Elektromagnetisches Relais

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais

• mit einem Grundkörper in Form eines Spulenkörpers aus Kunststoff, der in seinem Inneren einen Kontaktraum bildet und an dessen beiden Enden Flansche angeformt sind,
• mit zwei ebenen Polblechen, welche in dem Grundkörper in einer gemeinsamen Ebene verankert sind, sich im Kontaktraum mit ihren freien Enden auf Abstand gegenüberstehen und jeweils im Bereich eines Spulenflansches zumindest an einer Seite quer zu ihrer Längserstreckung angeformte Anschlußelemente aufweisen, die in der gleichen Ebene aus dem Grundkörper austreten,
• mit einem flachen Kontaktanker, der über einen Ankerträger in Form einer ebenen Blattfeder im Kontaktraum gehalten ist und bei Erregung des Relais die freien Enden der Polbleche überbrückt, und
• mit in den Spulenflanschen verankerten Spulenanschlußelementen.

Ein Relais mit dem obengenannten Aufbau ist aus der US-A-4,206,432 bekannt. Als Grundkörper dient dort ein einteiliger Spulenkörper mit axial durchgehendem Kontaktraum, in welchem Polbleche oder Joche von den beiden offenen Stirnseiten her in entsprechende Nuten eingeschoben sind. Jeweils an einem der Joche ist über eine Ankerfeder ein Anker befestigt, der den Luftspalt zwischen zwei fluchtenden Polblechen überbrückt. Die eigentliche Kontaktgabe erfolgt allerdings nicht über den Anker selbst, sondern über die Ankerfeder, die als Kontaktfeder über das freie Ende des Ankers hinaus verlängert ist und mit einem auf dem Gegenpolblech befestigten Kontakt zusammenarbeitet. Obwohl dort der Anker als getrenntes Teil zwei Polbleche überbrückt, handelt es sich nicht um einen Brückenkontakt, da der Anker auf dem einen Polblech abrollt und auch im Öffnungsfall keine doppelte Stromunterbrechung erfolgt.

Aus der DE-A-20 59 390 ist ein Mehrfachkontakt für ein Reed-Relais bekannt, der einen zweiteiligen Grundkörper aufweist. Dort sind in dem einen Gehäuseteil mehrere Polblechpaare in einer Ebene angeordnet und mit Glasfritte umpreßt. Außerdem ist jedem Polblechpaar ein Anker zugeordnet, der mittels einer Ankerrückstellfeder mit dem einen Polblech verbunden ist. Der dort gezeigte Mehrfachkontakt ist allerdings noch kein vollständiges Relais, da beispielsweise eine Spulenwicklung fehlt und das Kontaktgehäuse nicht unmittelbar zur Aufnahme einer Wicklung ausgebildet ist. Außerdem stehen die Fortsätze der Kontaktelemente als Flußleitbleche entgegengesetzt zueinander stirnseitig aus dem Gehäuse hervor. Beim Einsatz in einem Relais müßten sie also erst zusätzlich mit Anschlüssen versehen werden. Es handelt sich also dort um eine herkömmliche Reed-Kontaktanordnung, und ein damit aufgebautes Relais wäre sowohl vom Bauvolumen als auch von dem Fertigungsaufwand her nicht optimal. Da außerdem jeweils der Anker mit einem der Polbleche unmittelbar verbunden ist, sind die Einsatzmöglichkeiten eines derartigen Schalters begrenzt; insbesondere sind derartige herkömmliche Reed-Kontakte zum Schalten hoher Leistungen in der Regel nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es mit wenigen einfachen Teilen sowie einfachen Arbeitsgängen herstellbar ist, bei geringem Volumen ein hohes Schaltvermögen aufweist und zum Abschalten hoher Spannungen entweder als Brückenkontakt ausgebildet oder nach Bedarf ohne wesentliche konstruktive Änderung auch mit einem Vorlaufkontakt versehen werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Grundkörper aus zwei Teilen besteht, welche mit einander zugewandten, muldenförmigen Ausnehmen den ringsum geschlossenen Kontaktraum bilden, daß die Anschlußelemente im Bereich einer Längsseite aus dem jeweiligen Spulenflansch austreten und außerhalb des Grundkörpers zur Anschlußseite des Relais gebogen sind und daß der Ankerträger in der Trennfläche zwischen den beiden Grundkörperteilen parallel zu der Ebene der Polbleche gehalten ist und über einen sich in den Kontaktraum erstreckenden Abschnitt den Anker trägt.

Bei dem erfindungsgemäßen Relais sind also alle Blechteile eben ausgeführt, wobei lediglich die beiden Polbleche in den einen Grundkörperteil eingesetzt, beispielsweise eingebettet oder eingesteckt, zu werden brauchen. Der als ebenes Plättchen ausgebildete Anker und der ebenfalls ebene Ankerträger können vor der Montage miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen. Der Ankerträger wird bei der Montage zwischen die beiden Grundkörperteile eingeklemmt, wodurch der Anker den vorgegebenen Luftspalt bzw. Kontaktabstand zu den beiden ebenen Polblechen erhält.

Durch die getrennte Einspannung des Ankers über seinen Träger parallel zu den Polblechen entsteht ein Brückenkontakt, der zum Abschalten hoher Spannungen geeignet ist. Die einfach gestalteten Schaltelemente, nämlich die Polbleche und der Anker, können mit geeigneten Beschichtungsverfahren, wie z. B. Lasergalvanisieren, mit geeigneten Kontaktschichten für das Schalten hoher Ströme versehen werden. Da bei der hier vorgesehenen Lagerung des Ankers auf jeden Fall ein Kontakt zwischen dem Anker und einem der Polbleche zuerst schließt, kann die Anordnung auch als Vorlaufkontakt gestaltet und geschaltet werden. In diesem Fall werden die Polbleche elektrisch leitend miteinander verbunden, beispielsweise durch eine aufgeschweißte Kontaktschicht. Außerdem wird bei dieser Ausführungsform der Ankerträger mit einem eigenen Anschlußelement versehen, welches beispielsweise einstückig angeformt und in der Trennebene zwischen beiden Grundkörperteilen zur Seite herausgeführt sein kann. Es ist aber auch möglich, ein eigenes Anschlußelement für den Ankerträger in den zweiten Grundkörperteil zu verankern und nach Auflegen des Ankerträgers mit diesem zu verbinden, beispielsweise durch eine Schweißstelle.

Der Ankerträger wird in einer bevorzugten Ausführungsform als ebener Rahmen oder Rahmenteil gestaltet, der in einer umlaufenden, zwischen beiden Grundkörperteilen gebildeten Nut gehalten ist und über eine in den Innenraum des Rahmens vorstehende Zunge den Anker trägt. In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen werden, daß der Ankerträger als einseitig eingespanntes Federband ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Federband möglich, das sich durch den gesamten Kontaktraum erstreckt und mit beiden Enden jeweils in einer entsprechenden, zwischen beiden Grundkörperteilen gebildeten Nut gelagert ist. Eine Längsverschiebung des Ankerträgers kann entweder durch entsprechende Abschlußwände der jeweiligen Nut in den Grundkörperteilen begrenzt werden. Es ist aber auch möglich, den Ankerträger bereits bei der Zusammenfügung der Grundkörperteile oder durch nachträglich eingebrachtes Kunststoffmaterial einseitig zu fixieren. Der oben erwähnte rahmenförmige Ankerträger kann allseitig zwischen den Grundkörperteilen verankert werden, da die nach innen nur etwa bis zur Mitte des Kontaktraums vorstehende Zunge die Beweglichkeit des Ankers gewährleistet.

Der Ankerträger kann einen in Richtung auf die Außenseite des Grundkörpers vorstehenden Justiersteg aufweisen, mittels dessen er vor der endgültigen Fixierung in seiner Lage relativ zu den Polblechen verschoben werden kann, um die Ansprech- und Abfallwerte des Relais in einen gewünschten Bereich zu bringen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

• Fig. 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais in perspektivischer Darstellung, teilweise geschnitten,
• Fig. 2 einen Ankerträger mit dem unteren Teil des Grundkörpers für ein Relais nach Fig. 1,
• Fig. 3 und 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines Ankers mit Ankerträger in Seitenansicht und Draufsicht,
• Fig. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform eines Ankers mit Ankerträger in Seitenansicht und Draufsicht.

Das in Fig. 1 dargestellte Relais zeigt einen zweiteiligen Grundkörper, dessen unterer Teil 1 und dessen oberer Teil 2 annähernd halbschalenförmig ausgebildet und so zusammengefügt sind, daß sie einen Spulenkörper ergeben, auf welchen eine Wicklung 3 aufgebracht ist. Der untere Grundkörperteil 1 weist eine muldenförmige Ausnehmung 4, der obere Grundkörperteil 2 eine entsprechende muldenförmige Ausnehmung 5 auf, welche zusammen den Kontaktraum bilden. In den oberen Grundkörperteil 2 sind zwei Polbleche 6 und 7 eingebettet, und zwar derart, daß ihre freien Enden in den Kontaktraum 4, 5 hineinreichen und einander in einem bestimmten Abstand gegenüberstehen. Die Polbleche 6, 7 können jeweils auch mit ihren Längskanten in den Seitenwänden des Kontaktraums verankert sein. Auch eine Steckbefestigung anstelle der Einbettung wäre möglich.

Das Polblech 6 besitzt im Bereich des Flansches 2a des Grundkörperteils 2 ein quer zu seiner Längserstreckung in der gleichen Ebene angeformtes Anschlußelement 6a, das außerhalb des Grundkörpers senkrecht nach unten zur Anschlußebene des Relais abgebogen ist. Dort kann es als herkömmlicher Anschlußstift ausgebildet oder zu einem Flachkontakt 6b gemäß der Darstellung in Fig. 1 geformt sein. Damit ist das Relais für Oberflächenmontage (SM-Technik) geeignet. Ein entsprechender Anschluß 7a mit einem Flachkontakt 7b ist am Polblech 7 im Bereich des Flansches 2b angeformt. Entsprechende Anschlußelemente 6a und 7a können auch wahlweise oder zusätzlich an der gegenüberliegenden Seite des Relais herausgeführt sein. Zum Anschluß der Spulenwicklung 3 sind im unteren Gehäuseteil 1 in den Flanschen 1a und 1b jeweils Spulenanschlußstifte 3a eingebettet, welche ebenso wie die Kontaktanschlußelemente 6a und 7a wahlweise auf der einen oder der anderen Seite des Relais oder auch auf beiden Seiten vorgesehen werden können.

In dem Kontaktraum 4, 5 ist ein Anker 8 angeordnet, der parallel zu den beiden Polblechen 6 und 7 in vorgegebenem Kontaktabstand gehalten ist und mit jedem dieser Polbleche einen Überlappungsbereich bildet. Bei Erregung des Relais überbrückt der Anker 8 also die beiden Polbleche magnetisch und elektrisch. Zu diesem Zweck ist er in den Überlappungsbereichen jeweils mit einer Kontaktschicht 8a versehen. Entsprechende Kontaktschichten sind auch auf den Polblechen aufgetragen. Der Anker 8 wird von einem rahmenförmigen Ankerträger 9 gehalten, der später anhand der Fig. 2 noch näher erläutert wird. Die Verbindung zwischen dem Anker 8 und dem Ankerträger 9 ist durch eine Punktschweißung 10 vorgenommen. Auch andere Verbindungsmöglichkeiten kommen jedoch in Betracht.

Die Gestaltung und Anordnung des Ankerträgers 9 in Verbindung mit einem Teil des Grundkörpers ist in Fig. 2 gezeigt. Der untere Grundkörperteil 1 besitzt im Mittelbereich die muldenförmige Ausnehmung 4, die den unteren Teil des Kontaktraumes bildet. Zur Aufnahme des rahmenförmigen Ankerträgers 9 ist im Grundkörperteil 1 ein rahmenförmiger Absatz 11 vorgesehen, dessen Höhe etwa der halben Dicke des aus Federmaterial bestehenden Ankerträgers 9 entspricht. (Die Abmessungen des Absatzes 11 sind in Fig. 2 sowohl in der Höhe als auch in der Breite übertrieben dargestellt). Ein entsprechender Absatz ist auch in dem in Fig. 2 nicht gezeigten oberen Gehäuseteil 2 vorgesehen, so daß beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile 1 und 2 zwischen ihnen eine rahmenförmige Nut entsteht, in welcher der dazwischen eingelegte Ankerträger 9 gehalten wird. Von einem Quersteg des Rahmens 9 ist nach innen eine Zunge 9a angeformt, welche den Anker 8 trägt. Wenn die Längsausdehnung des Absatzes 11 in den Grundkörperteilen 1 und 2 länger ist als der Rahmen des Ankerträgers 9, wie in Fig. 2 gezeigt, so kann der Ankerträger 9 auch nach dem Zusammenfügen der Gehäuseteile noch innerhalb seiner Befestigungsebene verschoben werden, so daß die jeweils den Polblechen 6 und 7 gegenüberstehenden Flächen des Ankers verändert werden können, um die Ansprechempfindlichkeit des Relais abzugleichen. Um den Ankerträger 9 verschieben zu können, besitzt er an einer Seite einen nach außen vorstehenden Justiersteg 12, der in einer entsprechenden Ausnehmung 13 des Grundkörpers 1 bzw. 2 von außen betätigt werden kann. Nach dem Abgleich des Relais kann die Öffnung 13 beispielsweise durch das Einfüllen von Vergußmasse oder Klebstoff verschlossen werden, womit gleichzeitig die Lage des Ankers fixiert wird.

Eine modifizierte Ausführung des Ankerträgers 9 mit dem Anker 8 ist in den Fig. 3 und 4 nochmals in Seitenansicht und in Draufsicht gezeigt. Wie vorher besitzt der Ankerträger eine Rahmenform, wobei eine Zunge 9a sich in das Innere des Rahmens erstreckt. Der Anker 8 ist in diesem Fall so groß gehalten, daß er in der Breite nahezu der Breite des Rahmenausschnittes bzw. des Kontaktraums entspricht und in der Länge sogar geringfügig länger ist als der Rahmenausschnitt des federnden Ankerträgers 9. So liegt der Anker 8 in Ruhestellung mit seinen beiden Enden 8b geringfügig auf den Querstegen des rahmenförmigen Trägers auf und stützt sich definiert ab. Der Kontaktraum 4 übersteigt natürlich auch in der Länge die Länge des Ankers, so daß dessen Bewegung nicht behindert wird. In Fig. 4 ist die im Grundkörper eingespannte Fläche 14 des Ankerträgers 9 schraffiert angedeutet.

Eine abgewandelte Ausführungsform des Ankerträgers ist in den Fig. 5 und 6, wiederum in Seitenansicht und in Draufsicht, dargestellt. Dabei ist ein Ankerträger 19 gezeigt, der lediglich als einseitig eingespannte Blattfeder ausgebildet ist. Zur Verbesserung der Einspannung ist das eingespannte Ende 19a T-förmig verbreitert. Es ist in einer entsprechenden, nicht dargestellten Nut zwischen beiden Grundkörperteilen 1 und 2 gehalten. Auch in dieser Darstellung ist die Verbindungsstelle zwischen Anker und Ankerträger in Form eines Schweißpunktes angedeutet. Um eine definierte Stellung des Ankers und damit ein definiertes Ansprechen sicherzustellen, ist es auch in diesem Falle zweckmäßig, den Ankerträger 19 zwischen beiden Grundkörperteilen 1 und 2 zu fixieren.

Die Fertigung des Relais ist einfach, da alle Metallteile ebene Stanzteile sind, die nicht gebogen werden müssen; das nachträgliche Biegen der Anschlußelemente 6a, 7a bzw. 3a an der Außenseite des Grundkörpers kann hierbei außer Betracht gelassen werden. Die Polbleche 6 und 7 werden also als ebene Stanzteile in den oberen Gehäuseteil 2 eingespritzt, während die Spulenanschlußelemente 3a in den unteren Gehäuseteil 1 eingespritzt werden. Nach dem Reinigen der muldenförmigen Ausnehmungen 4 und 5 in den beiden Gehäuseteilen werden diese zusammengefügt, wobei der Ankerträger 9 bzw. 19 mit dem aufgeschweißten Anker 8 zwischen beiden Gehäuseteilen angeordnet wird. Auf diese Weise erhält er bereits den vorgegebenen Kontaktabstand zu den Polblechen. Danach kann die Spulenwicklung 3 aufgebracht werden und gegebenenfalls der Ankerträger zum Abgleich justiert werden. Soweit noch notwendig, kann danach die Trennfuge zwischen den beiden Gehäuseteilen abgedichtet werden. Als Flußrückführung wird außerdem über den oberen Gehäuseteil eine ferromagnetische Folie 15 aufgebracht. Ein abschließender Umspritz- oder Tauchvorgang könnte, falls notwendig, für die Fixierung der Eisenfolie und der Spule sowie für eine sichere Abdichtung des Innenraums sorgen.

In der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform des Relais dient der Anker als Brückenkontakt und benötigt somit keinen eigenen Anschluß. Da aber bei dieser Art der Ankerhalterung auf jeden Fall sein Kontakt mit einem der Polbleche zuerst schließt, kann das Relais auch mit einem Vorlaufkontakt oder Folgekontakt versehen werden. Hierzu ist eine konstruktive Änderung praktisch nicht erforderlich. Es werden lediglich die beiden Polbleche 6 und 7 elektrisch leitend verbunden, indem beispielsweise eine Kontaktschicht aufgeschweißt wird. Außerdem benötigt in diesem Fall der Anker ein eigenes Anschlußelement, während eines der Anschlußelemente der Polbleche entfallen kann. Dieses Anschlußelement für den Anker kann beispielsweise im unteren Gehäuseteil 1 eingespritzt werden, wobei ein an der Innenseite vorstehendes Ende beispielsweise durch Schweißen mit dem Ankerträger verbunden wird. Durch entsprechende Wahl der Verbindungsstelle zwischen Anker und Ankerträger außerhalb der Mitte in Längsrichtung des Ankers kann das Ansprechverhalten gezielt eingestellt werden. Für diese Folgekontaktanordnung werden dann in bekannter Weise zwischen Anker und Polblechen Kontaktschichten unterschiedlicher Eigenschaften vorgesehen.

Bei dem beschriebenen Relais sind hohe Schaltströme möglich, da auf die ebenen Kontaktflächen von Polblechen und Anker geeignete Kontaktschichten aufgebracht werden können. Durch die Lagerung des Ankers in der dargestellten Weise tritt eine Reibbewegung an den Kontaktoberflächen auf, die einen gleichbleibenden Kontaktwiderstand garantiert. Die unsymmetrische Kraftverteilung auf die Kontaktstellen verringert dabei die Möglichkeit von Verschweißungen im Vergleich zu sonst bekannten Brückenkontakten. Da in jedem Fall zuerst ein Kontakt schließt und dabei Schwingungen abgebaut werden können, sind außerdem sehr geringe Prellzeiten erreichbar.