenten (17; 22), durch welche Mittel zur Überwachung und/oder Steuerung des Relaisbetriebszustandes realisiert sind, am Grundkörper (13) angeordnet und über Leiterbahnen mit dem Magnetsystem und/oder dem Kontaktsystem verbunden sind, wobei die Leiterbahnen durch die Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) für die feststehenden und/oder beweglichen Kontaktelemente gebildet und in der Ebene des Grundkörpers (13) angeordnet sind und im Grundkörper (13) Aussparungen (26) für die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) vorgesehen sind.
  2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper (13) zusätzliche Anschlußelemente zur Signaleinkopplung verankert sind, welche über die Leiterbahnen mit den elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) verbunden sind.
  3. 3. Relais nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper (13) zusätzliche Anschlußelemente zur Signalauskopplung verankert sind, welche über die Leiterbahnen mit den elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) verbunden sind.
  4. 4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanschlußelemente (9, 10) mit den Leiterbahnen für die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) verbunden sind.
  5. 5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanschlußelemente (9, 10) über Schneid-Klemm-Verbindungen mit den Leiterbahnen für die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) verbunden sind.
  6. 6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) durch Umspritzung der Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) und Anschlußelemente (6, 7, 8, 9, 10) gebildet ist.
  7. 7. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) in Gießharz eingebettet sind, durch welches die Aussparungen (26) der Umspritzung verschlossen sind.
  8. 8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) durch Blechstanzteile gebildet sind.
  9. 9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) durch ein Profilband gebildet sind.
  10. 10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) und die Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) durch eine metallisierte Kunststoffplatte gebildet sind.
  11. 11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) durch Löten an den Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) befestigt sind.
  12. 12. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) durch Schweißen an den Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) befestigt sind.
  13. 13. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) mittels Leitkleber an den Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) befestigt sind.
  14. 14. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungskomponenten (17; 22) durch Drahtbonden an den Anschlußbahnen (14, 14a, 15, 16) befestigt sind.






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