DE4404442A1 - Polarisiertes elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit folgenden Merkmalen:

• - auf einem Grundkörper ist eine Spule mit einem Eisen-Kern angeordnet und beide Enden des Kerns sind außerhalb der Spule mit je einem Polschuh verbunden,
• - neben der Spule ist ein Dauermagnet angeordnet, der an den beiden Polschuhen je einen gleichnamigen Pol und in einem Mittelbereich zwischen beiden Polschuhen einen dazu ungleichnamigen Mittelpol erzeugt,
• - ein Wippanker ist in der Nähe des Mittelpols schwenkbar gelagert und bilden mit den beiden Polschuhen je einen Arbeitsluftspalt und
• - mit dem Anker ist eine Kontaktfeder fest gekoppelt, wel­ che mit ihrem kontaktgebenden Ende mit mindestens einem im Grundkörper verankerten Gegenkontaktelement zusammen­ wirkt.

Derartige polarisierte Relaissysteme sind beispielsweise in der EP-A-197 391 oder in der EP-A-423 834 gezeigt. Es handelt sich dort um Miniaturrelais zum Schalten von mehreren Schwachstromkontakten. Dabei sind die Kontaktfedern über eine isolierende Umhüllung jeweils mit dem Anker verbunden, wobei Torsionsstege als Verlängerung von jeweils einer Kontaktfeder sowohl die Stromzuführung als auch die Ankerhalterung bilden. Diese Systeme sind für Einsatzzwecke mit extrem geringem Platz ausgelegt und dementsprechend aufwendig in der Herstel­ lung. Außerdem sind die dortigen Leiterquerschnitte der Kon­ taktfedern und der Stromzuführungen nicht für stärkere Ströme geeignet.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Relais mit dem hochwirksamen polarisierten Magnetsystem für den Einsatz zum Schalten höherer Ströme verfügbar zu machen, also ein polarisiertes, bistabiles oder monostabiles, mit we­ nigen einfachen Teilen und mit einfachen Arbeitsgängen her­ stellbares Relais zu schaffen, das insbesondere auch große Ströme zu schalten und zu führen vermag. Besonders soll die­ ses Relais für den Einsatz in Kraftfahrzeugen oder derglei­ chen geeignet sein.

Erfindungsgemäß besitzt das eingangs genannte Relais zur Er­ reichung dieses Zieles die folgenden zusätzlichen Merkmale:

• - die Kontaktfeder ist unmittelbar mit dem Anker verbunden und
• - eine Verlängerung der Kontaktfeder bildet einen Lagerab­ schnitt zur Lagerung des Ankers an der durch die Pol­ schuhe und den Dauermagneten gebildeten Einheit.

Durch die unmittelbare Befestigung der Kontaktfeder an dem Anker werden Aufbau und Herstellung wesentlich vereinfacht. Wegen der mangelnden Isolierung zu den Eisenteilen des Ma­ gnetsystems kann zwar nur eine Kontaktfeder geschaltet wer­ den, doch kann diese dann in ihrem Querschnitt zum Schalten hoher Ströme ausgelegt werden. Sie wird mit dem Anker durch Vernieten oder Verschweißen etwa in dessen Mittelteil verbun­ den und bildet in ihrer Verlängerung einen Lagerabschnitt, der beispielsweise den Anker seitlich umgreift und mit zwei Lagerschenkeln entweder am Dauermagneten oder an einem der Polschuhe befestigt ist. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird ein dreipoliger Dauermagnet verwendet, der stabförmig bzw. plattenförmig parallel zur Spulenachse angeordnet ist und an seinen Enden jeweils mit einem der Polschuhe verbun­ den, beispielsweise verschweißt, wird. Der Wippanker, der vorzugsweise zwei zueinander V-förmig abgewinkelte Flügel be­ sitzt, rollt somit an dem Mittelpol des Dauermagneten ab, wo­ bei der Lagerabschnitt der Kontaktfeder bei Bedarf als auch Polblech oder als Trennblech verwendet werden kann.

In einer anderen Ausgestaltung kann der Lagerabschnitt der Kontaktfeder auch bogenförmig den der Kontaktfeder abgewand­ ten Ankerflügel umgreifen und an dem benachbarten Polschuh befestigt sein. Eine weitere Verlängerung der Kontaktfeder könnte mit einem Anschlußelement verbunden oder auch selbst als Anschlußelement ausgebildet sein. Zum Schalten sehr hoher Ströme ist es allerdings zweckmäßig, das kontaktgebende Ende der Kontaktfeder direkt über eine Litze mit einem entspre­ chenden Anschlußelement zu verbinden.

Beim Schalten hoher Ströme ist es außerdem erwünscht, die Kontakte möglichst nahe am Sockel anzuordnen, um die Leiter­ abschnitte zwischen den Anschlußelementen und den Schaltkon­ takten möglichst kurz zu halten. Zu diesem Zweck ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Grundkörper als flacher Sockel ausgebildet, an welchem Anschlußelemente bzw. die Ge­ genkontaktelemente senkrecht stehend verankert sind, wobei die Spule mit ihrer Achse parallel zur Sockel ebene auf dem Sockel befestigt ist und der Dauermagnet und der Anker neben der Spule derart angeordnet sind, daß der Anker seine Schalt­ bewegung in einer zur Sockelebene parallelen Ebene ausführt. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung steht die von einem Spulenkörper getragene Spule mit ihrer Achse senkrecht zu der Anschlußebene des Relais, wobei dann der Dauermagnet und der Anker annähernd senkrecht zur Anschlußebene stehend neben der Spule angeordnet sind, derart, daß der Anker eine Schaltbewegung um eine zur Anschlußebene parallele Achse aus­ führt. Sockel und Spulenkörper können in beiden Fällen auch einstückig ausgebildet sein.

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

Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Re­ lais in einer Draufsicht und einer Seitenansicht,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Sockel des Relais von Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Kontakt- und An­ schlußelemente des Relais von Fig. 1,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Metallteile des Ma­ gnetsystems für ein Relais gemäß Fig. 1 und

Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform im Schnitt.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Relais besitzt einen fla­ chen Sockel 1, auf welchem eine Spule mit einem isolierenden Spulenkörper 2 und einer Wicklung 3 in nicht näher gezeigter Weise so aufgesetzt ist, daß die Spulenachse 4 parallel zur Sockelebene liegt. Im Spulenkörper ist in einer axialen Öff­ nung ein Kern 5 angeordnet, dessen Enden 5a und 5b jeweils mit einem Polschuh 6 bzw. 7 verbunden sind. Zu diesem Zweck besitzen die Polschuhe jeweils Bohrungen 6a bzw. 7a zur Auf­ nahme des Kerns; das Kernende 5b und entsprechend die Bohrung 7a sind im Querschnitt etwas vergrößert, um das Einstecken des Kerns bei der Montage von der Seite des Polschuhes 7 her zu erleichtern. Die Kernenden können in bekannter Weise ver­ kerbt werden, um den Festsitz in den Polschuhen zu verbes­ sern.

Die beiden Polschuhe besitzen außerdem nach unten angeformte Zapfen 8 und 9, die in entsprechende, nicht dargestellte Ta­ schen des Sockels 1 passen und eine genaue Plazierung des Ma­ gnetsystems gegenüber dem Sockel gewährleisten (siehe auch Fig. 5). Der Polschuh 6 besitzt außerdem einen rechtwinkelig abgebogenen zweiten Schenkel 6b mit an der Ober- und Unter­ seite jeweils vorstehenden Haltenasen 6c und 6d für die noch zu beschreibenden Anker-Lagerschenkel.

Zwischen die Enden der beiden Polschuhe 6 und 7 ist ein Dauermagnet 10 eingefügt, der dreipolig aufmagnetisiert wird, so daß er mit beiden Enden gleichnamige Pole an den Polschu­ hen erzeugt und in seiner Mitte einen dazu ungleichnamigen Mittelpol aufweist. Der Anker wird beispielsweise durch La­ serschweißen mit den beiden Polschuhen verbunden.

Vor dem Mittelpol des Dauermagneten ist ein Wippanker 11 ab­ rollbar angeordnet, der durch zwei V-förmig gegeneinander ab­ gewinkelte Ankerflügel 11a und 11b gebildet wird. An dem An­ kerflügel 11a ist ein Zapfen 12 geprägt, an welchem eine Kon­ taktfeder 13 vernietet wird. Diese Kontaktfeder 13 ragt mit ihrem kontaktgebenden Ende 13a über den Ankerflügel 11a hin­ aus und trägt dort zwei Mittelkontaktstücke 14 und 15. In ih­ rer Verlängerung bildet die Kontaktfeder außerdem zwei Lager­ stege 13b und 13c, welche mit ihren Enden an den Haltenasen 6c und 6d des Polschuhschenkels 6b eingerastet werden. Damit wird der Anker 11 in der richtigen Position gegenüber dem Ma­ gnetsystem gehalten. Die Haltenasen 6c und 6d können zur bes­ seren Fixierung der Kontaktfeder auch verstemmt werden.

Im Sockel 1 sind außerdem zwei Gegenkontaktelemente 16 und 17 verankert, die mit der Kontaktfeder einen Umschaltkontakt bilden. Weiterhin trägt der Sockel 1 einen Anschlußwinkel 18 für die Kontaktfeder 13, wobei eine Litze 19 den Anschlußwin­ kel 18 direkt mit den Kontaktstücken 14 und 15 verbindet. Auf diese Weise können hohe Ströme geschaltet werden, ohne daß die Kontaktfeder selbst belastet wird. Diese kann in ihrem Querschnitt somit allein nach den Federeigenschaften bemessen werden; insbesondere können die Lagerschenkel 13b und 13c mit relativ geringem Querschnitt geformt werden, um möglichst we­ nig Torsionskraft auf den Anker auszuüben; denn bei dem bi­ stabilen System werden die Haltekräfte in jeder der beiden Ankerpositionen primär durch den Dauermagneten erzeugt.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht den Sockel 1 mit Stecköffnungen 20, 21, 22, 23 und 24. In diese Stecköffnungen werden die in Fig. 4 noch einmal gezeigten Kontakt- bzw. Anschlußelemente eingesetzt, also das Gegenkontaktelement 16 mit seinem An­ schlußelement 16a in die Stecköffnung 20, das Gegenkontakt­ element 17 mit seinem Anschlußelement 17a in die Öffnung 21 und das Anschlußelement 18 mit seinem Steckanschluß 18a in die Öffnung 22. Außerdem besitzt der Sockel noch zwei Öffnun­ gen 23 und 24 zur Aufnahme der Spulenanschlußelemente 25a und 26a, die als Fortsätze der Wicklungsanschlüsse 25 und 26 aus­ gebildet sind (Fig. 4). Diese Wicklungsanschlüsse 25 und 26 werden zum Wickeln der Spule bereits in die Flansche des Spu­ lenkörpers 2 eingesteckt, so daß die Enden des Wicklungsdrah­ tes direkt angeschlossen werden können. Nach dem Wickeln der Spule werden die Wicklungsanschlüsse 25 und 26 weiter in Richtung auf die Spulenmitte eingeschoben, womit eine Zugent­ lastung des Wicklungsdrahtes erreicht wird. Beim Aufsetzen des Magnetsystems auf den Sockel 1 werden dann die Anschluß­ elemente 25a und 26a in die Öffnungen 23 und 24 des Sockels eingesteckt; durch Verbiegen von Rastlappen oder auf ähnliche Weise können diese Spulenanschlüsse ebenso wie die übrigen Anschlüsse fixiert werden.

Durch das polarisierte Magnetsystem ergibt sich für das Re­ lais ein bistabiles Schaltverhalten; doch ist wahlweise auch eine monostabile Charakteristik möglich. In der in Fig. 1 gezeigten Position liegt der Anker 11 mit seinem Flügel 11b an der Polfläche 27 des Polschuhs 7 an. Legt man nun einen Erregerstrom in einer bestimmten Polarität an die Spulenwick­ lung 3, so schaltet der Anker 11 um und legt sich mit seinem Flügel 11a an die Polfläche 28 des Polschuhs 6. Die jeweilige Position bleibt - bei symmetrischer Gestaltung des Magnetsy­ stems - auch nach Abschalten der Erregung bestehen. Der Anker schaltet also erst nach Anlegen einer Gegenerregung in die Lage gemäß Fig. 1 zurück. Allerdings wäre es auch möglich, durch entsprechende unsymmetrische Aufmagnetisierung des Dauermagneten und/oder durch einseitig wirkende Rückstell­ kräfte der Ankerlagerfeder ein monostabiles Schaltverhalten zu erreichen.

Durch die Abwinkelung des Polschuhs 6 wird ein kompakter Auf­ bau des Relais gewährleistet. Denn auf diese Weise ist die Polfläche 28 vom Spulenende zur Mitte hin versetzt, wodurch das über den Ankerflügel 11a hinausreichende kontaktgebende Ende 13a der Kontaktfeder 13 und die zugehörigen Gegenkon­ taktelemente 16 und 17 noch Platz neben dem Magnetsystem fin­ den.

In Fig. 6 ist eine etwas abgewandelte Ausführungsform im Schnitt gezeigt. Auf einem Sockel 31 steht eine Spule mit ei­ nem Spulenkörper 32 und einer Wicklung 33. Der Spulenkörper 32 kann dabei mit dem Sockel 31 in einem Stück hergestellt werden. Die Teile des Magnetsystems, also der Kern 5, die Polschuhe 6 und 7, der Dauermagnet 10 sowie der Anker 11 ent­ sprechen dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Allerdings stehen der Dauermagnet 10 und der Anker 11 ebenso wie die Spulenachse 34 senkrecht zur Sockelebene. Die Kontaktfeder 35 ist im Bereich ihres kontaktgebenden Endes 35a wie im vorher­ gehenden Beispiel ausgebildet, doch steht sie ebenfalls annä­ hernd senkrecht zur Sockelebene bzw. zur Anschlußebene des Relais. Die Gegenkontaktelemente 36 und 37 sind senkrecht stehend in dem Sockel verankert. Dadurch ergibt sich eine sehr kurze Stromführungslänge von den Anschlußsteckern 36a und 37a zur jeweiligen Kontaktstelle. Ein Anschlußelement 38 dient zum Anschluß der Kontaktfeder über eine Litze 39.

Zur Lagerung des Ankers 11 besitzt die Kontaktfeder 35 zwei Lagerabschnitte 35b, die den Ankerschenkel 11b seitlich um­ greifen und an dem Polschuh 7 beispielsweise über einen Schweißpunkt 40 befestigt ist. Denkbar wäre auch eine bogen­ förmig oberhalb des Ankers verlaufende Lagerfeder. Je nach Anwendungsfall könnte die Kontaktfeder auch eine Verlängerung 41 als Anschlußelement besitzen (strichpunktiert gezeichnet), welches anstelle der Litze 39 die Stromzuführung zur Kontakt­ feder bilden könnte.

Weitere Kombinationen der in den Ausführungsbeispielen ge­ zeigten Elemente bzw. Abwandlungen sind durchaus denkbar. So könnte der Anker auch über zwei seitliche Lagerschenkel gemäß Fig. 1 auch an dem Polschuh 7 oder an dem Dauermagneten 10 durch Einhängen befestigt werden. Weiterhin wäre es denkbar, Brückenkontakte vorzusehen, um eine Stromzufuhr zu der Kon­ taktfeder völlig zu erübrigen. In diesem Fall wären also je­ weils zwei Gegenkontaktelemente 16 oder 36 bzw. 17 oder 37 in einer Ebene nebeneinander angeordnet, so daß sie wahlweise durch breitere Kontaktstücke 14 oder 15 der Kontaktfeder je nach Schaltstellung überbrückt werden könnten. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, kann auf den Sockel 1 eine Kappe 29 gesetzt werden, so daß ein geschlossenes Gehäuse entsteht.

Claims (11)

1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais mit folgenden Merkmalen:

• - auf einem Grundkörper (1; 31) ist eine Spule (2, 3; 32, 33) mit einem Eisen-Kern (5) angeordnet, und beide Enden (5a, 5b) des Kerns sind außerhalb der Spule mit je einem Polschuh (6, 7) verbunden,
• - neben der Spule (2, 3; 32, 33) ist ein Dauermagnet (10) angeordnet, der an den beiden Polschuhen (6, 7) je einen gleichnamigen Pol (S) und in einem Mittelbereich zwischen den beiden Polschuhen einen dazu ungleichnamigen Mittel­ pol (N) erzeugt,
• - ein Wippanker (11) ist in der Nähe des Mittelpols schwenkbar gelagert und bildet mit den beiden Polschuhen (6, 7) je einen Arbeitsluftspalt (27, 28) und
• - mit dem Anker (11) ist eine Kontaktfeder (13; 35) fest gekoppelt, welche mit ihrem kontaktgebenden Ende (13a; 35a) mit mindestens einem im Grundkörper (1) verankerten Gegenkontaktelement zusammenwirkt,
  gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Merkmale:
• - die Kontaktfeder (13; 35) ist unmittelbar mit dem Anker (11) verbunden und
• - eine Verlängerung der Kontaktfeder (11) bildet einen La­ gerabschnitt (13b, 13c; 35b) zur Lagerung des Ankers an der durch die Polschuhe (6, 7) und den Dauermagneten (10) gebildeten Einheit.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreipoliger Dauermagnet (10) parallel zur Spulenachse (4; 34) angeordnet und mit seinen beiden Endpolen (S) an je einen Polschuh (6, 7) gekoppelt ist und daß der Wippanker (11) vor seinem Mittelpol (N) gelagert ist.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerabschnitt der Kontaktfeder (13) über Lagerschenkel (13b, 13c) an Haltenasen (6c, 6d) eines der Polschuhe (6) be­ festigt ist.

4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der der Kontaktfeder (13; 35) benachbarte Polschuh (6) in eine zur Spulenachse parallele Richtung gebogen ist, wobei der ab­ gebogene Abschnitt (6b) eine Polfläche (28) für den Anker (11) und seitlich angeformte Nasen (6c, 6d) zur Befestigung der Lagerschenkel (13b, 13c) bildet.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Lagerabschnitte (35b) der Kontaktfeder (35) den von der Kontaktfeder abgewandten Ankerflügel (11b) umgreift und an dem benachbarten Polschuh (7) befestigt sind.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Verlängerung der Kontaktfeder als Stromzu­ führung (41) mit einem Anschlußelement verbunden ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine flexible Anschlußleitung, insbesondere ei­ ne Litze (19; 39) die Kontaktfeder (13; 35) mit einem An­ schlußelement (18; 38) verbindet.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das kontaktgebende Ende der Kontaktfeder als Kontaktbrücke wahlweise zwei Gegenkontaktelemente miteinander verbindet.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundkörper einen Sockel (1) bildet, in welchem Anschlußelemente bzw. Gegenkontaktelemente (16a, 17a, 18a, 19a, 25a, 26a) senkrecht stehend verankert sind, daß die Spule (2, 3) mit ihrer Achse (4) parallel zur Sockelebene auf dem Sockel befestigt ist und daß der Dauermagnet (10) und der Anker (11) neben der Spule derart angeordnet sind, daß der Anker (11) seine Schaltbewegung um eine zur Sockelebene senk­ rechte Achse ausführt.

10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundkörper (31) eine Anschlußebene mit senkrecht in ihm verankerten Anschlußelementen bzw. Gegenkon­ taktelementen (36a, 37a, 38a) definiert, daß die von einem Spulenkörper (32) getragene Spule (33) mit ihrer Achse (34) senkrecht zu der Anschlußebene steht und daß der Dauermagnet (10) und der Anker (11) annähernd senkrecht zur Anschlußebene stehend neben der Spule angeordnet sind, derart, daß der An­ ker (11) eine Schaltbewegung um eine zur Anschlußebene paral­ lele Achse ausführt.

11. Relais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (31) und der Spulenkörper (32) einstückig sind.