ELEKTROMAGNETISCHES RELAIS

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais

• mit einem Sockel aus Isolierstoff, der mit einer Bodenplatte eine Grundebene definiert und der Teil eines geschlossenen Gehäuses ist,
• mit in dem Sockel verankerten Festkontaktelementen, die jeweils eine zur Außenseite des Gehäuses geführte Anschlußfahne und einen in dem Gehäuseinneren jeweils einseitig eingespannten, sich freitragend parallel zur Grundebene erstreckenden Kontaktträgerabschnitt aufweisen,
• mit mindestens einer mit jeweils einem Kontaktträgerabschnitt zusammenwirkenden Kontaktfeder, die ebenfalls mit einer zur Gehäuseaußenseite geführten Anschlußfahne verbunden ist, und
• mit einem oberhalb des Sockels in dem Gehäuse angeordneten Elektromagnetsystem mit Spule, Kern und Anker zur Betätigung der mindestens einen beweglichen Kontaktfeder.

Derartige Systeme mit im Sockelbereich angeordneten Festkontaktelementen werden beispielsweise bei Miniaturrelais angewendet, wobei die Kontaktfedern unmittelbar mit einem Wippanker verbunden sind, der seinerseits durch ein vorzugsweise polarisiertes Magnetsystem betätigt wird. Da bei solchen Relais für Schwachstromanwendungen auch sehr geringe Kontaktabstände vorgesehen sind, müssen diese auch bei der Fertigung mit sehr engen Toleranzen eingestellt werden.

So ist aus der EP-A-0 423 834 ein Relais der genannten Art bekannt, bei dem die Festkontaktelemente in einem Sockel derart verankert sind, daß die Kontaktträgerabschnitte zunächst frei an den Stirnseiten des Sockels hervortreten. Auf diese Weise sind sie im Verlauf der Fertigung für den Angriff von Justierwerkzeugen zugänglich. Allerdings ist es bei dem dortigen Relais dann erforderlich, beim weiteren Zusammenbau die freigesparten Sockelenden durch zusätzliche kappenartige Sokkelteile abzudecken, damit der so ergänzte Sockel zusammen mit einer Kappe ein geschlossenes Gehäuse bilden kann. Dieses Gehäuse kann dann in bekannter Weise mit Vergußmasse bzw. einem aushärtbaren Kleber abgedichtet werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Relais der oben genannten Art insbesondere auch nach dem Verschluß des Gehäuses Veränderungen auftreten, die größer sein können als die ursprünglich vorhandenen und durch die erwähnte Justierung bei der Fertigung behebbaren Abweichungen. Ursachen für diese Veränderungen sind Verspannungen und Relaxationen, die bei Tempervorgängen, also insbesondere beim Vergießen und beim Aushärten der Vergußmasse, auftreten und die bei polarisierten Relais unter Einwirkung der Magnetkraft des Dauermagneten auf den Anker noch verstärkt werden. Die entsprechenden Entspannungsvorgänge müssen während des Fertigungsprozesses erfolgen, damit im späteren Einsatz des Relais keine nachträglichen Kennwertänderungen auftreten.

Ziel der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, bei dem noch nach dem Zusammenbau aller Konstruktionsteile, nach dem Schließen des Gehäuses und nach der Abdichtung aller Zwischenkonstruktions- und Gehäuseteilen bestehenden Spalte eine Justierung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Relais der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Bodenplatte jeweils im Bereich unterhalb eines jeden Kontaktträgerabschnittes eine zur Außenseite offene fensterförmige Aussparung aufweist. Auf diese Weise kann der Kontaktträgerabschnitt durch die Aussparung hindurch auch nach dem Zusammenbau des Relais noch zur Justierung gebogen werden, wobei vorzugsweise eine Sollbiegestelle in der Nähe der Einspannung des Kontaktträgerabschnittes vorgesehen ist.

Anstelle der Anbindung über eine Sollbiegestelle kann der Kontaktträgerabschnitt auch über Torsionsstege schwenkbar etwa in der Mitte zwischen zwei freien Enden aufgehängt sein. In diesem Fall wird der Festkontakt durch Torsion dieser Aufhängung wahlweise nach oben oder unten bewegt, je nach dem, an welches Ende des Kontaktträgerabschnittes ein Justierstift angesetzt wird.

Zweckmäßigerweise ist die Form der Aussparung mehr oder weniger genau an die Umfangskontur des jeweiligen Kontaktträgerabschnittes angepaßt, so daß dieser Kontaktträgerabschnitt die Aussparung zur Gehäuseinnenseite weitgehend abdeckt. Auf diese Weise kann die Aussparung nach der Justierung mit einem Tropfen eines Klebers abgedichtet werden, ohne daß dieser Kleber in das Gehäuseinnere verläuft.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Relais besteht darin, daß nach der Montage des Elektromagnetsystems auf dem mit dem Kontaktelement versehenen Sockel und nach dem bekannten Verschließen und Abdichten des Gehäuses - mit Ausnahme der Aussparungen unterhalb der Kontaktträgerabschnitte - der jeweilige Kontaktträgerabschnitt zur Einstellung eines vorgegebenen Kontaktabstandes gegenüber einem zugehörigen beweglichen Kontaktelement mittels eines durch die Aussparung des Sockels greifenden Justierwerkzeuges in seiner Winkelstellung gegenüber der Einspannstelle deformiert wird.

In erster Linie erfolgt diese Justierung mittels eines Einstellstiftes, der den einseitig eingespannten Kontaktträgerabschnitt zum Gehäuseinneren hin drückt und deformiert. Es werden also in diesem Fall bei der Fertigung die Toleranzen zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Kontaktträgerabschnitte etwas zur Außenseite hin vorgebogen sind. Grundsätzlich ist aber nicht auszuschließen, daß mit geeigneten Werkzeugen auch nachträglich noch eine Biegung der Kontaktträgerabschnitte nach außen hin vorgenommen wird. Dies kann entweder durch hakenförmige Justierwerkzeuge geschehen, die bei entsprechend großer Bemessung der Aussparung an dem Kontaktträgerabschnitt angreifen und diesen nach außen ziehen, oder es könnten auch mit Saugkräften an der Außenseite des Kontaktträgerabschnittes angreifende Justierwerkzeuge verwendet werden. Bei der Aufhängung des Kontaktträgerabschnittes über Torsionsstege ist ohnehin eine Justierung nach zwei Richtungen möglich.

Wesentlich bei der Erfindung ist, daß der Einstellvorgang zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das Relais nahezu fertiggestellt ist. Das heißt, daß das Relais bereits komplett montiert, gegebenenfalls auch magnetisiert, vergossen und getempert ist. Alle Relaxations- und Verspannungsvorgänge sind also bereits abgeschlossen. Die nachträglich allein noch notwendige Abdichtung der Aussparungen kann mit dem ohnehin notwendigen Abdichten von Lüftungslöchern vorgenommen werden; durch das Einfüllen eines Klebers, beispielsweise eines UV-Klebers, in die Aussparungen werden auch die justierten Kontaktträgerabschnitte endgültig fixiert.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

• Figur 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes polarisiertes Miniaturrelais in einem Längsschnitt,
• Figur 2 eine stirnseitige Ansicht auf das Relais von Figur 1 mit aufgeschnittener Kappe und teilweise geschnittenen Teilen,
• Figur 3 eine Ansicht auf die Sockeloberseite des Relais von Figur 1,
• Figur 4 eine Ansicht auf die Sockelunterseite des Relais von Figur 1,
• Figuren 5 bis 8 eine Detailansicht auf einen Kontaktträgerabschnitt des Relais von Figur 1 in verschiedenen Fertigungs-bzw. Justierphasen,
• Figur 9 eine Detailansicht des Ankers und der Kontaktanordnung aus Figur 2 mit einem zusätzlichen Prüfstift,
• Figuren 10 bis 12 eine Detailansicht auf einen Kontaktträgerabschnitt mit mittiger Aufhängung über Torsionsstege in verschiedenen Justierphasen und
• Figur 13 eine Detailansicht eines Kontaktträgerabschnittes mit zusätzlich befestigter Kontaktfeder.

Das in der Zeichnung dargestellte polarisierte Relais besitzt einen an sich bekannten Aufbau. Ein Sockel 1 bildet eine Bodenplatte 2, die eine Grundebene des Relais definiert, sowie teilweise umlaufende Seitenwände 3. In dem Sockel sind aus einer gemeinsame Platine gestanzte Festkontaktelemente 4 eingebettet, die zur Unterseite der Bodenplatte austretende Anschlußfahnen 5 bilden. An ihren Enden bilden diese Festkontaktelemente 4 jeweils Kontaktträgerabschnitte 6, die jeweils einen Festkontakt 7 tragen.

Unterhalb eines jeden Kontaktträgerabschnittes 6 ist in der Bodenplatte eine Aussparung 8 vorgesehen, über der sich der jeweilige Kontaktträgerabschnitt 6 freitragend erstreckt. Dabei sind die Umfangskonturen der Aussparung 8 und des Kontaktträgerabschnittes 6 ohne Zwischenraum oder mit geringem Spiel so aneinander angepaßt, daß das freie Ende des Kontaktträgerabschnittes in die Aussparung 8 hineinbewegt werden kann. In der Nähe seiner Einspannstelle besitzt jedes Kontaktelement 6 außerdem eine Kerbe 9, die eine Sollbiegestelle bildet.

Eine Kappe 10 bildet zusammen mit dem Sockel 1 ein geschlossenes Gehäuse, in welchem im oberen Bereich ein Magnetsystem mit einer Spule 11 auf einem Spulenkörper 12, einem stabförmigen Kern 13 sowie zwei Jochen 14 und 15 angeordnet ist. Zwischen den freien Enden der Joche ist ein stabförmiger, dreipoliger Dauermagnet 16 angeordnet, an dessen Mittelpol N über ein Lagerblech 17 ein langgestreckter Anker 18 gelagert ist. Über einen Kunststoffträger 19 sind an dem Anker 18 zwei Mittelkontaktfedern 20 befestigt, die jeweils an zwei Federenden 21 bewegliche Kontakte 22 tragen. Jeder der beweglichen Kontakte 22 liegt über einem Festkontakt 7 und wird entsprechend der Wippbewegung des Ankers 18 wahlweise mit diesem zusammengeschaltet. Die beiden Kontaktfedern besitzen jeweils seitlich abgebogene Anschlußfahnen 23, die in Figur 1 nur angedeutet sind und auf nicht näher gezeigte Weise auch als Lagerbänder für den Anker dienen. Der Aufbau und die Funktion eines derartigen Relais sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht weiter erläutert zu werden.

Bei der Fertigung des Relais wird zunächst der Anker 18 auf dem Sockel 1 angeordnet und befestigt, danach wird das Magnetsystem aufgesetzt und mit dem Sockel verbunden. Die Kappe 10 schließt das Gehäuse und wird auf bekannte Weise abgedichtet; dabei kann auch die Spule beispielsweise in dem Gehäuse vergossen werden.

Auch wenn bei der Montage des Ankers mit den Kontaktfedern 20 die Kontaktabstände zwischen den Festkontakten 7 und den beweglichen Kontakten 22 eingestellt werden, können sie sich im Lauf der weiteren Fertigung, insbesondere durch Temperaturänderungen beim Abdichten des Relais, wieder in unerwünschter Weise ändern. Aus diesem Grund kann über die Aussparungen 8 auch nach dem Verschluß des Gehäuses eine Justierung der Kontaktabstände vorgenommen werden. Zu diesem Zweck wird über Justierstifte 24 jeweils von unten auf die Kontaktträgerabschnitte 6 gedrückt, bis der Kontaktabstand den vorgegebenen Wert erreicht hat.

Der Einstellvorgang ist anhand der Figuren 5 bis 8 zu sehen. Gemäß Figur 5 ist der Kontaktträgerabschnitt 6 genau parallel zur Grundebene in der Bodenplatte 2 angeordnet. Der Rand der Aussparung 8 ist so ausgebildet, daß sich der Kontaktträgerabschnitt 6 um die durch die Kerbe 9 gebildete Sollbiegestelle sowohl nach unten zur Sockelaußenseite gemäß Figur 6 als auch nach oben zur Sockelinnenseite gemäß Figur 7 schwenken läßt. Da es einfacher ist, mit den in Figur 1 gezeigten Justierstiften 24 lediglich von außen auf die Kontaktträgerabschnitte zu drücken und sie so gemäß Figur 7 zur Innenseite zu biegen, kann es ratsam sein, die Kontaktträgerabschnitte 6 vor dem Zusammenbau des Relais gemäß Figur 6 etwas nach außen zu biegen, so daß die endgültige Justierung nach dem Zusammenbau in einer Biegung zur Innenseite erfolgen muß. Denkbar wäre es aber auch, am zusammengebauten Relais mit speziellen Justierwerkzeugen den Kontaktträgerabschnitt gemäß Figur 6 nach außen zu biegen. Nach der Justierung wird in die Aussparung 8 jeweils ein Kleber 25 eingefüllt, der den justierten Kontaktträgerabschnitt fixiert und das Gehäuse endgültig abdichtet. Dieser Kleber ist zweckmäßigerweise selbstaushärtend, so daß eine erneute Erhitzung des gesamten Gehäuses nicht notwendig ist.

wie in Figur 4 außerdem zu erkennen ist, kann der Kleber in eine Mulde 28 eingefüllt werden, von der er dann gleichzeitig in ein ohnehin erforderliches Lüftungsloch 27 und in die Aussparung 8 fließt.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Relais kann der Justiervorgang etwa in folgender Weise ablaufen: wenn der Dauermagnet 16 des polarisierten Systems aufmagnetisiert ist, liegt der Anker nicht in der dargestellten Mittelstellung, sondern er liegt mit einem Ende an einem Joch, beispielsweise an dem Joch 14, an. In diesem Fall sollte die Kontaktfeder 21 mit dem beweglichen Kontakt 22 auf der entgegengesetzten Seite, also in Figur 1 auf der rechten Seite, an dem Festkontakt 7 anliegen. Ist dies nicht der Fall, so wird über den Justierstift 24 der Kontaktträgerabschnitt 6 soweit nachgedrückt, bis die Kontaktgabe zum beweglichen Kontakt 22 erfolgt. Dies kann über die Kontaktanschlüsse gemessen werden. Danach wird ein dem Mindestüberhub entsprechender Weg zusätzlich nachgestellt. Damit ist die untere Grenze der Abbrandsicherheit gewährleistet. Danach wird das Relais umgeschaltet, so daß die entgegengesetzte Kontaktseite ebenfalls auf die gleiche Weise justiert werden kann.

Durch das Nachbiegen der Kontaktträgerabschnitte 6 kann auch jeweils ein Ansprechwert eingestellt werden. In diesem Fall wird das Relais mit einem rampenförmig ansteigenden oder abfallenden Wert erregt, bis es umschaltet. Liegt der im Ansprechzeitpunkt gemessene Eregungswert nicht in einem Sollbereich, so kann durch Nachstellen der Kontaktträgerabschnitte die Rückstellkraft auf der betreffenden Seite erhöht werden, so daß das Relais bei geringerer bzw. entsprechend bei höherer Erregung umschaltet.

Es ist aber auch möglich, mechanische Werte an dem verschlossenen Relais zu messen und entsprechend die Kontaktträgerabschnitte nachzujustieren. Dies ist beispielsweise mittels eines Meßstiftes 26 möglich, der durch das Lüftungsloch 27 unterhalb des Ankers eingeführt wird und diesen mechanisch umschaltet. Bei diesem Vorgang kann eine Kraft-Weg-Messung durchgeführt werden, die dann ihrerseits Grundlage für eine Nachjustierung der Kontaktträgerabschnitte sein kann.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Prinzip nicht auf das beispielshalber dargestellte polarisierte Wippankerrelais beschränkt ist, sondern daß vielmehr eine derartige Anordnung von Festkontaktelementen und eine entsprechende Justierung am geschlossenen Gehäuse auch bei anderen Relaiskonstruktionen und bei anderen polarisierten oder neutralen Magnetsystemen vorgesehen werden kann.

Durch das Nachjustieren können auch Verspreizungen zwischen den beiden Kontaktfedern 21 einzeln kompensiert werden. Wenn beispielsweise durch eine Verspreizung der Kontaktfedern die Kontaktabstände al und a2 in Figur 9 unterschiedlich sind, was durch elektrische Messung des Schließzeitpunktes festgestellt werden kann, kann durch unterschiedliches Nachbiegen der Kontaktträgerabschnitte 6 auf beiden Seiten ein gleicher Kontaktabstand hergestellt werden.

In den Figuren 10 bis 12 ist eine weitere Ausführungsform eines Kontaktträgerabchnittes analog zu den Figuren 5 bis 7 dargestellt. In diesem Fall ist ein Kontaktträgerabschnitt 28 über der Aussparung 8 mit beiden Enden freigeschnitten und in seiner Mitte beiderseits über Torsionsstege 29 an das Festkontaktelement 4 angebunden. In der Zeichnung ist ein Schnitt durch einen der Torsionsstege 29 gezeigt. Somit kann bei dieser Ausführungsform mit dem Justierstift 24 wahlweise auf das eine Ende unterhalb des Festkontakts 7 gemäß Figur 11 oder auf das andere Ende gemäß Figur 12 gedrückt werden. Dementsprechend wird der Festkontakt nach oben oder nach unten bewegt, wobei die Torsionsstege 29 bleibend deformiert werden. Die Aussparung 8 kann dann in gleicher Weise wie gemäß Figur 8 vergossen werden.

Figur 13 zeigt noch in weiterer Abwandlung einen Kontaktträgerabschnitt 30, an dem der Festkontakt 7 nicht unmittelbar, sondern über eine Kontaktfeder 31 befestigt ist. Im übrigen ist dieser Kontaktträgerabschnitt 30 in gleicher Weise justierbar wie der Kontaktträgerabschnitt 6 gemäß den Figuren 1 bis 8.