EP0252344A1 - Elektromagnetisches Relais - Google Patents

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EP0252344A1 EP87108722A EP87108722A EP0252344A1 EP 0252344 A1 EP0252344 A1 EP 0252344A1 EP 87108722 A EP87108722 A EP 87108722A EP 87108722 A EP87108722 A EP 87108722A EP 0252344 A1 EP0252344 A1 EP 0252344A1
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leg
contact
contact spring
armature
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Siemens AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/60—Contact arrangements moving contact being rigidly combined with movable part of magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5822—Flexible connections between movable contact and terminal

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic relay with a core interspersed with its axis arranged parallel to a base plane, a yoke arranged parallel to the coil axis next to the winding, with a flat armature which is mounted on the free yoke end and with the free core end forms a working air gap and with a contact arrangement arranged on the end face on the side of the armature opposite the coil with at least one fixed counter-contact element and a contact spring which is operatively connected to the armature and whose connecting elements are anchored in a base body.
  • Such a relay structure is the subject of the earlier application P 35 38 613.4, for example.
  • This design is chosen especially for relays with a compact design, but with a heavy current contact. So that the overall structure does not exceed a predetermined width, which is already filled by the coil and the adjacent yoke, the actual contact unit is arranged on the front side in front of the coil and in front of the armature.
  • a problem with such a relay structure is to produce the contact spring, which is to carry a high current and therefore has a correspondingly large cross section, that is to say a correspondingly large spring width, with the smallest possible spring rate, so that the force to be applied by the armature and correspondingly the Switching capacity of the relay can be kept as low as possible.
  • the requirement therefore consists in making the contact spring as long as possible in order to achieve a low spring rate to execute.
  • the contact spring is inserted in a channel formed by the yoke, so that it can extend with a section parallel to the coil axis.
  • the space required for the movement increases the width of the relay structure.
  • the object of the invention is to develop a relay of the type mentioned in such a way that the contact spring can receive the smallest possible spring rate, but does not increase the width of the relay structure.
  • this object is achieved in that the contact spring is anchored in the area of one side of the base body adjacent to the armature bearing, extends with a first leg essentially over the entire width of the relay interior and in the area of the opposite side of the base body with the free armature end is coupled that the contact points are close to the second side of the base body and that a second leg of the contact spring extends in a U-shape from the free armature end to the contact point.
  • the available width of the relay for the spring is fully utilized, with the U-shaped second spring leg making the armature movement to the contact point is transmitted.
  • the spring With its L-shaped or Z-shaped first spring section and the U-shaped second spring section attached to it, the spring is given a total Y shape which makes optimal use of the available contact space in order to achieve the lowest possible spring rate with the smallest space requirement, on the other hand also the necessary creepage distances and clearances between the contact point and the armature of the relay for the scarf guarantee high current or high voltages.
  • the contact point is moved out of the bearing plane of the armature by the U-shaped second spring leg, so that there is a relatively large friction for self-cleaning and shock absorption of the contacts.
  • the first and the second leg of the contact spring can for example be bent in one piece from a spring material with a constant thickness. Since a larger spring rate is desired for the U-shaped second spring leg than for the first leg, this second spring leg can be stiffened somewhat, for example, by beads or similar shapes.
  • the two spring legs prefabricate the two spring legs from different leaf spring material and to connect them to one another by welding or similar measures.
  • the two spring legs can be made either from different materials with different spring properties or from spring plates with different thicknesses. So it is also possible to design the second spring leg in cross-section so that it dissipates the heat (caused by the switching arc) well from the contact; this heat can be partially dissipated from the second spring leg to the anchor, so that the first spring leg is not thermally stressed.
  • the relay shown in FIGS. 1 and 2 has a housing consisting of a base 1 and a cap 2, in which a coil body 3 with winding 4 and an angular yoke 5 are arranged.
  • a coil core 6 is coupled on the one hand to the yoke 5 and has at its other end a pole plate 7 which forms a working air gap with a plate-shaped armature 8.
  • This armature 8 is supported at the free end of the yoke 5, a bearing plate 9 placed on the yoke forming a bearing notch with the yoke.
  • the bearing plate 9 is hooked onto the lugs 5a of the yoke with laterally formed locking tabs 9a.
  • a bearing spring 10 is formed, which engages with a spring portion 10a bent upwards into a notch 11 of the armature and presses it into the bearing.
  • the width of the relay is determined by the diameter of the coil 3, 4 and the thickness of the yoke 5, which, lying side by side, occupy the entire width between the two side walls of the housing cap 2.
  • a contact space 12 is provided, in which two mating contact elements 13 and 14 and a connecting element 15 for a central contact spring 16 are arranged and anchored in the base, for example by means of plug-in fastening.
  • This center contact spring consists of two spring legs, a substantially elongated first spring leg 16a bent at the ends in a Z-shape and a substantially U-shaped second spring leg 16b.
  • connection element 15 for the contact spring is moved as far as possible to the one side wall 2a of the cap 2 and is arranged in the base 1 approximately parallel to this side wall.
  • the spring section 16a is fastened to the outside of the connecting element 15 with a bent fastening section 16c, so that from this fastening section 16c to the free anchor end with the driver tooth 17 creates the longest possible spring length. So that the width of the relay is largely used for the contact spring.
  • the end 16d of the spring leg 16a is connected to the U-shaped spring leg 16b near the free anchor end, for example welded.
  • This U-shaped spring leg 16b has at one end a bent driver tab 16e with which it is hooked into the driver tooth 17 of the armature 8.
  • the other end of the U-shaped contact spring leg 16b carries the center contact 18, which interacts with the counter-contacts 19 and 20.
  • the contact spring 16 must have a large cross section for guiding large currents, which is achieved by a large width perpendicular to the image plane of FIG. 2.
  • the two spring legs 16a and 16b are manufactured separately and then connected, they can also consist of spring material of different thicknesses or of materials with different spring properties. It is important that the spring leg 16a has a low spring rate, while the spring rate of the leg 16b should be larger. Under certain circumstances, this can also be achieved by additional beads or other formations, in particular when the two spring legs 16a and 16b are formed from the same material or are produced in one piece.
  • a partition is provided in the housing, which is integrally formed on the cap in the exemplary embodiment shown, but could also be provided on the base in another embodiment.

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Abstract

Das Relais besitzt eine Spule und ein neben der Spule an­geordnetes Joch (5) und einen stirnseitig vor der Spule angeordneten Anker (8), der eine Kontaktfeder (16) betä­tigt, die in einem der freien Seite des Ankers vorgela­gerten Kontaktraum angeordnet ist. Diese Kontaktfeder be­sitzt einen langgestreckten, quer über die gesamte Breite des Relais sich erstreckenden ersten Federschenkel (16a) und einen U-förmig an diesen angesetzten zweiten Feder­schenkel (16b). Das freie Ende des U-förmigen Schenkels (16b) wirkt mit zwei Gegenkontaktelementen (13, 14) zu­sammen. Durch die Y-Form der Kontaktfeder ergibt sich bei vorgegebener kompakter Bauweise eine größtmögliche freie Federlänge für die Kontaktfeder (16) und damit eine nied­rige Federrate, d. h. eine niedrige Ansprechleistung für das Relais.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einer von einem Kern durchsetzten, mit ihrer Achse paral­lel zu einer Grundebene angeordneten Spule, einem paral­lel zur Spulenachse neben der Wicklung angeordneten Joch, mit einem flachen Anker, der an dem freien Jochende gela­gert ist und mit dem freien Kernende einen Arbeitsluft­spalt bildet und mit einer stirnseitig an der der Spule entgegengesetzten Seite des Ankers angeordneten Kontakt­anordnung mit mindestens einem feststehenden Gegenkon­taktelement und einer mit dem Anker in Wirkverbindung stehenden Kontaktfeder, deren Anschlußelemente in einem Grundkörper verankert sind.
  • Ein derartiger Relaisaufbau ist beispielsweise Gegenstand der älteren Anmeldung P 35 38 613.4. Diese Konstruktion wird namentlich für Relais mit kompaktem Aufbau, jedoch einem Starkstromkontakt, gewählt. Um mit dem Gesamtaufbau eine vorgegebene Breite nicht zu überschreiten, die be­reits durch die Spule und das nebenliegende Joch ausge­füllt wird, wird die eigentliche Kontakteinheit stirnsei­tig vor der Spule und vor dem Anker angeordnet. Ein Pro­blem bei einem derartigen Relaisaufbau besteht darin, die Kontaktfeder, die einen hohen Strom führen soll und des­halb einen entsprechend großen Querschnitt, d. h., eine entsprechend große Federbreite aufweisen muß, mit einer möglichst kleinen Federrate herzustellen, damit die vom Anker aufzubringende Kraft und entsprechend die Schalt­leistung des Relais möglichst gering gehalten werden kön­nen. Die Forderung besteht also darin, zur Erzielung ei­ner geringen Federrate die Kontaktfeder möglichst lang auszuführen. Aus diesem Grunde ist bei dem Relais gemäß der oben erwähnten älteren Anmeldung die Kontaktfeder in einem vom Joch gebildeten Kanal eingelegt, so daß sie sich mit einem Abschnitt parallel zur Spulenachse er­strecken kann. Allerdings vergrößert der für die Bewegung erforderliche Freiraum die Breite des Relaisaufbaus.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs ge­nannten Art so weiterzubilden, daß die Kontaktfeder eine möglichst kleine Federrate erhalten kann, jedoch die Breite des Relaisaufbaus nicht vergrößert.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kontaktfeder im Bereich der einen, der Ankerlagerung benachbarten Seite des Grundkörpers verankert ist, sich mit einem ersten Schenkel im wesentlichen über die gesam­te Breite des Relaisinnenraums erstreckt und im Bereich der entgegengesetzten Seite des Grundkörpers mit dem freien Ankerende gekoppelt ist, daß die Kontaktstellen in der Nähe der zweiten Seite des Grundkörpers liegen und daß ein zweiter Schenkel der Kontaktfeder U-förmig vom freien Ankerende zur Kontaktstelle verläuft.
  • Durch die Befestigung des ersten Federschenkels an der einen Längsseite des Relais und ihre Ankoppelung an den Anker an der gegenüberliegenden Längsseite wird die zur Verfügung stehende Breite des Relais für die Feder voll ausgenutzt, wobei mit dem U-förmig angesetzten zweiten Federschenkel die Ankerbewegung zu der Kontaktstelle übertragen wird. Die Feder erhält also mit ihrem L-förmi­gen oder Z-förmigen ersten Federabschnitt und dem daran angesetzten U-förmigen zweiten Federabschnitt insgesamt eine Y-Form, die den zur Verfügung stehenden Kontaktraum optimal ausnutzt, um bei geringstem Platzbedarf eine mög­lichst geringe Federrate zu erreichen, andererseits aber auch die erforderlichen Kriech- und Luftstrecken zwischen der Kontaktstelle und dem Anker des Relais für das Schal­ ten von Starkstrom bzw. von hohen Spannungen zu gewähr­leisten. Durch den U-förmigen zweiten Federschenkel wird die Kontaktstelle aus der Lagerebene des Ankers heraus verlegt, so daß sich eine verhältnismäßig große Reibung zur Selbstreinigung und Prelldämpfung der Kontakte er­gibt.
  • Der erste und der zweite Schenkel der Kontaktfeder können beispielsweise einstückig aus einem Federmaterial mit gleichbleibender Dicke gebogen werden. Da für den U-för­migen zweiten Federschenkel eine größere Federrate als für den ersten Schenkel erwünscht ist, kann dieser zweite Federschenkel beispielsweise durch Sicken oder ähnliche Ausformungen etwas versteift werden.
  • Andererseits wäre es aber auch möglich, die beiden Feder­schenkel aus unterschiedlichem Blattfedermaterial vorzu­fertigen und miteinander durch Schweißen oder ähnliche Maßnahmen zu verbinden. Dabei können die beiden Feder­schenkel entweder aus unterschiedlichem Material mit un­terschiedlichen Federeigenschaften oder auch aus Feder­blechen mit unterschiedlicher Dicke hergestellt werden. So ist es auch möglich, den zweiten Federschenkel im Querschnitt so auszulegen, daß er die (durch den Schalt­lichtbogen) entstehende Wärme vom Kontakt gut ableitet; diese Wärme kann vom zweiten Federschenkel teilweise zum Anker abgeleitet werden, so daß der erste Federschenkel thermisch nicht belastet wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbei­spiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais in einer Seitenansicht, wobei das Gehäuse teilweise aufgeschnitten ist,
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf das Relais von Fig. 1 mit auf­geschnittener Gehäusekappe.
  • Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Relais besitzt ein Gehäuse, bestehend aus einem Sockel 1 und einer Kappe 2, in welcher ein Spulenkörper 3 mit Wicklung 4 und einem winkelförmigen Joch 5 angeordnet sind. Ein Spulenkern 6 ist einerseits an das Joch 5 angekoppelt und besitzt an seinem anderen Ende eine Polplatte 7, welche mit einem plattenförmigen Anker 8 einen Arbeitsluftspalt bildet. Dieser Anker 8 ist am freien Ende des Joches 5 gelagert, wobei eine auf das Joch aufgesetzte Lagerplatte 9 mit dem Joch eine Lagerkerbe bildet. Die Lagerplatte 9 ist mit seitlich angeformten Rastlappen 9a an Nasen 5a des Joches eingehängt. Am freien Ende der aus ferromagnetischem Fe­dermaterial bestehenden Lagerplatte 9 ist eine Lagerfeder 10 angeformt, welche mit einem nach oben gebogenen Feder­abschnitt 10a in eine Kerbe 11 des Ankers eingreift und diesen in die Lagerung drückt.
  • Die Breite des Relais wird durch den Durchmesser der Spu­le 3, 4 und die Dicke des Joches 5 bestimmt, welche ne­beneinander liegend die gesamte Breite zwischen den bei­den Seitenwänden der Gehäusekappe 2 einnehmen. Stirnsei­tig vor der Polplatte 7 und dem Anker 8 ist ein Kontakt­raum 12 vorgesehen, in welchem zwei Gegenkontaktelemente 13 und 14 sowie ein Anschlußelement 15 für eine Mittel-­Kontaktfeder 16 angeordnet und im Sockel, beispielsweise durch Steckbefestigung, verankert sind. Diese Mittelkon­taktfeder besteht aus zwei Federschenkeln, einem im we­sentlichen langgestreckten und an den Enden Z-förmig ab­gebogenen ersten Federschenkel 16a sowie einem im wesent­lichen U-förmig geformten zweiten Federschenkel 16b. Das Anschlußelement 15 für die Kontaktfeder ist so weit wie möglich an die eine Seitenwand 2a der Kappe 2 gerückt und im Sockel 1 etwa parallel zu dieser Seitenwand angeord­net. Der Federabschnitt 16a ist mit einem abgebogenen Be­festigungsabschnitt 16c an der Außenseite des Anschluß­elementes 15 befestigt, so daß von diesem Befestigungsab­schnitt 16c bis zum freien Ankerende mit dem Mitnehmer­ zahn 17 eine möglichst große Federlänge entsteht. Damit wird die Breite des Relais weitgehend für die Kontaktfe­der ausgenutzt. Das Ende 16d des Federschenkels 16a ist in der Nähe des freien Ankerendes mit dem U-förmigen Fe­derschenkel 16b verbunden, beispielsweise verschweißt. Dieser U-förmige Federschenkel 16b besitzt an einem Ende einen abgebogenen Mitnehmerlappen 16e, mit dem er in den Mitnehmerzahn 17 des Ankers 8 eingehängt ist. Das andere Ende des U-förmigen Kontaktfederschenkels 16b trägt den Mittelkontakt 18, der mit den Gegenkontakten 19 und 20 zusammenwirkt.
  • Die Kontaktfeder 16 muß zur Führung großer Ströme einen großen Querschnitt besitzen, was durch eine große Breite senkrecht zur Bildebene der Fig. 2 erreicht wird. Soweit die beiden Federschenkel 16a und 16b getrennt gefertigt und dann verbunden werden, können sie auch aus Federmate­rial unterschiedlicher Dicke oder auch aus Materialien unterschiedlicher Federeigenschaften bestehen. Wichtig ist, daß der Federschenkel 16a eine geringe Federrate be­sitzt, während die Federrate des Schenkels 16b größer sein sollte. Dies kann unter Umständen auch durch zusätz­liche Sicken oder sonstige Anformungen erreicht werden, insbesondere dann, wenn die beiden Federschenkel 16a und 16b aus demselben Material geformt bzw. einstückig herge­stellt werden. Zum Schalten großer Ströme kann es darüber hinaus auch zweckmäßig sein, das Anschlußelement 15 zu­sätzlich über eine Litze unmittelbar mit dem beweglichen Mittelkontakt 18 zu verbinden, um die Kontaktfeder 16 nicht übermäßig zu belasten.
  • Zur Erzielung der erforderlichen Kriech- und Luftstrecken zwischen dem Gegenkontakt 20 und dem Anker ist im Gehäuse eine Trennwand vorgesehen, welche im gezeigten Ausfüh­rungsbeispiel an der Kappe angeformt ist, in einer anderen Ausführungsform aber auch am Sockel vorgesehen sein könnte.

Claims (7)

1. Elektromagnetisches Relais mit einer von einem Kern (6) durchsetzten, mit ihrer Achse parallel zu einer Grundebene angeordneten Spule (3, 4), einem parallel zur Spulenachse neben der Wicklung (4) angeordneten Joch (5), mit einem flachen Anker (8), der an dem freien Jochende gelagert ist und mit dem freien Kernende (7) einen Ar­beitsluftspalt bildet und mit einer stirnseitig an der der Spule (4) entgegengesetzten Seite des Ankers (8) an­geordneten Kontaktanordnung mit mindestens einem festste­henden Gegenkontaktelement (13, 14) und einer mit dem An­ker (8) in Wirkverbindung stehenden Kontaktfeder (16), deren Anschlußelemente (13, 14, 15) in einem Grundkörper (1) verankert sind, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Kontaktfeder (16) im Bereich der einen, der Ankerlagerung benachbarten Seite des Grundkörpers (1) verankert ist, sich mit einem ersten Schenkel (16a) im wesentlichen über die gesamte Breite des Relaisinnenraums erstreckt und im Bereich der entge­gengesetzten Seite des Grundkörpers (1) mit dem freien Ankerende (17) gekoppelt ist, daß die Kontaktstellen (18, 19, 20) in der Nähe der zweiten Seite des Grundkörpers (1) liegen und daß ein zweiter Schenkel (16b) der Kon­taktfeder U-förmig vom freien Ankerende (17) zur Kontakt­stelle (18) verläuft.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der erste und der zweite Schenkel der Kontaktfeder (16) einstückig ausgebildet sind.
3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der erste Schenkel (16a) der Kon­taktfeder aus weichem und der zweite Schenkel (16b) aus hartem Federmaterial bestehen.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federrate des er­sten Schenkels (16a) der Kontaktfeder (16) durch unter­schiedliche Querschnittsgestaltung kleiner ist als die des zweiten Schenkels (16b).
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Federschen­kel (16b) durch Ausbildung von Sicken versteift ist.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (15) für die Kontaktfeder mit seiner Hauptebene parallel zur Längsseite des Sockels (1) in diesem verankert ist und daß die Kontaktfeder (16) an der Außenseite des An­schlußelementes (15) befestigt ist.
7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (16) von ihrem kontaktgebenden Ende (18) über ein flexibles Leiterelement zusätzlich mit ihrem Anschlußelement (15) verbunden ist.
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