Beschreibung
Elektromagnetisches Kleinrelais
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit
- einem Sockel aus Isolierstoff, welcher mit seiner Bodenseite eine Grundebene definiert und Festkontakte sowie Anschlüsse für bewegliche Kontaktfedern trägt,
- einem bezüglich der Grundebene oberhalb des Sockels angeordneten, langgestreckten Wippanker mit zwei beiderseits einer Drehachse angeordneten Ankerflügeln,
- einem isolierenden Federträger, der mit dem Anker verbunden ist und an beiden Längsseiten des Ankers jeweils eine Kontaktfeder trägt, wobei jede Kontaktfeder jeweils zwei Federarme bildet, die sich von der Einspannung in dem
Federträger jeweils entgegengesetzt zueinander neben einem Ankerflügel erstrecken und deren kontaktgebende freie Enden mit je einem Festkontakt zusammenwirken, wobei jede Kontaktfeder weiterhin ein aus dem Federträger austretendes Lagerband bildet, das mit einer im Sockel verankerten Anschlußstütze verbunden ist,
- einer mit ihrer Achse parallel zur Grundebene angeordneten Spule,
- einem axial in der Spule angeordneten Kern, an dessen Enden sich zum Anker gerichtete Polschuhe anschließen, welche jeweils mit einem Ankerende einen Arbeitsluftspalt bilden, und
- einer Dauermagnetanordnung, welche in beiden Polschuhen zwei gleichnamige Magnetpole und im Bereich der Ankerdrehachse einen dazu entgegengesetzten Magnetpol erzeugt.
Ein derartiges Relais ist beispielsweise in der EP 0 197 391 B2 beschrieben. Bei diesem bekannten Relais liegen die beiden beweglichen Kontaktfedern jeweils seitlich neben dem Anker und in einer Ebene mit diesem, während die Lagerbänder sich in Form von Torsionsstegen in Richtung der Drehachse nach
außen erstrecken und in der gleichen Ebene mit Anschlußstützen des Sockels verbunden sind. Das bedeutet, daß die Länge der Torsionsstege in die gesamte Breite des Relais eingeht.
Aus der EP 0 691 030 Bl ist ein ähnlich aufgebautes Relais bekannt, bei dem die Lagerbänder in einer zur Ankerlängsrichtung parallelen Richtung aus dem Federträger austreten und knapp neben dem Anker in einer zur Grundebene senkrechte Richtung gebogen sind, um an den dazu parallel verlaufenden Lagerstützen befestigt zu werden. Um in diesem Fall die Breite des Relais zu begrenzen, sind die beweglichen Kontaktfedern selbst unterhalb des Ankers angeordnet; dies wirkt sich allerdings wiederum auf die Bauhöhe des Relais aus.
Diese bekannten Relais sind sowohl im Magnetsystem als auch im Kontaktsystem symmetrisch aufgebaut und daher grundsätzlich für eine bistabile Schaltcharakteristik prädestiniert. Vielfach ist jedoch ein monostabiler Betrieb erwünscht. Diese monostabile Charakteristik kann beispielsweise durch unsymmetrischen Abgleich des Dauermagneten, durch einseitige Trennbleche in den Arbeitsluftspalten bzw. durch einseitige Federvorspannung für den Anker eingestellt werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Relais der eingangs genannten Art zum Zweck einer weiteren Miniaturisierung noch kompakter aufzubauen und dabei eine monostabile Charakteristik konstruktiv vorzugeben, wobei ein durch die konstruktive Unsymmetrie gewonnener Freiraum sinnvoll für die Unterbringung von Spulen- bzw. Kontaktanschlußelementen genutzt werden soll, um insgesamt die Baugröße des Relais verkleinern zu können.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei dem Relais der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß von den beiden
Ankerflügeln der zweite eine geringere Breite aufweist als der erste und die Kontaktfederanordnung im Bereich des zweiten Ankerflügels an dessen geringere Breite angepaßt ist.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird eine
MonoStabilität des Magnetsystems dadurch erreicht, daß der Anker zwei Flügel unterschiedlicher Breite aufweist und der dadurch gewonnen Raum jedoch nicht ungenutzt in dem generell quaderförmigen Gehäuse bleibt, sondern die Kontaktfederarme neben dem schmäleren Ankerflügel - soweit dort welche vorhanden sind - auch nach innen versetzt werden, so daß in diesem Bereich beispielsweise Spulenanschlüsse vorbeigeführt werden können und insbesondere auch die Lagerbänder für den Anker, die gleichzeitig als Anschlüsse für die Kontaktfedern dienen, keine zusätzliche Breite der Gesamtkonstruktion benötigen. Vorzugsweise werden auch die Polschuhe an die entsprechend unterschiedlich breiten Ankerflügel angepaßt, so daß der dem zweiten Ankerflügel zugeordnete Polschuh eine verminderte Breite mit einer entsprechend geringeren Polfläche als der dem ersten Ankerflügel zugewandte Polschuh aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Relais sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 zwei Hauptbaugruppen, eine Magnetbaugruppe und eine Sockelbaugruppe, die zusammen ein erfindungsgemäßes Relais bilden,
Figur 2 ein fertig zusammengebautes Relais mit umspritztem Magnetsystem, teilweise aufgeschnitten, in perspektivischer Darstellung, Figur 3 die Magnetbaugruppe von Figur 1 in Einzelteilen (ohne Wicklung) ,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung der Magnetkreisteile des Relais von Figur 1 (ohne Spulenkörper) ,
Figur 5 die Anker-Kontaktfeder-Baugruppe von Figur 1 vor dem Zusammenbau und
Figur 6 die Ankerbaugruppe mit dem Sockel des Relais von Figur 1 vor dem Zusammenbau.
Das in den Figuren 1 bis 6 gezeigte Relais besteht aus zwei großen Baugruppen, die in Figur 1 gezeigt sind, nämlich aus einer Magnetbaugruppe 1 und einer Sockelbaugruppe 2, die aufeinandergesteckt werden und dann das vollständige Relais ergeben. Die Magnetbaugruppe 1 wird dabei zunächst mit einer Kunststoff-Umhüllung 3 (Figur 2) umspritzt, so daß durch Aufeinanderstecken und Verkleben ein dichtes Gehäuse gebildet wird. Im einzelnen besitzt die Magnetbaugruppe 1 als Träger gemäß Figur 3 einen Spulenkörper 10 mit zwei Flanschen 11 und 12, zwischen denen als Wicklungsträger zwei Stege 13 verlaufen. In den Spalt 13a zwischen diesen beiden Stegen 13 kann von unten ein Kern 14 eingeschoben werden. Eine Wicklung 15 (Figur 1) wird dann auf den durch die Stege 13 und den Kern 14 gebildeten Wicklungsträger aufgebracht. Im Flansch 11 sind außerdem zwei Spulenanschlußstifte 16 verankert; diese erstrecken sich senkrecht zu einer Grundebene 4 neben nach innen versetzten Sockelabschnitten 49 der Sockelbaugruppe 2 zur Unterseite des fertigen Relais.
Der Kern 14 bildet mit U-förmig umgebogenen Enden jeweils Polschuhe 17 und 18, die gegenüber einem noch zu beschreibenden Anker Polflächen 17a und 18a bilden. Dabei ist der erste Polschuh 17 breiter ausgeführt als der zweite Polschuh 18, so daß die von dem ersten Polschuh gebildete Polfläche 17a ebenfalls größer ist als die Polfläche 18a des zweiten Polschuhs. Zwischen den beiden Polschuhen 17 und 18 ist ein Dauermagnet 20 eingefügt (siehe auch Figur 4), der in Anpassung an die unterschiedlich breiten Polschuhe 17 und 18 ebenfalls zwei Abschnitte unterschiedlicher Breite aufweist, nämlich einen ersten Magnetabschnitt 21 mit größerer Breite und einen zweiten Magnetabschnitt 22 mit geringerer Breite. Der Dauermagnet 20 ist in bekannter Weise der Länge nach
dreipolig aufmagnetisiert, so daß er an beiden Enden zwei gleichnamige Pole, im Beispiel Südpole S und in der Mitte einen entgegengesetzten Pol, im Beispiel einen Nordpol N, aufweist. Entsprechend erzeugt er in den beiden Polschuhen 17 und 18 ebenfalls Südpole S, während ein noch zu beschreibender Anker 24 unterhalb des mittleren Nordpols N gelagert ist.
Der bereits erwähnte Anker 24 ist gemäß Figur 1 Teil der Sockelbaugruppe und er soll nunmehr anhand von Figur 5 zusammen mit der Kontaktfedereinheit beschrieben werden. Dieser Anker 24 ist als Wippanker mit zwei Ankerflügeln 25 und 26 ausgebildet, zwischen denen er einen dachförmig geprägten Mittelabschnitt 27 besitzt, mit dem er unterhalb des Mittelpols N des Dauermagneten 20 (unter Einhaltung eines mehr oder weniger großen Lagerluftspaltes) gelagert bzw. ohne besondere Lagerung um eine Drehachse 6 schwenkbar angeordnet ist. Der Ankerflügel 25 besitzt die gleiche Breite wie der Polschuh 17, mit dem er einen ersten Arbeitsluftspalt 7 bildet; der Ankerflügel 26 ist ebenso in der Breite reduziert wie der Polschuh 18, mit dem er einen zweiten Arbeitsluftspalt bildet.
Eine mit dem Anker verbundene Kontaktfeder-Baugruppe 28 besitzt einen aus Kunststoff bestehenden Federträger 29, der zwei voneinander getrennte Kontaktfedern 30 und 31 durch Umspritzung verbindet. Jede der beiden Kontaktfedern besteht aus zwei entgegengesetzt zueinander aus der Umhüllung des Federträgers 29 austretenden Federarmen, nämlich die Kontaktfeder 30 aus einem ersten Federarm 32 und einem dazu seitlich versetzten zweiten Federarm 33, die zweite Kontaktfeder 31 aus einem ersten Federarm 34 und einem ebenfalls seitlich nach innen versetzten zweiten Federarm 35. Außerdem besitzt jede Kontaktfeder noch ein Lagerband 36 bzw. 37, welches fluchtend mit dem ersten Federarm 32 bzw. 34, jedoch entgegengesetzt zu diesem, aus dem Federträger 29 austritt und in eine zur Grundebene senkrechte Ebene nach
oben gebogen ist, wo es über einen Befestigungslappen 36a bzw. 37a an einer Anschlußstütze 46a bzw. 47a des Sockels, beispielsweise durch Schweißen, befestigt ist. Jeder der Federarme 32,33,34 und 35 ist am freien Ende zur Doppelkontaktgabe gabelförmig gespalten und an jedem
Gabelende mit einem Kontaktstück in üblicher Weise versehen.
Der Federträger 29 bildet außerdem im Bereich zwischen den beiden Kontaktfedern 30 und 31 eine wannenförmig gestaltete Aufnahme 38 für den Anker 24. Diese Aufnahme 38 ist mit ringsum hochgezogenen Isolierwänden 39 versehen, so daß auch bei sehr kleinen Bauabständen eine ausreichende Isolierung zwischen den Kontaktfedern 30 und 31 einerseits und dem Anker 24 andererseits gewährleistet ist. Die Ankeraufnahme 38 ist mit ihren Innenabmessungen im übrigen exakt an die Kontur des Ankers angepaßt, so daß im Bereich des schmäleren Ankerflügels 26 auch die Isolierwände 39 nach innen versetzt sind und die nach innen versetzte Anordnung der zweiten Federarme 33 und 35 ermöglichen. Auf diese Weise wird seitlich von den Federarmen 33 und 35 Platz geschaffen für die Anordnung der Spulenanschlußstifte 16. Auch können auf diese Weise die Lagerbänder 36 und 37 neben den Federarmen 33 und 35 aus der gleichen Blechplatine geschnitten werden. Im übrigen werden beide Kontaktfedern mit ihren Federarmen und den Lagerlappen aus einer gemeinsamen Platine vorgefertigt und zur Bildung der Federbaugruppe 28 mit Kunststoff umspritzt. Der Anker 24 wird in der Aufnahme 38 durch entsprechende Gestaltung der Seitenwände 39 formschlüssig gehalten.
Die mit dem Anker verbundene Federbaugruppe 28 ist in Figur 6 noch einmal komplett gezeigt, wie sie mit einem Sockel 40 zu der Sockelbaugruppe gemäß Figur 1 zusammengesetzt wird. Der Sockel 40 besitzt einen flachen Boden 41, dessen Unterseite die Grundebene 4 definiert. In dem Sockel 40 sind aus einer Platine freigeschnittene Kontakt-Anschlußbahnen durch Umspritzen mit Kunststoff verankert. Im vorliegenden Beispiel
handelt es sich um Festkontaktträger 42,43,44 und 45, die jeweils unterhalb der beweglichen Federarme 32,33,34 und 35 liegen und an ihren Enden jeweils Festkontaktstücke tragen. Außerdem sind zwei Kontaktfederanschlüsse 46 und 47 in dem Sockel verankert, welche nach oben senkrecht abgewinkelte
Anschlußstützen 46a und 47a bilden. An diesen Anschlußstützen 46a und 47a werden bei der Montage die Befestigungslappen 36a und 37a angeschweißt. Da die Befestigungsflächen zwischen den Anschlußstützen und den Befestigungslappen senkrecht zur Grundebene verlaufen, können die Lagerbänder mit ihren
Anschlußlappen in der Höhe so ausgerichtet werden, daß die Kontaktfedern den richtigen Kontaktabstand zu den jeweiligen Festkontaktträgern bzw. deren Kontaktstücken einnehmen; nach der entsprechenden Ausrichtung werden die Befestigungslappen verschweißt. Es ist aber auch möglich, bei der Befestigung der Federbaugruppe 5 diese zusammen mit dem Anker 24 um einen bestimmten Winkel um die Ankerdrehachse zu verschwenken und so bereits bei der Befestigung eine Vorzugsstellung einzustellen, so daß auf diese Weise ein monostabiles Schaltverhalten voreingestellt oder zusätzlich verstärkt wird. Die Befestigung kann mittels Widerstandschweißung, Laserschweißung oder auch auf andere Weise erfolgen.
Die Dimensionierung der Lagerbänder 36 und 37 gestattet es, eine gewünschte Federrate unabhängig von der Dicke der Kontaktfedern einzustellen. Die vertikale Anbindung der Lagerbänder ergibt außerdem eine hohe Stoßfestigkeit des Relais. Die im Sockel verankerten Kontaktanschlußelemente 42 bis 47 besitzen außerdem jeweils einen nach unten abgebogenen Anschlußstift 42a bis 45a bzw. 46b und 47b. Wie in Figur 2 zu sehen ist, können die Anschlußstifte auch rechtwinkelig zum Zweck der Oberflächenmontage abgebogen werden.
Zur Komplettierung des dargestellten Relais wird das Magnetsystem 1 gemäß Figur 1, das vorzugsweise gemäß Figur 2 umspritzt wird, auf die Sockelbaugruppe 2 geschoben. Dabei sind am Sockel Seitenwände 48 so angeordnet, daß das
umspritzte Magnetsystem zwischen ihnen festklemmt. Am Spulenflansch 11 sind außerdem nach unten ragende Ansätze 11a mit den in ihnen geführten Spulenanschlußstiften 16 so bemessen, daß sie über nach innen versetzte Sockelabschnitte 49 greifen und ebenfalls zur Fixierung beitragen. Beim
Aufschieben der Magnetbaugruppe 1 auf die Sockelbaugruppe 2 wird außerdem der Luftspalt zwischen dem Mittelabschnitt 27 des Ankers und dem Mittelpol des Dauermagneten 20 (auf annähernd 0) eingestellt. Anschließend werden die verbleibenden Spalte zwischen den Baugruppen des
Relaissystems mit Gießharz abgedichtet. Ein anschließender magnetischer Abgleich des Dauermagneten 20 stellt sicher, daß das Relais bei einer gewünschten Spannung anspricht bzw. rückfällt.
Die Funktion des Relais ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres aus der Konstruktion; sie ist im übrigen grundsätzlich ähnlich wie bei den bekannten Relais mit Wippanker.