DE102006042194A1

DE102006042194A1 - Elektromagnetische Relais und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102006042194A1
Application number: DE102006042194A
Authority: DE
Inventors: Johannes Oberndorfer; Herbert Elsinger
Original assignee: Panasonic Electric Works Europe AG
Current assignee: Panasonic Electric Works Europe AG
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008028668A1; PT2059940E; EP2059940B1; ES2337103T3; DE502007002696D1; SI2059940T1; EP2059940A1; ATE456150T1

Abstract

Bei einem elektromagnetischen Relais werden die Anschlussstifte 12, 14 eines Kontaktsystems 10 in einem Block 18 aus laserabsorbierendem Kunststoff eingebettet. Dieser Kunststoffblock 18 wird so auf einer Relais-Grundplatte 40 angeordnet, dass die Anschlussstifte 12, 14 Durchbrüche 41 in der Grundplatte 40 durchsetzen, und durch Laserschweißung dicht mit der Grundplatte 40 verbunden. Die Durchbrüche 41 sind größer als die Querschnitte der Anschlussstifte 12, 14, so dass sie von diesen nicht berührt werden. Während des Schweißvorgangs befinden sich das Kontaktsystem 10 und das Spulensystem 20 des Relais in einer Ausrichtlehre, die die Teile relativ zueinander positioniert, so dass die sonst erforderliche Justage weitgehend entfallen kann.

Description

Elektromagnetische Relais werden üblicherweise so montiert, dass Festkontakte, Federkontakte und Magnetspule mit ihren Anschlussstiften durch entsprechende Öffnungen oder Schlitze eines Kunststoff-Grundkörpers hindurch gesteckt und anschließend durch Verkleben fixiert und abgedichtet werden. Nach der Montage der übrigen Relais-Bauteile, Justage und Prüfung der Baugruppe wird eine Gehäusekappe aufgesetzt und in einem weiteren Klebevorgang mit dem Grundkörper verbunden.
Bei dem im Spritzgussverfahren hergestellten Grundkörper kommt es durch ungleichmäßigen Schwund, verursacht durch unterschiedliche Orientierung der Glasfasern, zu einem Verzug. Dadurch ändern sich die Positionen der Öffnungen für die Anschlussstifte. Die Öffnungen sind so gestaltet, dass sie die Anschlussstifte eng umgeben, um eine genaue Positionierung zu erreichen. Die genannten Positionsänderungen wirken sich infolgedessen auf die Kontakte und gegebenenfalls auf das Ansprech- und Abfallverhalten sowie die elektrische Lebensdauer des Relais aus und müssen in einem aufwändigen Justageprozess korrigiert werden. Auch die beiden Klebeprozesse verursachen Änderungen der gewollten Anordnung der Bauteile zueinander, wobei die letzte Änderung, die durch die abschließende Verklebung der Kappe verursacht wird, nicht mehr korrigierbar ist. Ein entsprechendes Vorhalten beim Justieren ist erforderlich.
Aus DE 24 54 967 A ist es bekannt, Festkontakt und Federkontakt in einen gemeinsamen Kontaktträger einzubetten und diesen in Ausnehmungen am Spulenkörper einzusetzen. Dadurch wird zwar die gegenseitige Zuordnung zwischen den beiden Kontakten festgelegt; die Probleme, die sich aus einem Verzug des Spulenkörpers und aus den Klebeprozessen zum Abdichten der Anschlussstifte in einer Relaisgrundplatte und zum Verschließen mit der Gehäusekappe ergeben, bestehen aber auch hier.
Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Relais nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu vermeiden. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein elektromagnetisches Relais mit zueinander möglichst genau positionierten Relaisteilen zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Maßnahmen der Ansprüche 1 und 6. Danach besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung in der Anwendung der Laserschweißung als Ersatz für die bisherige Verklebung. Die durch Laser schweißung erzeugten Verbindungen sind gasdicht, von hoher Festigkeit und lassen sich präzis durchführen. Gleichzeitig entfallen alle Verunreinigungen, die durch die bisher verwendeten Klebstoffe und deren Ausgasungen verursacht werden konnten. Da ferner die Anschlüsse des Kontaktsystems nicht direkt gegenüber dem Relais-Grundkörper befestigt und abgedichtet, sondern zunächst mit Kunststoff umspritzt werden und der so gebildete Kunststoffblock verschweißt wird, sind nicht nur die gegenseitige Ausrichtung der Kontakte und eine einwandfreie Schweißung gewährleistet, sondern auch die Handhabung bei der Montage vereinfacht.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist insofern günstig, als Fehler in den Positionen der Durchbrüche im Grundkörper, etwa infolge Verzugs, keinen Einfluss auf die Kontakte selbst und ihre Position zueinander haben und eine Korrektur der Kontaktposition über eine Justage möglich ist.
Eine nachträgliche Justage sollte sich erübrigen, wenn die Laserschweißung gemäß Anspruch 7 unter Verwendung einer den Kunststoffblock mit den Anschlusselementen gegenüber dem Grundkörper ausrichtenden Lehre erfolgt.
Gemäß Anspruch 3 und 8 wird vorzugsweise auch das Spulensystem im Bereich seiner Anschlusselemente mit Kunststoff umspritzt und der so gebildete Kunststoffblock zusammen mit den die Kontakt-Anschlusselemente enthaltenden Kunststoffblöcken im gleichen Arbeitsgang und gegebenenfalls unter Verwendung einer gemeinsamen Ausrichtlehre auf dem Grundkörper befestigt.
In der in den Ansprüchen 4 und 9 angegebenen Weiterbildung der Erfindung wird auch die Gehäusekappe durch Laserschweißung am Relais-Grundkörper dicht befestigt. Zur gegenseitigen Isolierung der verschiedenen, in dem Relais vorhandenen Baugruppen kann die Gehäusekappe in der Weiterbildung nach den Ansprüchen 5 und 10 mit Trennwänden versehen sein, die ebenfalls durch Laserschweißung mit dem Grundkörper verbunden werden. Dadurch wird aus den Kriech- bzw. Luftstrecken zwischen benachbarten leitenden Teilen nach der zugehörigen Produktnorm eine feste Isolation, die die Anforderungen der Spannungsfestigkeit erfüllen muss. Somit wird eine weitere Miniaturisierung ermöglicht.
Bei Verwendung der in den Ansprüchen 11 und 13 angegebenen Kunststoffmaterialien für den Grundkörper, die die Anschlusselemente enthaltenden Kunststoffblöcke und die Gehäusekappe ist eine einwandfreie Verschweißung gewährleistet, da der Laserstrahl das jeweils äußere, aus lasertransparentem Kunststoff bestehende Teil ohne größere Verluste durchsetzt und seine Energie auf das darunter liegende, aus laserabsorbierendem Kunststoff bestehende Teil abgibt, so dass der eigentlichen Schweißstelle die erforderliche Energie zugeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
1 eine schematisierte, perspektivische Darstellung eines einzelnen Kontaktsystems,
2 mehrere der Kontaktsysteme nach 1 und ein Spulensystem in einer Anordnung, wie sie im Innern eines fertigen Relais vorliegt,
3 die Anordnung nach 2 in einer Stirnansicht mit einer Ausrichtlehre,
4 die Anordnung nach 3 nach Einsetzen in die Ausrichtlehre,
5 die Anordnung nach 4 mit einer darüber eingezeichneten Relais-Grundplatte,
6 eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach 5 nach Verschweißen mit der transparent dargestellten Grundplatte und Entfernen der Ausrichtlehre, und
7 eine perspektivische Darstellung des mit einer Gehäusekappe komplettierten fertigen Relais.
Das in 1 gezeigte Kontaktsystem umfasst ein Festkontaktelement 11 mit einem Anschlussstift 12 und ein Federkontaktelement 13 mit einem Anschlussstift 14. An dem Federkontaktelement 13 ist eine Kontaktfeder 15 angenietet, die mit dem Festkontaktelement 11 zusammenarbeitet. Beide Kontaktelemente 11, 13 sind an ihren Fußteilen 16, 17 mit einem Kunststoffblock 18 umspritzt, aus dem die Anschlussstifte 12, 14 nach unten herausragen.
Die in 2 dargestellte Anordnung umfasst ein Spulensystem 20 mit einem eine Spule 21 tragenden Kunststoff-Spulenkörper, der mit seinen beiden Endflanschen 22, 23 aus der Spule 21 herausragt. In den Endflansch 23 sind zwei Anschlussstifte 24 der Spule 21 eingebettet.
Die in 2 gezeigte Anordnung umfasst ferner insgesamt sechs der in 1 gezeigten Kontaktsysteme 10, von denen fünf auf einer Seite und der sechste auf der anderen Seite des Spulensystems 20 angeordnet sind und parallel zu diesem verlaufen.
In 3 ist die in 2 gezeigte Anordnung aus Spulensystem 20 und Kontaktsystemen 10 in Seitenansicht oberhalb einer Ausrichtlehre 30 dargestellt. Die Ausrichtlehre 30 ist insgesamt kammartig gestaltet, wobei die Breite der Zin ken 31 die für das fertige Relais vorgeschriebenen Abstände zwischen den Kontaktsystemen 10 untereinander und bezüglich des Spulensystems 20 bestimmt.
In 4 sind die Kontaktsysteme 10 und das Spulensystem 20 in die Ausrichtlehre 30 eingesetzt.
5 zeigt über dieser Anordnung eine Grundplatte 40. In der Grundplatte 40 sind Durchbrüche 41 zum Durchtritt der Anschlussstifte 12, 14 der Kontaktsysteme 10 und der Anschlussstifte 24 des Spulensystems 20 vorgesehen. Der in 5 gezeigte Schnitt liegt in einer Ebene, in der sich die in der 2 vorderen Anschlussstifte 13 der Kontaktsysteme 10 befinden. Daher sind die in der Grundplatte 40 vorhandenen Durchbrüche für die weiteren Anschlussstifte 14 der Kontaktsysteme 10 und für die Anschlussstifte 24 des Spulensystems 20 nicht zu sehen
Ferner sind in 5 Vertiefungen 42 gezeigt, die zur Aufnahme der jeweils nicht benutzten und abgeschnittenen Anschlussstummel 19 (vergl. 1) dienen. (Die in 5 über den Durchbrüchen 41 sichtbaren Erhebungen 43 ergeben sich aus dem Materialversatz oberhalb der Vertiefungen 42.)
6 zeigt die Anordnung nach 5 in perspektivischer Darstellung, wobei die hier nur mit Umrisslinien dargestellte Grundplatte 40 auf die Anordnung aus Kontaktsystemen 10 und Spulensystem 20 aufgelegt ist. Zur Verdeutlichung ist die Ausrichtlehre 30 in 6 nicht dargestellt.
Wie gezeigt, sind die Durchbrüche 41 in der Grundplatte 40 größer als die sie durchsetzenden Anschlussstifte 12, 14 der Kontaktsysteme 10, und zwar um so viel, dass in der Regel keine Berührung zwischen den Anschlussstiften 12, 14 und den Wänden Durchbrüche 41 stattfindet.
Außer den schon erwähnten Vertiefungen 42 für die Anschlussstummel 19 der Kontaktsysteme 10 weist die Grundplatte 40 eine größere Aussparung 44 zur Aufnahme eines über die obere Ebene der Endflansche 22, 23 des Spulensystems 20 hinausragenden Teils der Spule 21 auf.
Der Schweißvorgang zwischen der Grundplatte 40 einerseits und den Kunststoffblöcken 18 der Kontaktsysteme 10 und den Spulenkörper-Endflanschen 22, 23 des Spulensystems 20 erfolgt, während sich sämtliche Bauteile in der Ausrichtlehre 30 befinden. Die Verschweißung wird so durchgeführt, dass sämtliche Anschlussstifte 12, 14 und 24 jeweils vollständig mit einer Schweißnaht umgeben werden und außerdem eine feste Verbindung der Kunststoffblöcke 18 der Kontaktsysteme 10 und der Endflansche 22, 23 des Spulensystems 20 erreicht wird.
Während die Grundplatte 40 aus lasertransparentem Kunststoff besteht, sind die Kunststoffblöcke 18 der Kontaktsysteme 10 und der Spulenkörper mit seinen Endflanschen 22, 23 aus laserabsorbierendem Kunststoff hergestellt. Bei dieser Materialwahl wird eine zuverlässige Laserschweißung erreicht.
In 7 ist die in 6 gezeigte Anordnung (ohne die Ausrichtlehre 30) in eine Gehäusekappe 50 eingelegt, die parallel zu ihren Seitenwänden verlaufende Trennwände 51 aufweist. Die Seitenwände der Gehäusekappe 50 und die Trennwände 51 werden ebenfalls durch Laserschweißung mit der Grundplatte dicht verbunden.
In 7 sind die Laserschweißbereiche zwischen der Grundplatte 40 einerseits und den Kontaktsystemen 10, dem Spulensystem 20 und den Seitenwänden der Gehäusekappe 50 und der Trennwände 51 schwarz dargestellt. Die Darstellung ist nur schematisch. Tatsächlich erstrecken sich die Schweißbereiche nicht ganz bis zu den Anschlussstiften 12, 14 und 24, da die von ihnen durchsetzten Durchbrüche 41 größer sind als ihre Querschnitte.

10: Kontaktsystem
11: Festkontaktelement
12, 14: Anschlussstifte
13: Federkontaktelement
15: Kontaktfeder
16, 17: Fußteile
18: Kunststoffblock
19: Anschlussstummel
20: Spulensystem
21: Spule
22, 23: Endflansche
24: Anschlussstifte
30: Ausrichtlehre
31: Zinken
40: Grundplatte
41: Durchbrüche
42: Vertiefungen
43: Erhebungen
44: Aussparung
50: Gehäusekappe
51: Trennwände

Claims

Elektromagnetisches Relais mit einem mit Durchbrüchen (41) versehenen Grundkörper (40), einem Spulensystem (20), einem Kontaktsystem (10) und einer das Spulensystem und das Kontaktsystem umgebenden und mit dem Grundkörper dicht verbundenen Gehäusekappe (50), wobei Anschlusselemente (12, 14, 24) des Kontaktsystems und des Spulensystems durch die Durchbrüche im Grundkörper herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (12, 14) des Kontaktsystems (10) in einem Kunststoffblock (18) eingebettet sind, der durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) dicht verbunden ist.
Relais nach Anspruch 1, wobei jeder Durchbruch (41) im Grundkörper (40) größer als der Querschnitt des sie durchsetzenden Anschlusselements des Kontaktsystems (10) bemessen ist.
Relais nach Anspruch 1 oder 2, wobei auch die Anschlusselemente (24) des Spulensystems (20) in einem Kunststoffblock (23) eingebettet sind, der durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) dicht verbunden ist.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gehäusekappe (50) durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) verbunden ist.
Relais nach Anspruch 4, wobei die Gehäusekappe (50) mit Trennwänden (51) versehen ist, die durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) dicht verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Relais, das einen mit Durchbrüchen (41) versehenen Grundkörper (40), ein Spulensystem (20), ein Kontaktsystem (10) und eine das Spulensystem und das Kontaktsystem umgebende und mit dem Grundkörper dicht verbundene Gehäusekappe (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (12, 14) des Kontaktsystems (10) in einen Kunststoffblock (18) eingebettet werden, der so auf dem Grundkörper (40) angeordnet wird, dass die Anschlusselemente die Durchbrüche (41) im Grundkörper durchsetzen, und durch Laserschweißung mit dem Grundkörper dicht verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Laserschweißung unter Verwendung einer die Kunststoffblöcke (18) gegenüber dem Grundkörper (40) ausrichtenden Lehre erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei auch die Anschlusselemente (24) des Spulensystems (20) in einem Kunststoffblock (23) eingebettet werden und dieser durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) dicht verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Gehäusekappe (50) durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Gehäusekappe (50) mit Trennwänden (51) versehen ist, die durch Laserschweißung mit dem Grundkörper (40) dicht verbunden werden.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Grundkörper (40) aus einem lasertransparenten Kunststoff besteht und die die Anschlusselemente (12, 14, 24) von Kontaktsystem (10) und Spulensystem (20) einbettenden Kunststoffblöcke (18, 23) laserabsorbierend sind.
Relais nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 9 bis 11 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Gehäusekappe (50) aus laserabsorbierendem Kunststoff besteht.