DE19715913C1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, wel­ ches

• - eine Spule mit Spulenkörper und Wicklung,
• - einen L-förmigen Kern, dessen Längsschenkel axial im Spu­ lenkörper angeordnet ist und dessen Querschenkel senkrecht dazu an einer ersten Stirnseite der Spule liegt,
• - einen L-förmigen Anker, der mit einem Ende gegenüber einem ersten Ende des Kerns einen Arbeitsluftspalt bildet und mit seinem anderen Ende am zweiten Ende des Kerns gelagert ist, derart, daß Kern und Anker bei geschlossenem Arbeits­ luftspalt annähernd ein Rechteck formen, wobei durch Spule, Kern und Anker ein Magnetsystem gebildet ist,
• - einen Grundkörper aus Isolierstoff, der auf der dem Anker gegenüberliegenden Seite der Spule mit dem Magnetsystem verbunden ist und in welchem mindestens ein feststehendes Kontaktelement und mindestens eine mit diesem zusammenwir­ kende Kontaktfeder als bewegliches Kontaktelement enthalten sind, wobei die Kontaktelemente jeweils mit Anschlußelemen­ ten verbunden sind, und
• - einen die Ankerbewegung auf die mindestens eine Kontaktfe­ der übertragenden Schieber enthält.

In DE-OS 17 64 256 ist ein Relais der eingangs genannten Art beschrieben. Die Rückstellfeder für den Anker ist bei diesem Relais zwischen Spulenkörper und der Innenseite des Anker­ längsschenkels angeordnet, wodurch eine zusätzliche Vorrich­ tung für die Befestigung des Ankers notwendig ist.

Ein elektromagnetisches Relais, welches der Schaltung mehre­ rer, voneinander unabhängiger Kontaktgruppen dient, ist aus EP 0 319 478 B1 bekannt. Die Übertragung der Ankerbewegung auf die Kontaktelemente erfolgt bei diesem Relais über einen U-förmigen Schieber. Dieser Schieber ist am oberen Ende sei­ ner Längsschenkel über Schnappnasen direkt an den Ankerlängs­ schenkel eingehakt. Dabei weisen die Schieberlängsschenkel eine hinreichende Flexibilität auf, um den Rastmechanismus zu ermöglichen. Die Nachgiebigkeit des Schieberlängsschenkels erscheint nachteilig im Hinblick auf die mechanische Festig­ keit des Relais. Die Lagerung des Ankers und die Befestigung der Ankerfeder erfolgt ausschließlich am Spulenkörper. Da­ durch läßt sich zwar eine flache Bauform realisieren, aller­ dings unter Inkaufnahme einer recht ausladenden Breite.

In DE-AS 19 08 269 ist eine Umschaltkontaktanordnung für Lei­ stungsrelais beschrieben, welche eine an ihrem freien Ende geschlitzte Umschaltkontaktfeder aufweist, die in einen ge­ radlinig verlaufenden Federschenkel und in einen abgekröpften Federschenkel ausläuft. Zwischen den Federschenkeln ist ein Mittelabschnitt eines U-förmigen Betätigungselementes fi­ xiert. Aus DE 26 17 632 A1 ist ein Relais bekannt, bei wel­ chem der Anker im Innern des Spulenkörpers durch eine Blatt­ feder mit einem U-förmigen, den Anker umgreifenden Befesti­ gungsabschnitt gelagert ist. Die Befestigung der Blattfeder erfolgt durch Verschraubung des Befestigungsabschnittes mit einem U-förmigen, die Spule umgreifenden Joch an einem Spu­ lenkörperflansch.

Ziel der Erfindung sind automatisierungsgerechte konstruktive Vorkehrungen für ein Relais, welche eine vereinfachte Montage der Ankerfeder und des Ankers sowie eine verbesserte Einhän­ gung des Schiebers ermöglichen, so daß dieser die Ankerbewe­ gung spielfrei auf die Kontaktelemente umleitet. Des weiteren gilt der kompakten Bauform sowie dem eine automatisierte Fer­ tigung begünstigenden modularen Aufbau des Relais ein beson­ deres Augenmerk.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Anker mit seinem Querschenkel abrollbar auf dem freien Ende des Kern-Längsschenkels gelagert ist und am Ende seines Längsschenkels mit dem Ende des Kern-Querschenkels einen Ar­ beitsluftspalt bildet, und daß eine U-förmige Ankerfeder vor­ gesehen ist, welche mit einem ersten Arm auf dem Anker- Längsschenkel befestigt ist, im Mittelabschnitt annähernd parallel zum Anker-Querschenkel angeordnet ist und mit dem zweiten Arm in einer Ausnehmung zwischen Kern und Spulenkör­ per parallel zum Kern-Längsschenkel befestigt ist.

Die Ausnehmung zwischen Kern und Spulenkörper ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung in Form eines abgesetzten Frei­ raums am Spulenkörper angeformt. Dies läßt sich auf einfache Weise bei der Herstellung des Spulenkörpers realisieren, da der Spulenkörper vorzugsweise als Kunststoff-Formteil gefer­ tigt ist. Zudem erscheint die Integration der Ausnehmung in den Kern erheblich aufwendiger. In einer vorteilhaften Wei­ terbildung ist der zweite Arm der Ankerfeder, der in die Aus­ nehmung zwischen Spulenkörper und Kern eingesteckt ist, mit einer Rastnase versehen, welche in einer Prägung direkt ober­ halb im Kern eingehakt ist. Dadurch ist eine unbeabsichtigte Demontage von Ankerfeder einschließlich des mit ihr fest ver­ bundenen Ankers einerseits und Spulenkörper mit darin ange­ ordnetem Kern andererseits nicht ohne weiteres möglich. Die Rastnase ist vorzugsweise durch Stanzung aus dem Federblech und anschließendem Umbiegen herzustellen, so daß sie sich kraft- und formschlüssig an die im Kern befindliche Prägung anpaßt. Als Vorteil ist in diesem Zusammenhang anzusehen, daß für die Befestigung des Ankers, abgesehen von angeprägten Nietwarzen, durch die Anker und Ankerfeder vorzugsweise mit­ einander verbunden sind, keine weiteren Befestigungsmittel und Montageschritte notwendig sind.

Des weiteren ist die mindestens eine Kontaktfeder parallel zur Spulenachse angeordnet, wobei ein U-förmiger Schieber, welcher über die Enden seiner Seitenarme an den Anker gekop­ pelt ist, mit seinem Mittelabschnitt die mindestens eine Kon­ taktfeder betätigt, woraus sich eine kompakte Bauweise insbe­ sondere für mehrpolige Relais ergibt. Durch eine weitere vor­ teilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird die Kopplung des Schiebers an den Anker über an den Enden der Seitenarme des Schiebers angeformte Schnappnasen vereinfacht. Dazu sind an der Ankerfeder beidseitig vorzugsweise senkrecht zum Anker­ längsschenkel orientierte Federlappen einstückig angeformt, an welchen die Schnappnasen festgehakt sind. Die freien Enden der Federlappen sind, vorzugsweise durch nochmaliges Umbiegen der Enden, gegenüber den hakenförmigen Schnappnasen vorge­ spannt, so daß beidseitig jeweils eine Anschlagsschulter des Schieberseitenarms gegen den Ankerlängsschenkel gedrückt ist. Dadurch wird eine spielfreie Mitführung des Schiebers bei der Ankerbewegung erzielt. Der Vorteil besteht ferner darin, daß weder der Anker noch der Schieber nachgiebig sein müssen, so daß sich die mechanische Festigkeit des Relais erhöht.

Ferner ist das Grundelement mit Stecktaschen zur Aufnahme von vorzugsweise mehreren aus einer Kontaktfeder und Gegenkon­ taktelementen bestehenden Kontaktsätzen ausgestattet. Durch die Seitenwände der Stecktaschen sind die einzelnen Kontakt­ sätze voneinander isoliert. Des weiteren sind an der Unter­ kante des Mittelabschnitts des Schiebers nach unten weisende Betätigungselemente angeformt. Die Anzahl der Betätigungsele­ mente entspricht der Anzahl der zu schaltenden Kontaktsätze. Dadurch ergibt sich eine Platzeinsparung, da die Betätigungs­ elemente im Gegensatz zu einer massiven Gestaltung des Schie­ bermittelabschnittes bereits in den Stecktaschen mit unterge­ bracht sind. Zudem lassen sich auf diese Weise für die Isola­ tion der Kontaktsätze hinreichend hohe Seitenwände der Steck­ taschen bei kompakter Bauform des Relais realisieren. Außer­ dem kann durch die Höhe der Betätigungselemente der Überhub der Kontaktfedern in bezug auf die Gegenkontaktelemente defi­ niert werden. Die Betätigungselemente sind auf einfache Art an den vorzugsweise als Kunststoff-Formteil gefertigten Schieber angeformt.

Des weiteren sind zur Verbesserung der Führung des Schiebers am Anker im Bereich der Einhängung des Schiebers an die Fe­ derlappen beidseitig je zwei Führungsnasen für die Seitenarme des Schiebers vorgesehen. Diese Führungsnasen umgreifen die Seitenarme des Schiebers und sichern diesen somit gegen seit­ liches Verrutschen, wodurch dem Aushängen des Schiebers von den Federlappen vorgebeugt ist. Durch in den Seitenwänden der Stecktaschen angeformte Aussparungen im Grundkörper ist eine zusätzliche Führung des Schiebermittelabschnitts gegeben. Zu­ sammen mit den bereits genannten Merkmalen wird eine sehr präzise Führung des Schiebers bei der Ankerbewegung reali­ siert.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Relais tragen ferner die an der Unterkante des Ankerquerschenkels inte­ grierten Haltezapfen bei, welche den Kern formschlüssig um­ fassen und den Anker dadurch gegen seitliches Verrücken si­ chern. Des weiteren fixiert ein an der Oberkante eines Spu­ lenkörperflansches angeformtes Paar von Führungselementen den Ankerlängsschenkel, wodurch die Stabiltät der Anordnung bei geringem fertigungstechnischen Mehraufwand erhöht ist.

Durch die genannten vorteilhaften konstruktiven Merkmale des erfindungsgemäßen Relais ergibt sich ein sehr einfacher Mon­ tageablauf, der sich zudem ohne großen Werkzeugaufwand oder spezialisierte Arbeitskräfte bewerkstelligen läßt. Der Grund­ körper wird mit den Kontakt- und Anschlußelementen vorzugs­ weise gleichzeitig zur Montage des Magnetsystems bestückt. Die Ankerfeder wird vorzugsweise vorab am Anker befestigt, beispielsweise durch Nieten. Bei der Montage des Magnetsy­ stems wird vorzugsweise zuerst der Kern axial in den Spulen­ körper eingeschoben, bis der Querschenkel des Kerns an einer Stirnseite des Spulenkörpers anliegt. Darauf wird der die Rastnase enthaltende Arm der Ankerfeder in die Ausnehmung zwischen Spulenkörper und Kern eingeführt, bis sich die Rast­ nase in der im Kern vorgesehenen Prägung festhakt. Zweckmäßi­ gerweise wird dann der Schieber von unten her an den Ankerfe­ derlappen eingehängt, womit die Montage des Magnetsystems einschließlich der Ankopplung des Schiebers abgeschlossen ist. Im letzten Montageschritt werden lediglich das Magnetsy­ stem und der Grundkörper miteinander verbunden.

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

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Relais in dreipoliger Ausfüh­ rung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 ein erfindungsgemäß gestaltetes Magnetsystem ohne Wicklung im Längsschnitt,

Fig. 3 eine Ankerfeder und einen Kern mit erfindungsgemäßen Merkmalen in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 einen aufgeschnittenen Spulenkörper in perspektivi­ scher Darstellung und

Fig. 5 einen an einer mit einem Anker verbundenen Ankerfeder eingehängten Schieber in perspektivischer Darstellung.

Das erfindungsgemäße Relais besteht in seinen Hauptkomponen­ ten aus einem Magnetsystem 1, einem an den Ankerfederlappen 52 eingehängten Schieber 7 und einem Grundkörper 6 sowie Kon­ taktfedern 61, Gegenkontaktelementen 62, Kontaktanschlußele­ menten 63 und Wicklungsanschlußelementen 64 (Fig. 1). Vor­ zugsweise ist eine hinreichend hohe Vorspannung der Kontakt­ feder 61 insbesondere gegenüber dem oberen Gegenkontaktele­ ment 62 vorzusehen, welches als Öffnungskontakt dient, um ho­ he Abreißkräfte in bezug auf das untere Gegenkontaktelement 62 zu gewährleisten, wodurch einem Festschweißen der Kontakte vorgebeugt wird. Ferner ist an einem Spulenkörperflansch 22 ein Paar von sich nach oben erstreckenden winkelförmigen Füh­ rungselementen 23 angeformt, welche dem Anker 4 seitlichen Halt geben und dadurch die Stoßsicherheit des Relais erhöhen.

Fig. 2 veranschaulicht die erfindungsgemäßen Merkmale des Magnetsystems 1, welche der Befestigung der Ankerfeder 5 die­ nen. Im Spulenkörper 2 ist ein flacher quaderförmige Freiraum 21 zu erkennen (siehe dazu auch Fig. 4). Dieser Freiraum 21 nimmt den Arm der Ankerfeder 5 auf, welcher die Rastnase 51 enthält und sich parallel zum Ankerquerschenkel 42 erstreckt. Der mit der Rastnase 51 ausgestattete Arm der Ankerfeder 5 ist bis unmittelbar vor den durch den Freiraum 21 im Spulen­ körper 2 gebildeten Anschlag eingeschoben, und die Rastnase 51 ist in dieser Position in die Prägung 33 an der Unterseite des Kerns 3 eingehakt (siehe dazu auch Fig. 3). Ferner ist ein Joch 34 einstückig an den Querschenkel 32 des Kerns 3 an­ geformt. Zur Verminderung der Streuflüsse am Arbeitsluftspalt sind Joch 34 und Polfläche 43 T-förmig verbreitert ausge­ führt. Die Ankerfeder 5 ist mit einem Vorspannknick ausge­ stattet, durch den der Anker 4 gegenüber dem Joch 34 vorge­ spannt ist.

Der Einhängemechanismus für den Schieber 7 ist in Fig. 5 dargestellt. Im Sinne einer besseren Übersichtlichkeit wird auf die Wiedergabe von Spulenkörper, Kern und Grundkörper verzichtet. An der Oberseite der Ankerfeder 5 sind an ihrem freien Ende beidseitig senkrecht zur Hauptachse der Ankerfe­ der 5 orientierte Federlappen 52 angeformt, wobei die Feder­ lappen 52 zuerst in stumpfem Winkel und unmittelbar am Ende noch einmal in spitzem Winkel umgebogen sind, so daß die En­ den der Federlappen 52 eine Vorspannung aufweisen (siehe dazu auch Fig. 1). Die Federlappen 52 greifen unter die Unterkan­ ten der am Ende der Seitenarme 71 des Schiebers 7 angeformten Schnappnasen 73, wodurch die Anschlagsschultern 74 der Sei­ tenarme 71 gegen die Unterseite des Ankerlängsschenkels 41 gedrückt sind. Die Seitenarme 71 des Schiebers 7 sind zudem beidseitig durch ein an der Flanke des Ankerlängsschenkels 41 angeformtes Paar von Führungsnasen 44 fixiert, welche die En­ den eines Seitenarme 71 umgreifen, um eine seitliche Ver­ schiebung von Schnappnasen 73 und Federlappen 52 zueinander zu verhindern. Damit wird zugleich der Aushängung des Schie­ bers 7 vorgebeugt. Des weiteren sind anhand von Fig. 5 an der Unterkante des Ankerquerschenkels 42 ausgebildete Halte­ zapfen 45 zu erkennen, welche an den Außenkanten des Anker­ querschenkels 42 angeformt sind, so daß sie den Kern form­ schlüssig umgreifen und den Anker 4 zusätzlich seitlich si­ chern. Ferner sind an der Unterkante des Mittelabschnitts 72 Betätigungselemente 75 am Schieber 7 angebracht. Der Schieber 7 ist mit drei Betätigungselementen 75 ausgestattet, da es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen Schieber 7 für ein dreipoliges Relais handelt.

Aus den hier dargestellten Merkmalen resultiert eine sehr kompakte Bauweise für ein mehrpoliges Relais. Zur vollständi­ gen Kapselung des Relais ist eine Schutzkappe aus Isolier­ stoff, welche im Rahmen der Ausführungsbeispiele hier nicht explizit dargestellt ist, von oben über die Anordnung, beste­ hend aus Magnetsystem 1 und Sockel 6 gestülpt.

Claims (9)

1. Elektromagnetisches Relais, welches

• 1. eine Spule mit Spulenkörper (2) und Wicklung,
• 2. einen L-förmigen Kern (3), dessen Längsschenkel (31) axial im Spulenkörper (2) angeordnet ist und dessen Querschenkel (32) senkrecht dazu an einer ersten Stirnseite der Spule liegt,
• 3. einen L-förmigen Anker (4), der mit einem Ende gegenüber einem ersten Ende des Kerns (3) einen Arbeitsluftspalt bil­ det und mit seinem anderen Ende am zweiten Ende des Kerns (3) gelagert ist, derart, daß Kern und Anker bei geschlos­ senem Arbeitsluftspalt annähernd ein Rechteck formen, wobei durch Spule, Kern (3) und Anker (4) ein Magnetsystem (1) gebildet ist,
• 4. einen Grundkörper (6) aus Isolierstoff, der auf der dem An­ ker (4) gegenüberliegenden Seite der Spule mit dem Magnet­ system (1) verbunden ist und in welchem mindestens ein feststehendes Kontaktelement (62) und mindestens eine mit diesem zusammenwirkende Kontaktfeder (61) als bewegliches Kontaktelement enthalten sind, wobei die Kontaktelemente (61, 62) jeweils mit Anschlußelementen (63) verbunden sind, und
• 5. einen die Ankerbewegung auf die mindestens eine Kontaktfe­ der (61) übertragenden Schieber (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) mit seinem Querschenkel (42) abrollbar auf dem freien En­ de des Kern-Längsschenkels (31) gelagert ist und am Ende sei­ nes Längsschenkels (41) mit dem Ende des Kern-Querschenkels (32) einen Arbeitsluftspalt bildet, und daß eine U-förmige Ankerfeder (5) vorgesehen ist, welche mit einem ersten Arm auf dem Anker-Längsschenkel (41) befestigt ist, im Mittelab­ schnitt annähernd parallel zum Anker-Querschenkel (42) ange­ ordnet ist und mit dem zweiten Arm in einer Ausnehmung zwi­ schen Kern (3) und Spulenkörper (2) parallel zum Kern- Längsschenkel (31) befestigt ist.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ nehmung am Spulenkörper (2) angeformt ist, welcher einen ab­ gesetzten Freiraum (21) zur Aufnahme des zweiten Federarms aufweist.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker­ feder (5) mittels einer aus dem Federblech am zweiten Feder­ arm herausgebildeten Rastnase (51) in Verbindung mit einer direkt darüber im Kern (3) befindlichen Prägung (33), welche die Rastnase (51) aufnimmt, verhakt ist.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mindestens eine Kontaktfeder (61) zwischen der Spule und dem Grundkörper (6) parallel zur Spulenachse erstreckt, und daß ein U-förmiger Schieber (7) mit einem Mittelabschnitt (72) und zwei Seitenarmen (71) das Magnetsystem (1) umgreift, wo­ bei die Enden dieser Seitenarme (71) an den Anker (4) gekop­ pelt sind und der Mittelabschnitt (72) auf die mindestens ei­ ne Kontaktfeder (61) wirkt.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten­ arme (71) des Schiebers (7) an ihren Enden durch Federlappen (52) der Ankerfeder (5), welche jeweils eine Anschlagsschul­ ter (74) des Seitenarms (71) gegen den Anker-Längsschenkel (41) drücken, beidseitig spielfrei an den Längsschenkel (41) des Ankers (4) gekoppelt sind, wobei am Ende der Seitenarme (71) des Schiebers (7) angeformte hakenförmige Schnappnasen (73) über die vorgespannten Enden der Federlappen (52) grei­ fend eingehakt sind.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Un­ terkante des Mittelabschnitts (72) des Schiebers (7) Betäti­ gungselemente (75) entsprechend der Anzahl der Kontaktfedern (61) angeformt sind.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) im Bereich der Einhängung des Schiebers (7) an die Anker­ federlappen (52) beidseitig je zwei Führungsnasen (44) für die Seitenarme (71) des Schiebers (7) aufweist.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Un­ terkante des Anker-Querschenkels (42) Haltezapfen (45) ausge­ bildet sind, welche den Kern (3) formschlüssig umgreifen.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberkante eines Spulenkörperflansches (22) beidseitig Füh­ rungselemente (23) für den Anker-Längsschenkel (41) ausgebil­ det sind.