DE2454967B2

DE2454967B2 - Gepoltes elektromagnetisches relais

Info

Publication number: DE2454967B2
Application number: DE19742454967
Authority: DE
Inventors: Kenji Neyagawa; Nishimura Hiromi Takaishi; Mori Tetsuo Hirakata; Osaka Ono (Japan); Sauer, Hans, 8024 Deisenhofen
Current assignee: SDS-RELAIS AG 8024 DEISENHOFEN DE
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1976-12-30
Also published as: AU8106475A; FR2271654B1; AT373722B; GB1506284A; DE2454967C3; YU41419B; FR2271654A1; SE407305B; YU122975A; CH599675A5; DE2454967A1; ATA374675A; SE7505495L; US3993971A; BR7502996A

Description

Kräfte ist dabei durch entsprechende Formgebung der Federenden in einem weiten Bereich wählbar.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind Kontakt- und/oder Gegendruckfedern jeweils gegen den Anker vorgespannt, derart, daß sie miteinander entgegengesetzt gerichteten Kräften auf den Anker einwirken. Dabei kann vorgesehen sein, daß sich bei bistabiler Ausführung des Relais die Kräfte der auf den Anker einwirkenden Federn bei Mittelstellung des Ankers aufheben.

Ferner ist es eine Ausgestaltung der Erfindung, daß der Anker in einem Lagerzapfen gelagert ist, dessen Länge die Tiefe einer mittig in der Isolierstoffummantelung des Ankers eingeformten, durchgehenden Lageröffnung um ein vertikales Lagerspiel übersteigt. Bei mit einer Gehäusekappe abgedecktem Relais liegt dabei das stirnseitige Ende des Lagerzapfens an der Innenwand der Gehäusekappe an, womit die Beweglichkeit des Ankers gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel im Hinblick auf die Ankeriagerung besteht darin, daß der der Ankerlagerung dienende Lagerzapfen in der Mitte einer rechteckigen Platte angeformt ist, die in Längsrichtung mit ihren Stirnseiten an den Polschuhen anliegt, daß diese Stirnseiten zur Fixierung der Lagerplatte, mittig mit dem Profil der Polschuhe angepaßten Ausnehmungen versehen sind und daß die Lagerplatte mit in den Kontaktträgerelementen vorgesehenen Ausnehmungen verrastbar ausgebildet ist Die Lagerplatte läßt sich als Spritzgußteil einfach und exakt herstellen und ist durch ihre Formgebung ohne Mehraufwand sowohl an Polschuhen und Kontaktträgerelementen gegen Verschiebung gesichert

Die Ankerlagerung kann aber auch derart ausgebildet sein, daß der Anker mittig mit einem Sackloch versehen in einem Zapfen lagert, und daß der Lagerzapfen an seinem freien Ende mit einem Radius oder einer Facette versehen ist und mit diesem so verjüngten Bereich an der Anlagefläche des Sacklochs anliegt, und daß die Tiefe des Sacklochs geringer als die freie Länge des Lagerzapfens ist Die so geschaffene Lagerung zeichnet sich durch besondere Reibungsarmut aus, da an der Lagerstelle nur ein ganz geringer Reibradius vorliegt. Im Extremfall kann die Lagerung sogar eine sogenannte Spitzenlagerung sein.

Zur Erzielung eines in beliebiger Richtung einbaubaren Relais ist der Anker an seiner Oberseite fluchtend mit der Drehachse mit einer konvexen Wölbung oder einer kegeligen Erhebung versehen, wobei die Höhe dieser Erhebung so gewählt ist, daß bei aufgesetzter Gehäusekappe ein geringer Luftspalt zwischen der Innenwand der Gehäusekappe und der Wölbung bzw. Erhebung verbleibt Der Luftspalt bewegt sich dabei in -der Größenordnung der unvermeidbaren Toleranzen in derltaMlderGehtasekappe.

Die Ankerlagerung wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erhalten, daß der mit dem Magnetkern versehene, bewickelte Spulenkörper mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt ist, und daß der ISr die Ankerlagerung erforderliche Lagerzapfen mitangeformt ist Der so angeformte Lagerzapfen liegt In seiner Position gegenüber den Polschuhen des KSagnetkennsbesonders exakt fest, da der Spulenkörper «an den Polscbuhen in der SpritzguBform ausgerichtet "•ssird. Die Präzision der Lagerstelle führt dabei zu feesotaderer GteichmäSrgkeit im Schaltverhalten und hoher Lebensdauer»

Ansfnbrangsbeispiefc der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren erläutert. Im einzelnen

F i g. 1 ein Relais nach der vorliegenden ErfindurigiJ§|| Explosionsdarstellung, ί$Ι1

F i g. 2 eine Aufsicht auf ein mit vier Arbeitskontaktens|i versehenes, fertig montiertes Relais, f|||

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht desin| F i g. 2 dargestellten Relais, 1||

F i g. 4 eine Aufsicht auf ein fertig montiertes Rel#J mit zwei Ruhe- und zwei Arbeitskontakten, ; p|

F i g. 5, F i g. 6, F i g. 7 Aufsichten auf weitere feftijjjl montierte Relais mit jeweils zwei Arbeits- und zw|| Ruhekontakten, oder drei Arbeits- und einem Ruhekon·? takt, oder vier Arbeitskontakten,

F i g. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des in Fig.6gezeigten Relais,

F i g. 9 einen Schnitt durch das in F i g. 5 dargestellte Relais,

Fig. 10 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht eines mit einem Magnetkern versehenen, bewickelten und mit Kunststoff umspritzten Spulenkörpers,

F i g. 11 eine Aufsicht auf den in F i g. 10 dargestellten Spulenkörper,

Fi g. 12 eine vergrößerte Darstellung einer in F i g. 10 bezeichneten Einzelheit,

F i g. 13 eine vergrößerte Darstellung einer in F i g. 11 bezeichneten Einzelheit,

Fig. 14 eine detaillierte Darstellung der Ankerlagerung des in F i g. 8 gezeigten Relais,

Fig. 15 eine Einzelheit bezüglich der Verschweißung von Kontaktträger und grundplattenartigem Abschluß,

Fig. 16 eine detaillierte Darstellung des mit Längsschlitzen versehenen Endes der Justierfeder des in F i g. 8 abgebildeten Relais,

F i g. 17 und 18, F i g. 19 und 20, F i g. 21 und 22 sowie Fig.23 und Fig.24 das Kräftespiel der in Fig.5. Fig.7, Fig.4 sowie Fig.2 abgebildeten, gepolten Relais.

Das in F i g. 1 gezeigte Relais besitzt einen einteiligen Spulenkörper 1, der zur Aufnahme eines im wesentlichen U-förmig ausgebildeten Magnetkerns 2 mit einer Nut 46 versehen ist. Vor dem Bewickeln des Spulenkörpers 1 wird der Magnetkern 2 mit einem Isolierstoffplättchen 47 F i g. 1 abgedeckt und somit von der Spulenwicklung 48 elektrisch isoliert Der Spulenkörper 1 ist im Bereich seiner Flansche 35 mit Ausnehmungen 6 zur Aufnahme von Kontaktträgern 7 versehen, in denen Kontaktanschlüsse 8 formgebunden fest eingebettet sind. Beide Kontaktträger 7 sind symmetrisch zur Spulenlängsachse in den Spulenkörper 1 einsetzbar und tragen jeweils zwei für sich getrennte Schaltkontakte, gebildet aus je einer an den Abschnitten 11 des Kontaktträgers angebrachten Kontaktfeder 12 und aus dem mit Kontaktwer*s«ip belegten Abschnitten 10 der am äußeren Ende #pA Kontaktträger eingebetteten Kontaktanschlisse*. &&& eingesetztem Kontaktträger 7 liegen die Kontakpüfc Schlüsse 8 mit den Spulenanschlüssen 49 jeweasiä!ei#U. Reihe, wobei deren gegenseitiger Abstand da«*\-0ßM übliches Rastermafl festgelegt ist Beispielsweise fetp|§ auch ein Abstand gewählt sein, der beider sogetiaiÄifl Duai-in-line-Bauweise üblich ist Nach dem Spselip ;| der vorgefertigten JconMjletten Kotttakörlgerf tt^Äl Spulenkörper 1 wird eine aas Kanststöff fceste|iBn!|| Lagerplatte 25 mit einem mittig angefonnten LajgeisSäip·⁵ fen22fi1rdenAnkerSemgfelegi^daaa»en$tiJ«^^iiSi*

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26 von den Polschuhen 3 des Magneäceras 2 fixiert»!»* diesem Zweck sind in der Lagerplatte 25 mitüg Äeai

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Profil der Polschuhe 3 angepaßte Ausnehmungen 27 vorgesehen. Durch die Fixierung des Lagerzapfens 22 gegenüber den Polschuhen 3, erhält man eine exakte Ankerlagerung. Die Länge des Lagerzapfens 22 ist so gewählt, daß sie die Tiefe einer im Anker vorgesehenen, durchgehenden Lageröffnung 9 um ein vertikales Lagerspiel übersteigt. Die Lageröffnung 9 ist dabei in einer im Mittenbereich des Ankers vorgesehenen Kunststoffummantelung eingeformt. Wenn das Relais mit der Gehäusekappe 23 abgedeckt ist, liegt das ι ο stirnseitige Ende 24 des Lagerzapfens 22 an der Innenwand der Gehäusekappe 23 an. Damit ist die Beweglichkeit des Ankers auch dann gewährleistet, wenn auf die Gehäusekappe Druck ausgeübt wird. Neben der Ankerlagerung bewirkt die Lagerplatte 25 auch noch eine Arretierung der beiden Kontaktträger 7. Hierfür sind an den Kontaktträgern 7 treppenartige Ausnehmungen 28 angeformt, an denen die Lagerplatte 25 mit ihrer Unterseite anliegt. Der zwischen den beiden Polschuhen im Lagerzapfen 22 gelagerte Anker ist mit partiellen Kunststoffummantelungen 19,20 versehen, in denen zu beiden Seiten der Lageröffnung 9 je ein langgestreckter ferromagnetischer Abschnitt 43 ruht. Zwischen diesen beiden Abschnitten 43 sind beiderseits der Lageröffnung 9, begrenzt durch die Kunststoffummantelungen 19 und 20, Dauermagnete 44 eingesetzt. Die ferromagnetischen Abschnitte 43 verlaufen ferner parallel zueinander und sind so lang gewählt, daß ihre Enden die Polschuhe 3 des Magnetkerns 2 umgreifen. Ein mit einem derartigen Anker 5 versehenes gepoltes Relais hat bistabiles Schaltverhalten, weil die gleich langen Enden der ferromagnetischen Abschnitte 43 gleich große wirksame Polflächen 4 an den Polschuhen 3 des Magnetkerns 2 überdecken. Der Anker 5 beharrt somit nach erfolgter Erregung, infolge der von ihm ausgehenden dauermagnetischen Anziehungskraft in der zuletzt erreichten Schaltstellung, eine weitere Zufuhr elektrischer Energie ist nicht erforderlich. Eine Betätigung der Kontaktfedern 12 erfolgt über Ansätze 21 an der partiellen Kunststoffummantelung 19. Die Justierfedern 13 können dabei an einer ebenfalls an der Kunststoffummantelung 19 vorgesehenen Anlagefläche 50 auf den Anker 5 einwirken. An Stelle des beschriebenen kann aber auch ein Anker 5 verwendet werden, der ebenfalls Kunststoffummantelungen 19,20 und gleich lange ferromagnetische Abschnitte 45 aufweist die beiderseits der Ankerlagerung 9 parallel zueinander geführt, die jedoch derart zueinander versetzt sind, so daß je nach Schaltstellung unterschiedlich große wirksame Polfiächen 4 mit den Polschuhen 3 vorliegen. Auch in diesen Anker 5' werden wie beim Anker 5 Dauermagnete 44 eingesetzt, derart, daß die stegartigen Abschnitte 45 jeweils mit gleichnamigen Magnetpolen in Berührung stehen. Der in diesem Fall erhaltene Anker 5* führt, infolge der je nach Schaitstellung unterschiedlich großen wirksamen Polfläche, zu Relais mit monostabilem Schaltverhalten. Die stabile Schaltstellung ist dabei durch die größere der beiden wirksamen Polfläehen 4 festgelegt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Dauermagnet- &> kraft in der Kontaktfeder durch Andrücken derselben zu speichern. Dabei muß die Koätaktöffnung durch eigene Federkraft erfolgen. Ist aber während der Kontaktgabe ein zu hoher Strom geflossen, der ein Kleben {leichtes Anschweißen) der Kontakte erwirkt, <»5 dann reicht die Federkraft oft nicht mehr znr Tremrang des Kontakts. Diese Unsicherheit ist bei den vorfiegenden Atisführongsbeispielen weitgehend dadurch beseitigt, daß die Kontaktöffnung gegen die Vorspannung der Kontaktfedern mit der ganzen Kraft des Magnetsystems erfolgt.

In F i g. 2, 3 und 4 sind entsprechend dem in F i g. 1 dargestellten Relais aufgebaute Relais gezeigt. Bei diesen Relais sind dabei bereits die fertig montierten Kontaktträger 7 in den Spulenkörper 1 eingesetzt und die Ankerlagerplatte 25 sowie dem Anker 5 eingebracht. Wie in Fig.3 erkennbar, sorgt ein den Lagerzapfen 22 wurzelseitig umgebender Ringwulst 52 für einen definierten Luftspalt 53 zwischen der Lagerplatte 25 und dem Anker 5. Nach außen sind die Relais durch die Gehäusekappe 23 und die Grundplatte abgeschlossen. Wie F i g. 2 und 3 entnehmbar, sind an der Innenseite der Gehäusekappe 23 stegartige Vorsprünge 41 angeformt, die zwischen den aus den Kontaktträgern 7 herausragenden Abschnitten 11 der Kontaktanschlüsse 8 eingreifen und sich gegen die Kontaktträger 7 bzw. die Ankerlagerplatte 25 als feste Widerlager abstützen. Hierdurch erreicht man einerseits eine Versteifung der Gehäusekappe, womit eine Beeinträchtigung des Lagerspiels des Ankers 5 auch bei grober mechanischer Beanspruchung des Relais unterbunden wird andererseits wird die Spannungsfestigkeit zwischen den durch die stegartigen Vorsprünge 41 getrennten Abschnitte 11 der Kontaktanschlüsse 8 erhöht.

Die in F i g. 2 bis 4 dargestellten Relais sind gepolte, bistabile Relais, die mit einem H-förmigen Anker 5 entsprechend dem in F i g. 1 gezeigten ausgestattet sind. Im einzelnen weist das in F i g. 2 abgebildete Relais vier Arbeitskontakte auf. Aus diesem Grunde ist statt eines Betätigungssatzes 21 an diametral gegenüberliegenden Enden des Ankers 5 eine Anlagefläche 51 für einen Betätigungsstößel 14 vorgesehen. Der Betätigungsstößel 14 ist dabei am freien Ende der Justierfeder 13 angebracht und greift durch eine öffnung 15 der zugehörigen Kontaktfeder 12 hindurch. In der gezeichneten Schaltstellung sind alle vier Kontakte geöffnet Die Kontakte, bei denen der Betätigungsstößel 14 durch die öffnung 15 in der Kontaktfeder 12 hindurchgreift sind wegen der die Kraft der Kontaktfeder 12 übersteigende Kraft der Justierfeder 13 geöffnet Die übrigen Kontaktfedern 12 sind durch die Ansätze 21 am Anker 5 von den als Festkontakten dienenden Abschnitten 10 abgehoben.

Die Fig.23 und 24 zeigen den für das in Fig.2 dargestellte Relais gültigen Kraftverlauf in Abhängigkeit vom Ankerweg & Der Ankerweg s ist dabei an der Abszisse und die Kräfte an der Ordinate aufgetragen. Die in Fig.2 gezeigte Schaltstellung entspricht der Position b in F i g. 23 und 24. Auf den Anker 5 wirkende Kontaktfederkräfte sind mit 2P2 und die diesen Kräften entgegengesetzt gerichtete Justierfederkraft mit Pl bezeichnet (Fi g. 23). Bei Mittelstellung U des Ankers S sind diese Kräfte P1,2P2 gleich groß and" heben sich damit auf. Die auf den Anker wirkende ©ifferenz det Federkräfte ist mit P3 bezeichnet and in der unterer Hälfte der F i g. 24 aufgetragen. Bei weiterer Bewegung des Ankers 5 in Richtung auf die Position <a kommen^dit vorgespannten Kontaktfedern 12 an den als Festkott takten dienenden Abschnitten 10 der KontaktansehlüS' se 8 zur Anlage, wobei die Kontaktkraft für »die fceidei betrachteten Kontakte gleich PA wad i*i5 ist ©κ Kraftwirkung der Kontaktfedern H auf den Anker! bricht jedenfalls im Moment der Kontaktgabe ab. ©ei gemäß der etwa quadratisch mit dem. Weg äei Auslenkung ansteigenden "Dauermagnetkraft i

(509553/39

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(Fig.24) bewegte Anker5 muß vom Zeitpunkt der Kontaktgabe an ausschließlich die Justierfederkraft P1 überwinden.

Derjenige Anteil P6 der Justierfederkraft Pt, der in der Schaltstellung a die Summe der Kontaktkräfte P4, P5 übersteigt, wird in der Justierfeder 13 aus der Dauermagnetkraft gespeichert. Bei einer erneuten Erregung des Relais ist deshalb an elektrische Energie nur soviel zuzuführen, als zur Deckung der Differenz zwischen Dauermagnetkraft Pm und der Summe der gespeicherten Federkräfte P4 + P5 + P6 nötig ist.

Das in IFi g. 4 abgebildete Relais ist mit zwei Arbeitsund zwei Ruhekontakten versehen. Die Kontaktfedern 12 werden über Ansätze 21 und die Justierfedern 13 an Anlageflächen 50 an den Ummantelungen 19 des Ankers 5 betätigt. Den für das in F i g. 4 gezeigte Relais gültigen Kräfteverlauf in Abhängigkeit vom Ankerwegs zeigen Fig.21 und 22. Die in Fig.4 gezeigte Schaltstellung entspricht beispielsweise der Position b in F i g. 21 und 22. Die von einer Seite auf den Anker 5 von der Justierfeder 13 und der Kontaktfeder 12 ausgeübten Kräfte sind gleichgerichtet. Die von verschiedenen Seiten des Ankers ausgeübten Justierfederkräfte Pi, Pt' sowie Kontaktfederkräfte P2, P2' sind jedoch einander entgegengerichtet. Aus den auf den Anker 5 einwirkenden Federkräften ergibt sich die mit P3 bezeichnete Resultierende, die bei Mittelstellung des Ankers den Wert Null einnimmt. Die der resultierenden Federkraft entgegenwirkende magnetische Kraftwirkung P hat bei Mittellage des Ankers 5 ebenfalls den Wert Null, steigt jedoch von dieser Ankerstellung annähernd quadratisch an. Die bei diesem Relais durch Vorspannung der Kontaktfedern 12 erzielbaren Kontaktkräfte sind mit P4 und P 5 bezeichnet.

In den beiden Endstellungen a. b des Ankers 5 sind noch Kräfte P6' sowie P6" zweier gegenüberliegender Justierfedern 13 auf den Anker 5 wirksam. Die Kräfte P6', P6" dieser Federn 13 und die Kraft P4 einer Kontaktfeder 12 wirken der Magnetkraft Pm entgegen, so daß zur Erregung des Relais elektrische Energie nur zur Erzielung der Differenzkraft erforderlich ist. Daraus ist ersichtlich, daß sich auch dieses Relais durch besonders hohe Ansprechempfindlichkeit auszeichnet, die lediglich wegen äußerer Einflüsse wie z. B. Stoß oder Vibration und unvermeidbarer Fertigungstoleranzen nicht beliebig klein gemacht werden kann.

Die in F i g. 5 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Relais, bei denen der mit dem Magnetkern 2 versehene Spulenkörper 1 mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt ist und der für die Ankerlagerung erforderliche Lagerzapfen 22 mitangeformt ist Der Anker5 ist (vgl. Fig.8 und 14) dabei mittig mit einem Sackloch 29 versehen, in dem der Lagerzapfen 22 !aufgenommen ist Die Herstellung des Sacklochs 29 ist dabei fertigungstechnisch problemlos, da dies in «der partiellen jKunststoffummantelung 20 eingeformt ist ©er Lagerzapfen ist an seinem freien Ende mit einem Radius 30 verseilen und mit diesem so verjüngten BereiGh an« der Anlagefläche 31 des SacWoehs gelagert Die liefe des Sacklochs 29 ist .geringer als die freie Länge dies Lagerzapfens 22, so daß zwischen der durch Umspritzen erzeugten Ummantelung 54 mn der partiellen ummantelung 20 des Ankers 5 -ein !geringer Luftspalt S3 verbleibt Der Anker 5 ist damit besonders leichtgängig gelagert Zur Sicherung gegen ein Abhebe» des Ankers 5 ist an €essen Oberseite 32 eine kegelige Erhebung 33 angeformt, dessen Höhe so bemessen ist, daß bei aufgesetzter Gehäusekappe 23 ein geringer Luftspalt 34 zwischen der Gehäuseinnenwand und der Erhebung 33 verbleibt. Der Luftspalt 34 bewegt sich in der Größenordnung der unvermeidbaren Toleranzen in der Planität der Gehäusekappe 23. Da er äußerst gering ist, ist das Relais lageunabhängig einsetzbar. Zur Versteifung der Gehäusekappe 23 sind an deren Innenseite stegartige Vorsprünge 41 angeformt (vgl. F i g. 5, 6, 7

ίο und 9), mit welchen sie sich gegen feste Widerlager 42, z. B. die Ummantelung 54 der bewickelten Spule, abstützt. Die Leichtgängigkeit des Ankers 5 bleibt deshalb auch bei mechanischer Beanspruchung des Relais, wenn z. B. Druck auf die Gehäusekappe 23 einwirkt, erhalten. Bei der Umspritzung des bewickelten Spulenkörpers 1 wird zugleich ein grundplattenartiger Abschluß 37 (vgl. Fig. 10, 11) zwischen den mit Führungen 6 für die Kontaktträger 7 (in F i g. 11 schraffiert angedeutet) und außerdem ein Hohlraum 56 für elektrische Bauelemente mit eingeformt, wobei im grundplattenartigen Abschluß öffnungen 38 zum Durchtritt der Kontaktanschlüsse 8 vorgesehen sind. Wie in Fig. 12 und 13 vergrößert dargestellt, sind die öffnungen 38 im grundplattenartigen Abschluß 37 an der Relaisinnenseite mit einer stegartigen Erhebung 39 von dreieckigem Querschnitt umgeben. Die Erhebungen 39 dienen dabei der Verschweißung von grundplattenartigem Abschluß 37 und Kontaktträger 7 im Ultraschalloder Spiegelschweißverfahren. Wie Fig. 15 entnehmbar, findet bei einem derartigen Schweißvorgang eine Erweichung des Materials der stegartigen Erhebungen 39 statt, wodurch der im Kontaktträger 7 eingebettete Kontaktanschluß 8, der mit Spiel durch die öffnung 38 hindurchgeführt ist zur Umgebung hin abgedichtet wird. Die Höhe der Erhebung 39 ist dabei so gewählt, daß bei mit dem grundplattenartigen Abschluß 37 verschweißten Kontaktträger 7 ein geringfügiger Luftspalt 55 verbleibt. Dieser Luftspalt dient dabei dem Ausgleich fertigungsbedingter Toleranzen im Kontaktträger 7 oder dem Abschluß 37.

Die in Fig.5 bis 8 dargestellten Relais haben Justierfedern 13, die an ihren freien Enden jeweils zwei in Federlängsrichtung verlaufende Schlitze 16 aufweisen. Die Kräfte der so geteilten Federenden 17, 17' werden durch diese Maßnahme auf die Kontaktfeder 12 und auf die Kunststoffummantelung 19' verteilt In Fig. 16 ist ein solches Justierfederende vergrößert gezeigt Die gekröpften Federenden 17' drücken gegen die Kontaktfeder 12 und vergrößern bei Kontaktgabe die Kontaktkraft während das andere Federende 17 auf die Ummantelung 19' des Ankers 5 einwirkt und die speicherbare Dauermagnetkraft erhöht Das beim Schaltvorgang ablaufende Kräftespiel wird im folgenden an Hand der in Fig.5 und 7 abgebildeten Relais

näher erläutert

Das in F i g. 5 gezeigte Relais besitzt zwei Ruhe- und zwei Arbeitskontakte, sein Anker 5 ist in Mittelstellang gezeichnet

Der für dieses Relais gültige Verlauf der Federkräfte

und der dauermagnetisehen Anzugskraft äst in Fig. 17 und 18 dargestellt Die *on einerSeile sauf den Anfcer-5 wirkenden Kräfte P2, Pt der Kontaktfeder 12 und de* iustierfeder 13 sind glerehgeriäitet aber den auf die andere Sehe des Ankere 5 einwirkenden Kontakt- unä lustierfederkräften £2», £*** entgegengeselzt ©ie Resultierende P3 aller auf den Amker5 einwi*end€b Federkräfte ist in Fig, I8diäa®estellt BirWmast öef Mittelstellung O des AnkeraS $eich NaIL ©ife bei

diesem Relais erzielbaren Kontaktkräfte P4, P5 sind gegenüber den Kontaktkräften beim Relais nach F i g. 4 jeweils um die Kraft Pl bzw. P Y der Justierfeder 13 vergrößert. Die an der Kontaktfeder 12 bei Kontaktgabe mit den Federenden 17' anliegende Justierfeder 13 bewirkt eine höhere Strombelastbarkeit des Kontakts. Einerseits ist dies auf die höhere Kontaktkraft und damit niedrigeren Kontaktwiderstand andererseits darauf zurückzuführen, daß die Justierfeder selbst stromführendwird.

Das in F i g. 7 dargestellte Relais besitzt wie das Relais von F i g. 2 vier Arbeitskontakte. Die für F i g. 7 gültigen Kraft-Weg-Diagramme sind in Fig. 19 und 20 dargestellt. Bei vollkommen offenen Kontakten, diese Stellung entspricht Position b in Fig. 19, wirken bei Betrachtung der halben Kontaktsätze des Relais, zwei Kontaktfedern 12 mit der Kraft 2P2 und eine

Justierfeder 13 mit der Kraft Pl auf den Anker ein. Dieser Kraft 2P2 + Pi wirkt die Kraft Pl der in F i g. 7 oberen Justierfeder entgegen. Die resultierende Kraft P3 nimmt etwa in Mittellage des Ankers 5 den Wert Null ein und ist in Fig.20 dargestellt. Sie ist der quadratisch verlaufenden Dauermagnetkraft P entgegengerichtet. Auch in diesem Fall erfolgt durch die Anlagerung der Justierfeder 13 mit ihren Federenden 17' eine Verstärkung der Kontaktkraft, dies gilt bei der betrachteten Hälfte des Relais jedoch nur für den unteren Arbeitskontakt (F i g. 7). Der Wert der Kontaktkraft P5 ist somit gegenüber der beim Relais von F i g. 2 auftretenden um die Justierfederkraft vergrößert, während die Kontaktkraft P4 für den anderen Kontakt den gleichen Wert einnimmt wie beim Relais nach Fig. 2.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Patentansprüche:

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* 1 itGepoltes elektromagnetisches Relais mit einem ^innerhalb des Spulenkörpers befindlichen Magnet-'kern, dessen Enden rechtwinklig zur Spulenlängsachse abgewinkelt sind und als Polschuhe mit zueinander fluchtenden Polflächen aus dem Spulenkörper austreten, mit einem außerhalb des Spulenkörpers zwischen den Polschuhen des Magnetkerns in einer »einer Schwerachsen mittig der Spulenlänge und der Polschuhe drehbar gelagerten Anker, dessen Drehachse senkrecht zur Spulenlängsachse verläuft, mit aus Isolierstoff bestehenden Kontaktträgerelementen mit fest eingebetteten Kontaktanschlüssen, die im Relaisinnern mit vorgespannten Kontaktfedern versehen sind, deren Kräfte über den Anker in Wechselwirkung zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktträgerelemente. {7) als mit seitlichen Führungen (18) versehene Quader ausgebildet sind, deren Höhe im Vergleich zur Länge gering ist, daß die Kontaktträgerelemente (7) sich im wesentlichen über die Länge des Spulenkörpers (1) erstrecken und daß im Spulenkörper (1) beiderseits der Spuleniängsachse und in zu dieser parallelen Ebenen Ausnehmungen (6) vorgesehen sind, die zur formschlüssigen Festlegung der Kontaktträgerelemente (7) mit deren seitlichen Führungen (18) Passungen bilden, daß ferner Anker (5, 5') eingesetzt werden, die zwei gleichlange beiderseits der Ankerlagerung zueinander parallel verlaufende, ferromagnetische Stege (43, 45) aufweisen, die über wenigstens einen Dauermagneten (44) miteinander in Verbindung stehen und die mit zu beiden Ankerseiten liegenden Enden wechselweise mit den an den Polschuhen (3) des Magnetkerns (2) ausgebildeten Polflächen zusammenwirken, wobei bei der ersten Ankerausführung zur Herbeiführung bistabilen Schaltverhaltens des Relais die Enden der ferromagnetischen Stege (43, 45) jeder Ankerseite fluchten, derart, daß in beiden Schaltstellungen sich jeweils gleich große Polflächen von Polschuhen (3) i<nd Ankerstegen (43, 45) gegenüberliegen, während bei einer zweiten Ankerausführung zur Herbeiführung monostabilen Schalt-Verhaltens des Relais die ferromagnetischen Stege (43,45) um einen bestimmten Abschnitt ihrer Länge gegeneinander versetzt angeordnet sind, derart, daß in den beiden Schaltstellungen sich jeweils unterschiedlich große Polflächen von Polschuhen (3) und Ankerstegen (43,45) gegenüberliegen.
2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Stege (43, 45) und Dauermagnete (44) durch eine Isolierstoffummantelung, an den Betätigungsnasen für die Kontakt- und/oder Gegendruckfedern (12, 13) angeformt sind, zueinander festgelegt sind.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an im mittleren Bereich der Kontaktträgerelemente (7) angeordneten, auf der Seite der Polschuhe herausragenden Abschnitten (H) der Kontaktanschlüsse Kontakt- und/oder Gegendruckfedern (12,13) angebracht sind.
4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegendruckfeder (13) an ihrem freien Ende mit einem Isolierstoffstößel (14) versehen ist, und daß der Isolierstoffstößel (14) durch eine öffnung (15) der zugehörigen Kontaktfeder (12)

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hindurchgreift (P i g. 2).
5. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckfeder (Π) gegen die zugehörige Kontaktfeder (12) drückt, derart, daß sich die Justierkraft der Gegendruckfeder nach Kontaktgabe zusätzlich zur Kontaktfederkraft auf die Kontaktkraft überträgt (F i g. 5).
6. Relais nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckfeder (13) an ihrem freien Ende wenigstens einen in Federlängsrichtung verlaufenden Schlitz (16) aufweist und daß das eine der so gebildeten Federenden auf den Anker (5) und das andere auf die Schaltfeder (12) wirkt, derart, daß sich die Kräfte der Federenden (17) entsprechend auf den Anker (5) und auf eine Schaltfeder (12) verteilen (F i g. 16).
7. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kontakt- und/oder Gegendruckfedern (12, 13) jeweils gegen den Anker vorgespannt sind und mit einander entgegengesetzt gerichteten Kräften auf den Anker (5) einwirken.
8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei bistabiler Ausführung des Relais die Kräfte der auf den Anker (5) einwirkenden Federn (12,13) bei Mittelstellung des Ankers (5) aufheben.
9. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) in einem Lagerzapfen (22) gelagert ist, dessen Länge die Tiefe einer mittig in der Isolierstoffummantelung des Ankers eingeformten, durchgehenden Lageröffnung (9) um ein vertikales Lagerspiel übersteigt, und daß bei einer Gehäusekappe (23) abgedecktem Relais das stirnseitige Ende (24) des Lagerzapfens (22) an der Innenwand der Gehäusekappe (23) anliegt.
10. Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der Ankerlagerung dienende Lagerzapfen (22) in der Mitte einer rechteckigen Platte (25) angeformt ist, die in Längsrichtung mit ihren Stirnseiten (26) an den PoJschuhen (3) anliegt, daß diese Stirnseiten (26) zur Fixierung der Lagerplatte (25), mittig mit dem Profil der Polschuhe (3) angepaßten Ausnehmungen (27) versehen sind und daß die Lagerplatte (25) mit in den Kontaktträgerelementen (7) vorgesehenen Ausnehmungen (28) verrastbar ausgebildet ist.
11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) mittig mit einem Sackloch (29) versehen in einem Zapfen

(22) lagen, daß der Lagerzapfen (22) an seinem freien Ende mit einem Radius (30) oder einer Facette versehen ist und mit diesem so verjüngten Bereich an der Anlagefläche (31) des Sacklochs (29) anliegt, und daß die Tiefe des Sacklochs (29) geringer als die freie Länge des Lagerzapfens (22) ist.
12. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) an seiner Oberseite (32) fluchtend mit der Drehachse mit einer konvexen Wölbung oder einer kegeligen Erhebung (33) versehen ist, und daß die Höhe dieser Erhebung (33) so gewählt ist, daß bei aufgesetzter Gehäusekappe

(23) ein geringer Luftspalt (34) zwischen der Innenwand der Gehäusekappe (23) und der Wölbung bzw. Erhebung (33) verbleibt.
13. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 11 oder 12,dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Magnetkern (2) versehene, bewickelte Spulenkörper

(1) mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt ist, und daß der für die Ankerlagerung erforderliche Lagerzapfen (22) mitangeformt ist

Die Erfindung betrifft ein gepoltes elektromagnetisches Relais gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs,

Ein aⁱis der DT-AS 12 13 917 bekanntes gepoltes elektromagnetisches Relais besteht aus einem Magnetsystem mit einem im Spuleninneren gelagerten Drehanker, der über an seinen Enden angebrachten Betätigungsstücken einen unterhalb des Magnetsystems angeordneten Kontaktfedersatz betätigt Relais dieser Art zeichnen sich infolge der Ankerlagerung im Spulenkörperinneren durch guten Wirkungsgrad aus. Es darf dabei aber nicht übersehen werden, daß ihr Aufbau fertigungstechnisch aufwendig ist Beispielsweise sind an der den Kontaktfedersatz tragenden Grundplatte befestigte Rahmenhälften erforderlich, an denen das Magnetsystem fixiert ist. Da sich Toleranzen in der Befestigung der Rahmenhälften am Magnetsystem einerseits und an der Grundplatte andererseits unmittelbar auf die Kontaktbetätigung auswirken, ergibt sich außerdem erhöhter Justieraufwand.

Bei einem weiteren, aus der DT-AS 2318812 bekannten Drehankerrelais wird erhöhter Fertigungsund Justieraufwand dadurch vermieden, daß ein zweiteiliger Spulenkörper zugleich als Kontaktträger ausgebildet ist. Kontaktfederanschlüsse und stationäre Gegenkontakte sind bei d'esem bekannten Relais entweder in einem Teil des Spulenkörpers oder bei identischen Spulenkörperhälften in beiden Teilen formgebunden fest eingebettet, wodurch eine im wesentlichen toleranzfreie Positionierung der Kontakte gegenüber dem im Spulenkörperinnern gelagerten Drehanker erzielt wird.

Ferner ist aus der DT-OS 23 09 939 ein Klappankerrelais mit hintereinander angeordneten Kontakteinheiten bekannt, deren bewegliche Kontaktfedern durch ein vom Anker bewegtes Betätigungsglied steuerbar sind. Jede Kontakteinheit enthält je einen Arbeits- und Ruhekontakt, die in einem Isolierstoffkörper verankert 4s sind. Um eine schädliche Auswirkung unvermeidbarer Maßtoleranzen bei Ausbildung als Mehr- oder Vielkontaktrelais auf die Kontaktbetätigung zu vermeiden, ist vorgesehen, daß jeder Isolierstoffkörper Zapfen aufweist, mittels denen die Kontakteinheiten in Aussparungen eines U-förmigen Trägers befestigbar sind. Diese Lösung ist prinzipiell mit den Nachteilen geschichteter Kontaktfedersätze behaftet, weil sie nur mit einem weiteren Verbindungsglied, im vorliegenden Fall dem U-förmigen Träger, funktionsgerecht angeordnet werden können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Relais nach der DT-AS 23 18 812, ein Drehankerrelais zu schaffen, das durch Variation weniger, relativ einfacher Teile die Herstellung einer größeren Vielfalt von Relaistypen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Durch diese Ausbildung und gegenseitige räumliche Zuordnung von Spulenkörper, Kontaktträgerelementen und Anker, bei der die Kontaktträgerelemente lediglich durch Formschluß am Spulenkörper festgelegt sind und der Anker gut zugänglich ist, erreicht man, daß die Kontaktträgerelemente leicht gegen solche mit anderer Kontaktbestückung austauschbar sind und daß problemlos verschieden ausgebildete Anker, je nachdem, ob mono- oder bistabiler Betrieb des Relais erwünscht ist, eingesetzt werden können.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die ferromagnetischen Stege und Dauermagnete durch eine Isolierstoffummantelung, an den Betätigungsnasen für die Kontakt- und/oder Gegendruckfedern angeformt sind, zueinander festgelegt sind. Ein derart aufgebauter Anker ist einfach innerhalb enger Toleranzen herstellbar. Dabei ist gleichzeitig gewährleistet, daß vom Anker betätigte Kontakte durch die an der beispielsweise im Spritzgußverfahren aufgebrachten Ummantelung angeformten Betätigungsnasen voneinander elektrisch isoliert sind.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß an im mittleren Bereich der Kontaktträgerelemente angeordneten, auf der Seite der Polschuhe herausragenden Abschnitten der Kontaktanschlüsse Kontakt- und/oder Gegendruckfedern angebracht sind. Hierbei sind je Kontaktträgerelement problemlos zwei Kontakte, wahlweise Ruhe- oder Arbeitskontakte, realisierbar. Die für den externen Anschluß des Relais bestimmten Abschnitte der Kontaktanschlüsse sind dabei an der den Polschuhen abgewandten Seite aus dem Relais herausgeführt, so daß der Kontaktraum durch seine große Entfernung von der Anschlußseite optimal plaziert ist

Zur Erzielung von einheitlichen Kontakten, z. B. ausschließlich Arbeitskontakten an einem Kontaktträgerelement kann z. B. nach einer anderen Ausgestaltung, eine an ihrem freien Ende mit einem Isolierstoffstößel versehene Gegendruckfeder vorgesehen sein, wobei der Isolierstoffstößel durch eine Öffnung der zugehörigen Kontaktfeder hindurchgreift In diesem Fall schließt der zugehörige Kontakt dann, wenn die Gegendruckfeder über ihren lsolierstofrstößel durch den Anker von der Kontaktfeder abgehoben wird. Der zweite Kontakt auf demselben Kontaktträgerelement wird vom anderen Ende des Ankers betätigt. Sofern es sich ebenfalls um einen Arbeitskontakt handelt, beispielsweise derart, daß der Anker von der vorgespannten Kontaktfeder abhebt, wobei der Kontakt schließt

Eine Weiterbildung der Erfindung kann es aber auch sein, daß die Gegendruckfeder gegen die zugehörige Kontaktfeder drückt derart, daß sich die Justierkraft der Gegendruckfeder nach Kontaktgabe zusätzlich zur Kontaktfederkraft auf die Kontaktkraft überträgt. Bei einer derartigen Wirkungsweise der Gegendruckfader läßt sich neben einer Steigerung der Kontaktkraft bei gepolten Relais auch eine Zunahme der gespeicherten Dauermagnetkraft erzielen. Die Ansprechempfindlichkeit des Relais würde dabei entsprechend der in der Gegendruckfeder gespeicherten Dauermagnetkraft zu nehmen.

Ferner besteht eine Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Gegendruckfeder an ihrem freien Ende wenigstens einen in Federlängsrichtung verlaufenden Schlitz aufweist und daß das eine der so gebildeten Federenden auf den Anker und das andere auf die Schaltfeder wirkt, derart, daß sich die Kräfte der Federenden entsprechend auf den Anker und auf eine Schaltfeder verteilen. Man erreicht hierdurch in vorteilhafter Weise, daß durch ein Federende die Kontaktkraft verstärkt wird, und daß das andere Ende weiter auf den Anker einwirkt. Das Verhältnis der