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Elektromagnetisches Relais
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Relais mit zumindest einem den magnetischen
Wirkfluss führenden Kontakt, der zumindest einen gleichzeitig als elektrischer Leiter dienenden Kern und einen ebenfalls gleichzeitig als elektrischer Leiter dienenden Anker besitzt. Sie bezweckt die Schaffung eines aus einfachen Einzelteilen bestehenden Relais, das sich durch einen einfachen Aufbau, der das Relais insbesondere auch für eine automatische Fertigung geeignet macht, auszeichnet.
Erreicht wird dieser Zweck dadurch, dass der oder die vorzugsweise stiftartig ausgebildeten Kerne in einer mit ihren Oberflächen Bezugsebenen für den Aufbau aller übrigen Relaisteile bildenden Platte, senkrecht zu deren Ebene stehend, eingesetzt sind.
Die zum Aufbau des Relais verwendeten Einzelteile sind unkomplizierte, einfach herzustellende Bauteile. Die Verbindung zwischen der Platte und zumindest einem Kern lässt sich besonders deswegen vorteilhaft einfach in einem automatischen Fertigungsablauf vornehmen, weil in den Plattenoberflächen genaue Bezugsfläche zur Verfügung stehen, auf die somit die gegenseitige Lage der Bauteile mit grosser Genauigkeit bezogen werden kann. Das gilt auch für den als elektrischer Leiter dienenden Anker, durch dessen genaue Lage zu dem einen Kontakt mit ihm bildenden Kern und zur Platte gleichzeitig der erforderliche Kontaktabstand in einem automatischen Fertigungsablauf einwandfrei eingestellt werden kann.
Der Anker wird zweckmässig als flacher Bauteil ausgebildet. In für die Festlegung des Ankers besonders vorteilhafter Weise wird dieser im wesentlichen parallel zur Platte liegend angeordnet. Es wird damit gleichzeitig eine gedrängte Bauweise für das Relais erreicht.
Bei einem im wesentlichen parallel zur Platte liegenden Anker werden die Kerne vorteilhaft so in der Platte eingesetzt, dass sie auf der Seite, an der der Anker liegt, nicht oder nur wenig aus der Platte herausragen, was den gedrängten Aufbau des Relais weiter unterstützt.
Die Platte kann aus Isolierstoff, beispielsweise aus Keramik bestehen. Besonders vorteilhaft ist es aber, insbesondere für die Fertigung des Relais, eine Metallplatte zu verwenden. Bei einer solchen Platte handelt es sich um einen sehr robusten Bauteil, der in automatischen Fertigungsvorgängen einer relativ hohen Beanspruchung unterworfen werden kann, ohne die genaue Masshaltigkeit zu verlieren und dessen in den Oberflächen zur Verfügung stehende Bezugsfläche für den Aufbau des Relais mit grösster Genauigkeit definiert werden können.
Für die Festlegung der Kerne in der Platte können pfropfenförmige Körper aus Glas oder Werkstoffen ähnlicher Eigenschaften verwendet werden. Die Kerne können dann mit Vorteil in der sogenannten Druckglaseinschmelztechnik befestigt werden. Die Verbindung zwischen der Platte und den Kernen kann somit auf einfache Weise gasdicht ausgeführt werden, was sich für einen weitergehenden Aufbau des Relais, wie später näher erläutert, vorteilhaft auswirkt. Bei Verwendung einer Metallplatte hat die erwähnte Festlegung auch den Vorteil einer einwandfreien elektrischen Isolation zwischen Kernen und Platte. Weiterhin sind die Einschmelzungen mit Hilfe von pfropfenförmigen Körpern aus Glas oder Werkstoffen ähnlicher Eigenschaften sehr robust.
Das wirkt sich insbesondere auch bei einer eventuellen Beanspruchung der zusammengesetzten Bauteile bei automatischen Fertigungsvorgängen sehr vorteilhaft aus.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass es an sich bekannt ist, Kerne eines elektromagnetischen Relais in Druckglaseinschmelzung festzulegen. Bei einer bekannten Anordnung hat man Kerne mit Hilfe dieser Technik in einer Hülse eingesetzt. Bei dieser Hülse handelt es sich einmal um einen Bauteil, der nur in
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wesentlich mehr Aufwand erfordernden Verfahren hergestellt werden kann als eine erfindungsgemäss ver- wendete Platte. Weiterhin bietet diese Hülse nicht die durch die Platte gegebenen günstigen Bezugsflä- chen für den Aufbau des Relais. Beim bekannten Relais sind weiterhin umfangreiche vom Anker gesteuerte
Kontaktvorrichtungen angeordnet, die einen grossen Raumbedarf für das Relais bedingen.
Bei der Festlegung der Kerne in der Platte mit Hilfe von pfropfenförmigen Körpern aus Glas oder
Werkstoffen ähnlicher Eigenschaften werden die Kerne zweckmässig an dem in die Platte eingesetzten
Ende verbreitert ausgeführt. Es wird dadurch die Fertigung vereinfacht. Bei den Einschmelzungen der an- gegebenen Art werden nämlich ringförmige Körper aus Glas auf die Kerne aufgeschoben und umfassen diese in dem in einem Durchbruch der Platte liegenden Bereich. Durch Erhitzen wird dann die Verbindung zwischen den Bauteilen hergestellt.
Die Verbreiterung sichert eine genaue Lage der ringförmigen Glas- teile am Kern und hat zum andern den Vorteil, dass kein Glas im flüssigen Zustand auf das freie Kernende oder die dieses umgebende Oberfläche der Platte verlaufen kann und somit Verunreinigungen herbeiführt, die später entfernt werden müssten, besonders deshalb, weil das freie Kernende zusammen mit dem Anker einen Kontakt des erfindungsgemäss aufgebauten Relais bildet.
Es wird seit längerer Zeit immer mehr die Forderung gestellt, dass der Anker, insbesondere dann, wenn er gleichzeitig als elektrischer Leiter ausgenutzt wird, in einem abgeschlossenen Raum untergebracht werden soll. Ein solcher abgeschlossener Raum lässt sich nun beim erfindungsgemäss aufgebauten Relais sehr einfach dadurch schaffen, dass auf die Platte ein Deckel aufgesetzt wird, der zusammen mit der
Platte den erwähnten Raum für den Anker abschliesst. Es kann die Platte beispielsweise mit hochgezoge- nen Rändern versehen sein, auf welche ein ebener Deckel aufgesetzt wird. Zweckmässig wird man aber die Platte völlig eben ausbilden und den Deckel mit umgebogenen Rändern auf die Platte aufsetzen. Der erwähnte Deckel kann lösbar mit der Platte verbunden sein.
Vorteilhaft wird aber eine feste Verbindung zwischen Deckel und Platte gewählt, die sich in automatischer Fertigung ohne Schwierigkeiten herstellen lässt, beispielsweise so, dass bei einer metallenen Platte ein metallener Deckel mit der Platte verschweisst oder verlötet wird.
Die Verbindung des Deckels mit der Platte wird vorteilhaft hermetisch dicht ausgeführt, so dass der Anker in einem evakuierten oder auch mit einem Schutzgas gefüllten Raum untergebracht werden kann. Eine solch hermetisch dichte Verbindung lässt sich durch Verschweissen oder Verlöten von Deckel und Platte ohne Aufwand verwirklichen. Am Deckel können dann in bekannter Weise Absaugstutzen vorgesehen werden, die zum Evakuieren und Füllen des abgeschlossenen Raumes mit Schutzgas verwendet und dann abgedichtet werden können. Die Kerne müssen bei einem solchen Relais natürlich gasdicht durch die Platte hindurchgeführt sein.
Der Deckel kann mit einem flanschartig umlaufenden Ansatz versehen sein, mit welchem er auf der Randzone der Platte aufliegt. Eine solche Ausbildung des Deckels ist insbesondere für eine Verschweissung von Deckel und Platte, aber auch für ein Zusammenlöten dieser beiden Bauteile vorteilhaft, weil die beiden Bauteile mit realtiv grossen Flächen sicher aufeinanderliegen. Zweckmässig werden insbesondere mit Rücksicht auf eine in einem automatischen Arbeitsvorgang erfolgende Verbindung zwischen Deckel und Platte Führungen an den beiden Bauteilen vorgesehen, welche ihre Lage zueinander festlegen. In einfacher Weise lässt sich eine solche Führung dadurch verwirklichen, dass die Platte in ihrer Randzone mit einer umlaufenden Vertiefung vorgesehen wird, in der der Deckel mit seiner Randzone, beispielsweise mit dem erwähnten Flansch, anliegt.
Die mit dem Anker zusammenarbeitende Kernfläche wird vorteilhaft ballig ausgebildet. Es wird so erreicht, dass der im wesentlichen flach ausgebildete Anker unabhängig von seiner Winkelstellung zum Kern mit diesem eine praktisch konstante, elektrisch genau definierte Kontaktfläche bildet, ohne dass den Aufbau des Relais verteuernde Justierarbeiten vorgenommen werden müssten.
Auf den an der dem Anker abgewandten Seite der Platte von dieser freiliegenden Teil zumindest eines Kernes wird zumindest eine Magnetisierungswicklung für das Relais aufgesetzt. Diese Anordnung ermöglicht eine sehr einfache Bestückung des Relais mit Wicklungen, die ohne Schwierigkeiten auch in einem automatischen Arbeitsvorgang ausgeführt werden kann.
Bei mehreren in die Platte eingesetzten Kernen werden diese durch eine parallel zur Platte verlaufende magnetisierbare Jochplatte miteinander verbunden. Diese Jochplatte kann mit Lochungen versehen sein, in welche die Kerne eingreifen, wobei für eine elektrische Isolierung der Bauteile gegeneinander Sorge getragen werden muss.
In sehr einfacher Ausführungsform lässt sich das Relais nur mit einem einzigen in eine metallische Platte eingesetzten Kern aufbauen, wobei der Anker zwischen der Platte und dem Kern Kontakt gibt. Bei einer ebenso einfachen Ausführungsform, bei der ein metallischer Deckel verwendet wird, kann der Anker
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zwischen dem Deckel und dem einzigen Kern, der in die Platte eingesetzt ist, Kontakt geben. Ein wie eben beschrieben aufgebautes Relais lässt sich einmal mit einem sehr geringen Raumbedarf ausführen, da überhaupt keine eigenen Koniakt einrichtungen mehr erforderlich sind.
Bei Ausbildung des Relais mit einem hermetisch dicht abgeschlossenen Raum für den Anker wird dadurch ein grosser Vorteil erreicht, dass der abgeschlossene Raum nur eine einzige Durchführung, nämlich die für den einen Kern, besitzt und somit die Anzahl der Stellen, an denen eine Undichtheit auftreten könnte, auf die geringst mögliche
Zahl reduziert ist.
Der Anker wird zweckmässig über eine Feder gelagert. Bei den zuletzt beschriebenen zwei einfachen
Ausführungsformen des erfindungsgemässen Relais lässt sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
Anker und Platte oder Deckel auf einfache Weise durch diese Feder herstellen, die elektrisch leitend mit der Platte bzw. dem Deckel verbunden wird, z. B. dadurch, dass die Feder an Deckel oder Platte ange- schweisst wird.
Wenn bei nur einem einzigen in eine metallische PlatteeingesetztenKern eineKontaktgabezwischen der Platte und dem eingesetzten Kern durch den Anker erfolgen soll, kann das auch so geschehen, dass der
Anker Kern und Platte in seiner angezogenen Stellung durch Berühren beider Bauteile direkt miteinander verbindet. Eine elektrische Verbindung zwischen Anker und Platte kann natürlich auch dann noch zusätz- lich durch die Ankerfeder vorgenommen werden. Wenn der Anker die Platte und den Kern direkt verbin- det, werden diese Bauteile zweckmässig so zueinander angeordnet, dass die mit dem Anker zusammen- arbeitende Kernfläche mit der sie umgebenden Plattenoberfläche in einer Ebene liegt.
Es hat das aber nicht nur Vorteile im besprochenen Zusammenhang, sondern auch bezüglich der Fertigung des Relais, d. h. hier, der Verbindung zwischen Kern und Platte. Die erwähnte Lage des Kerns in der Platte lässt sich unter Verwendung eines ebenen Anschlages, an dem Plattenoberfläche und Kern zur Anlage kommen, in einem automatischen Arbeitsvorgang ohne Schwierigkeiten durchführen.
Zur Erzielung einesDoppelkontaktes und damit also zur Verbesserung der Kontaktgabe wird der Anker aus zwei voneinander unabhängigen nebeneinander liegenden Teilen gebildet, die vorzugsweise an Ansätzen einer Feder befestigt sind. Zu einer genauen Bestimmung der Ruhelage des Ankers wird zweckmässig am Deckel ein in den abgeschlossenen Raum hineinragender Ansatz vorgesehen, an welchem der Anker in seiner Ruhelage anschlägt.
An einem solchen Deckel kann die Haltefeder des Ankers beispielsweise angeschweisst sein. Es sollen nun an einem Relais, das mit einem solchen Deckel ausgerüstet ist, die besonderen Vorteile, die das erfindungsgemässe Relais in einem besonderen Masse für eine automatische Fertigung geeignet machen, kurz erläutert werden. In der Plattenoberfläche, auf welcher der Deckel aufsitzt, steht eine genaue Bezugsfläche zur Verfügung. Wenn die Ankerfeder am Deckel angeschweisst ist, legt sich der Anker an den erwähnten Ansatz des Deckels an. Die Feder kann völlig eben ohne Vorspannung verwendet werden.
Es sind dann also zwei Bauteile, einerseits die Platte mit dem eingesetzten Kern, dessen mit dem Anker zusammenarbeitende Fläche eine genaue relative Lage zur Plattenoberfläche besitzt, beispielsweise mit dieser in einer Ebene liegt, und der Deckel mit dem von ihm getragenen Anker miteinander zu verbinden. Wenn diese beiden Bauteile miteinander verbunden sind, hängt die wichtigste Grösse des Relais, nämlich der Abstand Kern-Anker, das ist hier gleichzeitig der Kontaktabstand, nur noch von einem einzigen Mass, das ist der Abstand des parallel zur Platte liegenden Deckelteiles von der Platte ab. Dieses Mass lässt sich nun beispielsweise bei einer Ausbildung des Deckels mit umgebogenen Rändern, die auf der Platte aufsitzen, bei der Ausbildung des Deckels mit sehr grosser Genauigkeit einhalten.
Bei einer Verbindung der beiden erwähnten Bauteile miteinander wird also ohne weiteres der Abstand Kern-Anker mit der erforderlichen grossen Genauigkeit eingestellt.
Der Ansatz des Deckels kann in einfacher Weise als Einprägung desselben ausgebildet sein, deren Tiefe mit grösster Genauigkeit einem vorher bestimmten Mass entsprechend gehalten werden kann.
Der Ansatz kann aber auch durch einen vorzugsweise gasdicht durch den Deckel hindurchgeführten elektrisch leitfähigen Stift gebildet sein, was die Möglichkeit bietet, diesen Stift mit dem Anker zusammen als Ruhekontakt für das Relais zu verwenden. Man kann aber auch den Stift aus magnetisierbarem Material herstellen und einen Deckel verwenden, der aus nicht magnetisierbarem Material, beispielsweise Messing, besteht. Es ergibt sich hier wieder die Möglichkeit der Anordnung eines Ruhekontaktes und daruberhinaus der Vorteil, dass der Anker, wenn auf den erwähnten Stift zumindest eine Wicklung aufgesetzt wird, auch über diese weitere Wicklung gesteuert werden kann.
Beim Aufbau eines Relais mit nur einem in die Platte eingesetzten Kern lassen sich die Verhältnisse bezüglich der Flussführung dadurch verbessern, dass parallel zu dem die Erregerwicklung tragenden Teil des Kerns verlaufend zumindest ein Flussleitstück angeordnet wird, das durch eine parallel zur Platte ver-
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laufende magnetisierbare Jochplatte mit dem Kern verbunden wird. Das Flussleitstück und die Jochplatte können einstückig, beispielsweise auch in Form eines die Erregerwicklung umschliessenden Topfes, aus- gebildet sein.
Es wurde schon im Vorhergehenden erwähnt, dass eine parallel zur Platte verlaufende Jochplatte mit
Lochungen versehen sein kann, welche von den Kernen durchstossen wird. Vorteilhaft ragen die freien
Kernenden durch Ausnehmungen der Jochplatte so hindurch, dass sie als Kontaktanschlüsse benutzt werden können. Man kann so das Relais beispielsweise durch Einstecken in Lochungen einer gedruckten Schal- tungsplatte mit der von dieser getragenen Schaltung in Verbindung bringen und durch Verlöten der Kern- enden mit der Schaltung gleichzeitig das Relais in der Platte befestigen. Der gedrängte Aufbau des Relais, das damit sehr leicht wird, lässt eine derartige. Halterung als völlig ausreichend zu und macht somit eigene normalerweise an einem Relais vorgesehene Befestigungsmittel überflüssig.
Im folgenden sei die Erfindung anHand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 im Schnitt ein erfindungsgemäss ausgebildetes Relais mit nur einem in eine
Platte eingesetzten Kern und einem auf die Platte aufgesetzten einen Raum für den Anker abschliessen- den Deckel, Fig. 2 eine Innenansicht des Deckels, Fig. 3 im Schnitt ein im wesentlichen nach Fig. 1 aufgebautes Relais mit einem durch den Deckel geführten Stift als Anschlag für den Anker und Fig. 4 im
Schnitt ein erfindungsgemäss mit zwei Kernen aufgebautes Relais.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist in eine metallische Platte 1 mit Hilfe eines pfropfenförmigen
Körpers 3 aus Glas oder ähnlichen Werkstoffen ein Kern 2 gasdicht eingesetzt. Der Kern ist so in die Plat- te eingesetzt, dass sein oberes Ende 4 mit der oberen Plattenfläche in einer Ebene liegt. Das erwähnte
Ende 4 des Kerns ist ballig ausgebildet. Auf die Platte ist ein Deckel 10 aufgesetzt, der mit einem am abgebogenen Rand des Deckels befindlichen flanschartigen Ansatz 11 ausgerüstet ist. Mit diesem Ansatz
11 liegt der Deckel in einer an der Oberseite der Platte an deren Randzone vorgesehenen Vertiefung an.
Durch den Ansatz 11 und diese Vertiefung wird die genaue Lage desDeckels auf der Platte bestimmt.
Der Deckel besteht aus Metall und ist mit der Platte hermetisch dicht verschweisst.
Der dem Relais zugeordnete Anker ist mit 13 bezeichnet. Er ist über eine Feder 12, die einerseits am Anker, anderseits am Deckel angeschweisst ist, am zuletzt erwähnten Bauteil gelagert. Der Anker liegt in der dargestellten Ruhelage an einer Einprägung 14 des Deckels, die sich oberhalb des Kerns 2 be- findet, an.
Auf den Kern 2 ist eine Erregerwicklung 6 aufgesetzt. Im Anschluss an die Spule ist auf den Kern eine Jochplatte 7 aufgesetzt, die vom Kern in einer Lochung durchstossen wird. Parallel zum Kern verlaufend ist zwischen Jochplatte 7 und Platte l ein Flussleitstück 8 angeordnet.
Bei Erregen der Wicklung 6 wird der Anker 13 vom Kern 2 angezogen und kommt an dessen ballig ausgebildetem Ende 4 zur Anlage. Es wird so ein einerseits an den Kern, anderseits an die Platte l bzw. den Deckel 10 des Relais angeschalteter Stromkreis geschlossen, da der Anker über die Feder 12 elektrisch leitend mit dem metallischen Deckel verbunden ist. Bei entsprechender Ausbildung des Relais wird der Anker nicht nur an dem Ende 4 des Kerns, sondern auch an der Fläche 5 der Platte zur Anlage gebracht, so dass ausser über die Feder auch eine elektrische Verbindung zwischen Platte und Kern direkt über den elektrisch leitfähigen Anker 13 hergestellt wird. Beim Abschalten der Erregung wird der Anker durch die Feder 12 in-die dargestellte Ruhelage zurückgestellt.
Die mit dem Kern zusammenarbeitende Fläche des Ankers und die entsprechende Kernfläche können mit einem Kontaktstoff aus edlem Metall, beispielsweise aus Silber, bedeckt sein. Das gleiche gilt für die Fläche 5 der Platte 1 und die gegebenenfalls mit dieser zusammenarbeitende Ankerfläche. Das freie Ende des Kerns 2 ist in eine Lochung einer Isolierstoffplatte 15 eingesteckt, die einen aufgedruckten Leiter 16 trägt. Durch Verlöten des Kerns mit dem Leiter, beispielsweise im Schwallötverfahren, wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und dem Leiter hergestellt. Diese Verbindung übernimmt gleichzeitig den Halt des Relais in der Isolierplatte 15.
Die in Fig. 2 dargestellte Innenansicht des Deckels lässt erkennen, dass der Anker 13 aus zwei voneinander unabhängigen nebeneinander liegenden Teilen aufgebaut ist, die an Ansätze 17 und 18 der Feder 12 angeschweisst sind. Die Feder 12 ist, wie bereits erwähnt, am Deckel angeschweisst.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 übereinstimmenden Teile des dort dargestellten Relais mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen. Bei diesem Relais ist ein Deckel 35 aus nicht magnetisierbarem Metall verwendet, durch den oberhalb des Kerns 22 liegend ein magnetisierbarer Stift 9 gasdicht hindurchgeführt, beispielsweise eingelötet ist. Der Anker liegt in der dargestellten Ruhelage an diesem Stift 9 an. Auf den Stift ist eine Wicklung 20 aufgesetzt. Der Anker 13 kann so ausser über die Erregerwicklung 6 auch über die Wicklung 20 gesteuert werden.
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