DE19719355C1

DE19719355C1 - Polarisiertes elektromagnetisches Relais

Info

Publication number: DE19719355C1
Application number: DE1997119355
Authority: DE
Inventors: Michael Dittmann; Jens Heinrich
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2017-05-08

Description

Die Erfindung betrifft ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit

- einem Sockel aus Isolierstoff, in welchen Anschlußbahnen für Festkontakte eingebettet sind, und der Anschlußelemente für feststehende und bewegliche Kontaktelemente enthält und mit seiner Bodenseite die Grundebene des Relais definiert,
- einem Wipp-Anker, der zwischen einer ersten und einer zwei ten Schaltposition schwenkbar ist,
- über den Anker betätigten Kontaktfedern, die sich im we sentlichen parallel zur Grundebene erstrecken,
- einer Spule, welche oberhalb des Ankers angeordnet ist und einen bewickelten Spulenkörper und einen axial im Spulen körper angeordneten Kern enthält, wobei sich die Spulenach se parallel zur Grundebene und senkrecht zur Ankerdrehachse erstreckt,
- sich an den Enden des Kerns senkrecht zur Grundebene nach unten anschließenden Polschuhen und
- einer Permanentmagnetanordnung unterhalb der Spule und par allel zur Spulenachse, die in den Polschuhen eine gleichna mige Polarisierung und über der Ankerdrehachse eine dazu ungleichnamige Polarisierung erzeugt.

Ein Relais der eingangs genannten Art ist in DE 1 95 20 220 C1 beschrieben. Der Anker ist an einem Isolierstoff-Trägerele ment befestigt, in das die Kontaktfedern eingebettet sind. Das Trägerelement dient im wesentlichen der Übertragung der Ankerbewegung auf die beweglichen Kontaktelemente und der Isolation der Kontaktelemente vom Anker. Des weiteren ist der Anker mittels einer Konstruktion aus Lagerbändern und Lager stützen am Sockel schwenkbar gelagert. Darüber hinaus besitzt der Anker in seinem Mittelabschnitt einen Lagersteg zur Erhö hung der magnetischen Leitfähigkeit zwischen dem Mittelpol des Permanentmagneten und dem Anker. Für eine kompakte Ge staltung des Relais erweist sich der Platzverbrauch durch den Lagersteg des Ankers und die Ankerlagerung als nachteilig.

In DE 34 15 761 C2 ist ein elektromagnetisches Relais be schrieben, welches einen mit Flanschen versehenen Spulenkör per aufweist, an dessen Stirnseiten ein Joch und ein Polblech einander gegenüber liegend angeordnet sind. Sowohl das Joch als auch das Polblech sind über dem Wicklungsbereich abgewin kelt. Oberhalb des Spulenkörpers ist am Joch ein Anker gela gert, welcher zusammen mit dem Polblech einen Arbeits luftspalt bildet. Am Anker ist eine Kontaktfeder befestigt, welche mit mindestens einem durch das Polblech getragenen Festkontakt zusammenwirkt. Ferner ist am Joch ein nasenförmi ger Fortsatz ausgebildet, welcher zwischen gabelförmige Enden an einer Seite des Ankers ragt. Der Anker ist dabei annähernd in der selben Ebene wie der nasenförmige Fortsatz angeordnet.

Aus DE-OS 16 14 172 ist ein elektromagnetisches Relais be kannt, welches einen langgestreckten Kern, einen an einem En de des Kernes angeordneten Klappanker und ein Joch aufweist, an dessen einem Ende das andere Ende des Kernes magnetisch angekoppelt ist. Der Klappanker besitzt eine Verlängerung, welche sich im wesentlichen parallel zum Kern erstreckt. Das Joch weist einen Schenkel auf, welcher sich ebenfalls im we sentlichen parallel zum Kern erstreckt. Ferner ist an dem Jochschenkel mindestens eine Kante vorgesehen, welche einer entsprechenden Kante der Verlängerung gegenübersteht und mit dieser einen Luftspalt bildet. Die Verlängerung ist dabei zu sammenhängend und einteilig ausgebildet. Außerdem weist der Jochschenkel eine Ausnehmung auf, welche mindestens den End teil der Verlängerung umfaßt.

Ziel der Erfindung ist die Realisierung einer kompakten Bau form für ein polarisiertes Relais mit einem Wippankersystem und mindestens zwei voneinander isolierten Wechselkontakten. Insbesondere gilt das Augenmerk einer geringen Bauhöhe für ein derartiges Relais.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Permanentmagnetanordnung zwei Permanentmagneten enthält, die sich parallel nebeneinander in einer Ebene erstrecken und mit ihren freien Enden an die Polschuhe angrenzen, daß der lang gestreckte Anker mit seinem Mittelabschnitt an der Permanent magnetanordnung gelagert ist, daß jeder Endabschnitt des An kers mit einem Polschuh jeweils einen Arbeitsluftspalt bil det, und daß jeweils ein Endabschnitt des Ankers in einer Schaltposition in einen Freiraum zwischen den Permanentmagne ten eintaucht.

In vorteilhafter Ausgestaltung weisen die Polschuhe an ihren unteren Enden Ausnehmungen auf, die den Freiraum für die End abschnitte des Ankers vergrößern. Für die Ausgestaltung der Permanentmagnetanordnung und des Ankers bieten sich im we sentlichen zwei Alternativen an. In einem Fall ist der Anker im wesentlichen stabförmig gestaltet und mit seinem Mittelab schnitt auf einem Quersteg gelagert, der die beiden Perma nentmagneten im Bereich des Mittelpols der Permanentmagnet anordnung miteinander verbindet. Um ein monostabiles Verhal ten des Relais zu erzielen, kann der Quersteg bzw. der Mit telpol außermittig liegen. Alternativ ist der Anker mit zwei von seinem Mittelabschnitt nach außen weisenden Querarmen ausgestattet, wodurch dieser eine kreuzförmige Gestalt auf weist. Darüber hinaus besteht in diesem Fall keine Verbindung zwischen den beiden Permanentmagneten, so daß durch die Lücke zwischen den Permanentmagneten ein durchgehender Freiraum, in den die Endabschnitte des Ankers eintauchen, gebildet ist.

Die beiden Querarme des Ankers sind daher jeweils an einem Permanentmagneten im Bereich des Mittelpols gelagert. In ana loger Weise können die Querarme und die Mittelpole der Perma nentmagneten außermittig angeordnet sein, um ein monostabiles Verhalten des Relais zu realisieren. Beide Varianten bieten den Vorzug einer sehr kompakten Bauweise, wobei insbesondere eine geringe Bauhöhe für das erfindungsgemäße Relais reali siert ist. Falls monostabiles Verhalten des Relais gewünscht ist, ist ein Endabschnitt des Ankers gegenüber dem anderen Endabschnitt verbreitert ausgeführt.

Eine weitere Platzeinsparung läßt sich dadurch erzielen, daß die Stärke der Permanentmagnetanordnung im Bereich der Anker lagerung mittels einer Ausnehmung reduziert ist. Dies trägt ebenfalls zu einer Reduktion der Bauhöhe bei. Eine weitere Platzeinsparung ist durch Ausstattung der Kontaktfedern mit nach unten abgebogenen Anschlußlappen realisiert, wobei die Anschlußlappen mit Kontaktanschlußelementen in Berührung ste hen.

Des weiteren sind die Kontaktfedern in ein Isolierstoff-Trä gerelement eingebettet. Durch Trägerelement und Kontaktfedern ist auf diese Weise eine Federbaugruppe gebildet. Das Trä gerelement weist zwischen den Kontaktfedern Mittelstege auf, so daß die Kontaktfedern bei kompakter Gestaltung der Feder baugruppe ausreichend voneinander und gegenüber dem Anker isoliert sind. Ferner übertragen die Mittelstege am Anker an liegend dessen Bewegung auf die Kontaktfedern, ohne daß es einer zusätzlichen Befestigung des Ankers an der Federbau gruppe bedarf. Durch den Verzicht auf eventuelle Befesti gungsmittel ergibt sich eine weitere Möglichkeit, Platz ein zusparen.

Bei der Gestaltung des Relaisgehäuses wird dem genannten Er findungsziel ebenfalls Rechnung getragen. Ein Grundkörper mit im wesentlichen H-förmigem Querschnitt bildet einerseits ei nen nach oben offenen, wannenförmigen Raum zur Aufnahme der Spule. Andererseits ist durch die Seitenwände des Grundkör pers in Verbindung mit der Bodenseite des Sockels und einer den Spulenraum verschließenden Abdeckplatte ein Relaisgehäuse gebildet. Eine separate Kappe, die über Spule und Sockel ge stülpt wird, ist somit nicht notwendig, woraus sich in diesem Fall eine weitere Platzeinsparung ergibt. Zudem ist durch ei ne zur Grundebene parallele Trennwand des Grundkörpers zwi schen Anker und Spule mit Durchführungen für die Polschuhe die mechanische Festigkeit des Relais erhöht. Ähnliches be wirkt die Ausgestaltung des Spulenkörpers mit Flanschfortsät zen, die in ihren Steckkanälen Wicklungsanschlußelemente ent halten, durch Aussparungen in der Trennwand gesteckt sind und den Sockel umgreifen.

Trotz kompakter Bauform wird durch die beschriebenen Merkmale einerseits eine hohe mechanische Festigkeit, andererseits ein thermisch beständiges Gehäuse realisiert. Somit bietet sich an, die Kontaktanschlußelemente entweder als Lötstifte oder als SMT-Anschlußfahnen auszuführen.

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

Fig. 1 ein Relais mit erfindungsgemäßen Merkmalen im Längs schnitt,

Fig. 2 das Magnetsystem des Relais von Fig. 1 in perspekti vischer Darstellung,

Fig. 3 Magnetkreisteile des Magnetsystems in einer gegenüber Fig. 2 abgewandelten Ausgestaltung in perspektivischer Dar stellung und

Fig. 4 die perspektivische Darstellung eines Relaisaufbaus mit einem Magnetsystem gemäß der Ausführung in Fig. 2.

In Fig. 1 ist der H-förmige Querschnitt eines Grundkörpers 7 zu erkennen. Eine Trennwand 71 dieses Grundkörpers 7 isoliert eine obenliegende Spule 4 von einem darunter angeordneten Sockel 6, auf den eine Federbaugruppe 5 und ein Anker 1 auf gesetzt sind. Das Relaisgehäuse ist durch die Seitenflächen des Grundkörpers 7, eine Abdeckplatte 8 und die Bodenseite des Sockels 6 gebildet. Durch Fig. 1 ist die Struktur des Magnetkreises, bestehend aus Permanentmagneten 3, einem axial in den Spulenkörper 41 eingeschobenen Kern 42, zwei Polschu hen 2 sowie dem Anker 1, dargestellt. Die beiden Polschuhe 2 schließen sich jeweils an den freien Enden des stabförmigen Kerns 42 an und sind durch Ausnehmungen in einer Trennwand 71 des Grundkörpers 7 eingesteckt. Zwischen den Polschuhen 2 sind die Permanentmagneten 3 unterhalb der Trennwand 71 ange ordnet.

Unterhalb des Ankers 1 befinden sich in ein Trägerelement 51 eingebettete Kontaktfedern 53. Die Bewegung des Ankers 1 wird direkt auf an diesem anliegende Mittelstege 52 der Federbau gruppe 5 übertragen, wodurch die Auslenkung der Kontaktfedern 53 erfolgt. Die Kontaktfedern 53 wirken mit im Sockel 6 ent haltenen Festkontakten 61 zusammen, wobei die Anschlußbahnen für die Festkontakte 61 in den Sockel 6 eingebettet sind. Die Kontaktanschlußelemente 62 sind entweder direkt oder über An schlußlappen mit den feststehenden und beweglichen Kontakte lementen verbunden. Die in die den Sockel 6 umgreifenden Flanschfortsätze 43 (Fig. 4) eingesteckten Wicklungsan schlußelemente 45 ragen ebenfalls nach unten durch die Grund ebene des Relais hindurch.

Anhand von Fig. 2 ist der Aufbau des Magnetsystems, beste hend aus Spule 4, Kern 42, Polschuhen 2, Permanentmagneten 3a und dem im wesentlichen kreuzförmigen Anker 1a, zu erkennen. Der Anker 1a taucht je nach Schaltposition des Relais mit ei nem seiner beiden Endabschnitte 11 in einen Freiraum unter halb der Spule 4 ein, der durch einen Spalt zwischen den Per manentmagneten 3a und Ausnehmungen 21 an der Unterkante der Polschuhe 2 gebildet ist. Der Anker 1a ist mit seinen zwei Querarmen 13 im Bereich der Mittelpole an den Permanentmagne ten 3a gelagert. Aus den dargestellten Merkmalen resultiert eine platzsparende Ankerkinematik.

Fig. 3 zeigt in übersichtlicher Weise die platzsparende Ge staltung der Magnetkreisteile. Deutlich sind zwischen den Polschuhen 2 und dem Quersteg 31 der Permanentmagnetanordnung befindliche Freiräume für die Endabschnitte 11 des Ankers 1b zu erkennen, die durch die Ausnehmungen 21 an den Polschuhen 2 erweitert sind.

Der komplette Aufbau des Relais sowie die alternativen Ge staltungsmöglichkeiten für die Permanentmagnetanordnung und den Anker 1a ist der Fig. 4 zu entnehmen. Bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Relais mit zwei voneinander unabhängigen Wechselkontakten. Oberhalb des Sockels 6, dessen Bodenseite die Grundebene des Relais darstellt, ist die Federbaugruppe 5, bestehend aus einem Trä gerelement 51 und zwei Kontaktfedern 53, angeordnet. Das Trä gerelemente 51 weist einen Mittelsteg 52 auf, der zwei Kon taktfedern 53 voneinander isoliert. Von den Kontaktfedern 53 sind darüber hinaus Anschlußlappen 54 senkrecht nach unten abgebogen, die in Berührung mit Kontaktanschlußelementen ste hen. Durch die Gestaltung des Mittelsteges 52 sind ferner die Kontaktfedern vom Anker 1a isoliert.

Für den Anker bieten sich zwei Gestaltungsmöglichkeiten an, die durch die Varianten 1a und 1b wiedergegeben sind. Anker variante 1a (Fig. 4) stellt einen im wesentlichen kreuzför migen Anker mit zwei vom Mittelbereich 12 des Ankers ausge henden Querarmen 13 dar, die an den Permanentmagneten 3a ge lagert sind. Die beiden Permanentmagneten 3a müssen nicht notwendigerweise miteinander verbunden sein, so wie dies bei der Ausgestaltung der Permanentmagnetanordnung gemäß Variante 3b (Fig. 3) der Fall ist. Bei dieser Variante weist der An ker 1b eine stabförmige Gestalt auf und ist mit seinem Mit telabschnitt 12 auf dem Quersteg 31, der die Permanentmagne ten 3b im Bereich ihrer Mittelpole miteinander verbindet, ge lagert. Im Gegensatz zur Variante 3a der Permanentmagnetan ordnung (Fig. 4) ist bei Variante 3b (Fig. 3) der Freiraum für die Endabschnitte 11 des Ankers 1b durch den Quersteg 31 in zwei Abschnitte unterteilt. Der Quersteg 31 der Permanent magnetanordnung sowie die Querarme 13 des Ankers 1a liegen normalerweise mittig zum Relais. Sie können aber auch außer mittig liegen, wodurch ein monostabiles Verhalten des Relais erreicht wird.

Ferner weist der Spulenkörper 41 Flanschfortsätze 43 mit Steckkanälen 44 auf, in denen die Wicklungsanschlußelemente 45 befestigt sind. Die Flanschfortsätze 43 sind ebenso wie die Polschuhe 2 durch Ausnehmungen in der Trennwand 71 des Grundkörpers 7 gesteckt (Fig. 4).

Zur Erhöhung der mechanischen und thermischen Festigkeit des Relais sind der Grundkörper 7, die Spule 4 einschließlich des Kerns 42 sowie die Polschuhe 2 durch Vergußmasse miteinander verklebt. Die oberhalb der Spule 4 aufgesetzte Abdeckplatte 8 besteht normalerweise aus einem isolierenden Material. Falls ein Hitzeschild, beispielsweise bei einer möglichen SMT-Aus führung des Relais notwendig ist, kann die Abdeckplatte 8 aus Metall bestehen.

Insgesamt zeichnet sich das Relais durch eine kompakte Bau form und eine hohe thermische und mechanische Festigkeit aus. Maßgeblichen Anteil an der Reduktion der Bauhöhe des Relais haben die Gestaltung des Ankers 1, der Polschuhe 2, der Per manentmagnetanordnung und der Federbaugruppe 5.

Bezugszeichenliste

1

Anker

11

Endabschnitt

12

Mittelabschnitt

13

Querarm

2

Polschuh

21

Ausnehmung

3

Permanentmagnet

31

Quersteg

4

Spule

41

Spulenkörper

42

Kern

43

Flanschfortsatz

44

Steckkanal

45

Wicklungsanschlußelement

5

Federbaugruppe

51

Trägerelement

52

Mittelsteg

53

Kontaktfeder

54

Anschlußlappen

6

Sockel

61

Festkontakt

62

Kontaktanschlußelement

7

Grundkörper

71

Trennwand

8

Abdeckplatte

Claims

1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais mit

1. einem Sockel (6) aus Isolierstoff, in welchen Anschlußbah nen für Festkontakte (61) eingebettet sind, und der An schlußelemente (62) für feststehende und bewegliche Kon taktelemente enthält und mit seiner Bodenseite die Grund ebene des Relais definiert,
2. einem Wipp-Anker (1), der zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltposition schwenkbar ist,
3. über den Anker (1) betätigten Kontaktfedern (53), die sich im wesentlichen parallel zur Grundebene erstrecken,
4. einer Spule (4), welche oberhalb des Ankers (1) angeordnet ist und einen bewickelten Spulenkörper (41) und einen axial im Spulenkörper (41) angeordneten Kern (42) enthält, wobei sich die Spulenachse parallel zur Grundebene und senkrecht zur Ankerdrehachse erstreckt,
5. sich an den Enden des Kerns (42) senkrecht zur Grundebene nach unten anschließenden Polschuhen (2) und
6. einer Permanentmagnetanordnung unterhalb der Spule (4) und parallel zur Spulenachse, die in den Polschuhen (2) eine gleichnamige Polarisierung (S) und über der Ankerdrehachse eine dazu ungleichnamige Polarisierung (N) erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Perma nentmagnetanordnung zwei Permanentmagneten (3) enthält, die sich parallel nebeneinander in einer Ebene erstrecken und mit ihren freien Enden an die Polschuhe (2) angrenzen, daß der langgestreckte Anker (1) mit seinem Mittelabschnitt (12) an der Permanentmagnetanordnung gelagert ist, daß jeder Endab schnitt (11) des Ankers (1) mit einem Polschuh (2) jeweils einen Arbeitsluftspalt bildet, und daß jeweils ein Endab schnitt (11) des Ankers (1) in einer Schaltposition in einen Freiraum zwischen den Permanentmagneten (3) eintaucht.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschu he (2) an ihren unteren Enden Ausnehmungen (21) besitzen.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) im wesentlichen stabförmig ist und mit seinem Mittelab schnitt (12) auf einem Quersteg (31), der die beiden Perma nentmagneten (3) verbindet, gelagert ist.

4. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) zwei von seinem Mittelabschnitt (12) nach außen weisende Querarme (13) besitzt und dadurch eine kreuzförmige Gestalt aufweist, und daß der Anker (1) mit seinen Querarmen (13) an den beiden voneinander getrennten Permanentmagneten (3) gela gert ist.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Permanentmagnetanordnung im Bereich der Ankerlagerung in Form einer Verjüngung reduziert ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt federn (53) nach unten abgebogene Anschlußlappen (54) aufwei sen, die mit Kontaktanschlußelementen (62) in Berührung ste hen.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ein bettung der Kontaktfedern (53) in ein Isolierstoff- Trägerelement (51) eine Federbaugruppe (5) gebildet ist, und daß das Trägerelement (51) Mittelstege (52) zwischen den Kon taktfedern (53) aufweist.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) in einem nach oben offenen wannenförmigen Raum eines Grundkörpers (7) mit im wesentlichen H-förmigem Querschnitt untergebracht ist, und daß durch Seitenwände des Grundkörpers (7), die Bodenseite des Sockels (6) und eine den Spulenraum verschließende Abdeckplatte (8) ein Relaisgehäuse gebildet ist.

9. Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund körper (7) eine zur Grundebene parallele Trennwand (71) zwi schen Anker (1) und Spule (4) mit Durchführungen für die Pol schuhe (2) aufweist.

10. Relais nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulen körper (41) Flanschfortsätze (43) aufweist, die Steckkanäle (44) für Wicklungsanschlußelemente (45) enthalten, durch Aus sparungen in der Trennwand (71) gesteckt sind und den Sockel (6) umgreifen.