DE2021455C3

DE2021455C3 - Monostabiles elektromagnetisches Kleinrelais

Info

Publication number: DE2021455C3
Application number: DE19702021455
Authority: DE
Inventors: Paul 4300 Essen Guennewig; Wolfgang 4030 Ratingen Hoehne; Egbert Kuipers; Armin Wild
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: Hengstler GmbH
Priority date: 1970-05-02
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE2021455B2; DE2021455A1; CH526201A; AT311471B; SE382525B

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein monostabiks elektromagnetisches Kleinrelais mit einem hoch belastbaren Umschaltkontakt, das aus einer Spulenkörper-Magnetkreis-Einheit und einer Kontakt-Einheit zusammengesetzt isl und dessen Anker mit seinem

6s freien Ende einen Stößel zur Kontaktbetätigung kraftschlüssig steuert.

Aus der britischen Patentschrift 998 700 ist ein. Klappankerschutz bekannt geworden, dessen Anker

mit seinem freien Ende über einen Stößel die Kontakte schaltet.

In der Offenlegungsschrift 1 908 269" ist ein Leistungs- oder Starkstromrelais geringer Bauhöhe beschrieben, das im wesentlichen aus einer Spulenkörper-Magnetkreis-Einheit und einer Kontaktträgereinheit besteht. Der aus Kunststoff gespritzte Spulenkörper weist an seinem einen Flansch zwei eingespritzte Anschlußfahnen auf. Der andere Flansch ist mit Vorsprüngen und Flächen versehen, auf die sich das E-förmige Kernjoch und der U-förmige Anker auflegen. Ein Teil dieser Flächen dient zugleich dazu, die Kriechstrecken zwischen den Kontaktfedern und dem Eisenkreis zu vergrößern.

Die Kontaktträgereinheit besieht aus· einem Isolierstaffteil, in das zwei längere Kontaktschienen und eine kurze Schiene für die Anbringung der Umschaltfeder eingespritzt sind. Die beiden äußeren längeren Schienen sind am kontaktseitigen Ende abgewinkelt u id mit Kontaktnieten versehen. Die rine Schiene ist aus ihrer Ebene abgekröpft. Die Umschaltkontaktfe- der weist einen geradlinig verlaufenden Federschenkc 1 und einen gekröpften Federschenkel auf, die beide mit Kontaktnieten versehen sind und die Gegenkontakte zangenförmig umfassen. Das Ende der Umschaltkontaktfeder ist mit der mittleren kurzen KontaKtschiene nachträglich vernietet. Die Federschenkel der Umschaltkontaktfeder sind vorgespannt. Die Umschaltung erfolgt durch einen relativ komplizierten Kontaktbetätigungsschieber, der in zwei Aussparungen am U-förmigen Anker eingreift und mit beiden Fiderschenkeln zugleich in Verbindung steht. Das Herausfallen dieses Schiebers wird durch eine Aussparungin dem abgekröpften Schenkel der Feder verhindert, in die ein Vorsprung des Schiebers eingreift.

Bei diesem bekannten Leistungsrelais werden die beider vormontierbaren Baueinheiten durch seitlich angebrachte Federklammern zusammengehalten, die sich an dem Kernjoch und dem Kontaktträger abstützen.

Bei dieser Bauform ist als nachteilig anzusehen, daß die nachträglich eingenietete Mittelkontaktfeder frei am Boden der Kontaktkörperwanne liegt und damit nur einen geringen Abstand von der Relaisspule aufweist. Zur Verlängerung der Kriechstrecken muß daher die Relaisspule ganz besonders gut und sorgfältig bandagiert werden. Außerdem führt das Einspritzen der Spulenanschlußfahnen dazu, daß nur ein geringer Kriechweg zwischen den Anschlußfahnen bzw. -stiften und dem Kernjoch besteht. Zur Verbesserung der Isolation wurde daher ein aus Kunststoffolie geformter Körper über einen Teil des Kernjoches geschoben. Weiterhin wird als nachteilig angesehen, daß der Kontaktweg nicht größer als der Ankerhub ist, so daß mit dieser Anordnung nur begrenzte Starkstromleistungen erzielbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rationell zu fertigendes Starkstromrelais zu schaffen, das besonders große Kriechwege aufweist und bei kleiner Bauhöhe Leistungen von mehreren KW schalten kann, wozu großer Kontankrweg bei kleinem Anker hub, einfach gestaltete Kontaktfedern in justierfreier Montage, spielfreie Verbindung zwischen Spulenkörper-Magnetkreis-Finheit und Kontaktträgereinheit, einfache Ausgestaltung und sichere Lagerung des Kontaktbetätiguri^schiebers vorhanden sein müssen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein über den Polen eines U-förmigen Joches liegender Flachanker über eine,Blattfeder an dem einen Jochschenkel befestigt ist, und sein der Blattfeder abgewandtes Ende, das Ende des anderen Jochschenkels überragend, den der Kontaktbetätigung dienenden Stößel steuert, der

in einer an den einen Spulenkörperflansch angeformten Kammer so geführt ist, daß er durch den Kammei boden hindurch derart auf ein bewegliches Kontaktstück wirkt, daß dessen Schaltweg größer ist als der Ankerweg.

»o Der Gegenstand nach den Ansprüchen wird an Hand von Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Teile des Relais in auseinandergezogener Darstellung,

Fig. 2 eine Gesamtansicht. Gleiche Teile sind mit

den gleichen Bezugszeichen versehen.

Im unteren Teil der F ig. 1 ist mit 1 die Kontaktträgereinheit bezeichnet, in die Kontaktschienen 2, 3, 4 eingespritzt sind. Die als AMP-Stecker ausgebildeten Anschlußenden dieser Schiern liegen in einer Ebene.

ao Die Schienen wurden vor dem Umspritzen so abgekröpft, daß ihre kontaktseitigen Enden in drei verschiedenen Ebenen liegen. Der Querbalken 3a der Arbeitskuntaktschiene 3 ist an seinem rechten Ende mit Löchern versehen, mit deren Hilfe die Arbeits-

»5 kontaktfeder 3b von unten her auf dem Querbalken 3a festgenietet wird. Nach unten herausgedrückte Butzen 12 des Querbalkens 3a dienen dabei als Anschlag für die Feder und geben ihr in ihrer Ruhelage die erforderliche Vorspannung. Der Ruhekontakt 4a

ist starr auf das abgekröpfte Ende der Kontaktschiene 4 aufgebracht. Die Umschalt- oder Mittelfeder la wird mit dem gelochten Ende der Kontaktschiene 2 vernietet.

Selbstverständlich können an Stelle der Nietverbindungen auch Punktschweißverbindungen vorgesehen sein. Die dargestellten Kontaktniet^ können vorteilhaft durch aufgeschweißte Kontaktflächen ersetzt werden.

Die Kontaktschienen 2, 3, 4 werden vorzugsweise als Schienensatz aus einem Metallband so herausgestanzt, daß die einzelnen Schienen in Höhe der AMP-Anschlußstecker durch Querstege miteinander verbunden sind. Die Schienensätze werden dann einer Spritzgußmaschine zugeführt und erst anschließend

voneinander getrennt. Das Annieten oder Anschweißen der Kontaktfedern bzw. Kontaktstücke erfolgt zweckmäßig nach dem Umspritzen, um die Kontaktflächen vor Verunreinigung zu schützen.

Die Kontaktträgereinheit 1 ist wannenförmig aus-

S^ gebildet. Sie hat hochgezogene Seitenwände la und Ib, die nach dem Zusammenbau die Spule so umgeben, daß außerordentlich große Kriechwege gewährleistet sind. Auf eine Bandagierun^ der Spule kann daher verzichtet werden. Die Kontaktträgereinheit ist ferner mit einer Auflagefläche lc versehen, auf der nach dem Zusammenbau der freie Schenkel 5a des Kernes ruht. Mit Id ist ein Durchbruch bezeichnet, durch den der eine Spulenschlußschenkel 9a hin durchgesteckt wird. Der zweite Durchbruch für den

anderen Schenkel 8a wird durch die vertikale Wand Ib verdeckt.

Der U-fönnige Kern 5 bildet zusammen mit dem I-förmigen Anker 6 und dem Spulenkörper 7 eine Spulenkörper-Magnetkreis-Einheit, die für sich vor-

⁶S montiert und dann erst mit der Kontaktträgereinheit verbunden wird. Der Spulenkörperflansch la ist mit einer Aussparung Ib versehen, die das Joch des Kernes 5 aufnimmt.

Besonders rationell läßt sich das Relais dadurch fertigen, daß die Kontaktschienen gleichzeitig der Befestigung der festen und des beweglichen Kontaktstückes wie auch der Ausbildung der Steckeranschlüsse dienen. Wegen des Verlegens der Steckansch'.üsse 2, 3 und 4 an den hinteren Flansch ist es vorteilhaft, die ebenfalls als Steckanschlüsse auszubildenden Spulenanschlüsse ebenfalls so anzuordnen, daß alle Anschlußenden zusammen einen einheitlichen Steckersatz ergeben.

Hierzu sind Aussparungen 7 c und Td vorgesehen, die sich zu durchgehenden vertikalen Bohrungen verengen. Diese Aussparungen nehmen winkelförmige Spulenanschlußkörper 8 und 9 auf. Diese Anschlußkörper sind aus einem Metallblech so ausgestanzt, daß längere im Querschnitt etwa quadratische Schenkel 8a und 9a sowie kürzere als AMP-Stecker ausgebildete Schenkel 8b und 9 b entstehen. Ferner sind Spulcnanschlußfahnen 8c und 9c ausgestanzt und abgebogen, die mit V-förmigen Schlitzen zur Einführung der Wickelungsenden der Spule versehen sind. Mit Sd und 9d sind rechteckige Aussparungen bezeichnet, denen die quaderförmigen Erhebungen Te und 7/ entsprechen. Die Schenkel 8a und 9a sind ferner mit in F i g. 1 erkennbaren Nasen oder Widerhaken derart versehen, daß sie sich beim Einschieben der Spulenanschlußkörper in den Bohrungen des Flansches 7a so festklemmen, daß sie der beim Wickeln auftretenden Fliehkraft standhalten. In diesem Zustand wird der Spulenkörper in die Wickelmaschine eingelegt, die automatisch die Drahtenden in die V-Schlitze der Anschlußfahnen 8c, 9c einführt und dort festlötet. Danach werden in einem einzigen Arbeitsgang die Anschlußfahnen 8c und 9c zur Zugentlastung der Drähte etwa in die horizontale Lage nach unten gedrückt und die quaderförmigen Erhebungen Te und 7/ so verformt, daß die Spulenanschlußkörper 8 und 9 unverlierbar festsitzen. Durch diese Maßnähmen kann auf die sonst übliche Verdrillung der Enden von dünnen Spulendrähten verzichtet werden.

An dem vorderen Flansch des Spulenkörpers 7 ist ein Anschlag 7g für den Anker 6 angespritzt. Eine vertikale Wand 7Λ und eine horizontale Wand 71 dienen einer Vergrößerung der Kriechstrecken. Sie sind an der Stelle, an der sie zusammenstoßen, so ausgebildet, daß eine Führungskammer Tk für den quaderförmigen Kontaktbetätigungsschieber 10 entsteht. Mit 11 ist die Ankerfeder bezeichnet, die winkelförmig ausgebildet und an der Stoßstelle der beiden Schenkel stark überhöht ist, um einen größeren Federweg zu erhalten. Die Ankerfeder wird unter solcher Vorspannung auf den freien Kernjochschenkel 5a und den Flacheisen-Anker 6 aufgenietet, daß das ein Schneidenlager bildende Ende 6a des Ankers ständig auf dem Ende des freien Kernjochschenkels Sa aufliegt. Das freie Ende 6b des Ankers 6 wird im nicht erregten Zustand durch die Mittelkontaktfeder la und den Schieber 10 gegen den Anschlag 7g gedruckt. Zwischen dem freien Kernjochschenkel 5a und der Ankerfeder 11 wird vor dem Vernieten eine Anti-Klebe-Folie 13 eingelegt, deren Ende zwischen Ankerende 6a und dem Jochschenkelende 5a liegt. Die Folie dient zugleich dazu, die Reibungsverhältnisse zwischen Joch und Anker günstig zu gestalten. Die Spulenkörperflansche sind an ihrer Unterseite mit hakenförmigen Ansätzen Tm versehen, die in entsprechende öffnungen im Boden der Kontaktträgereinheit einrasten und damit eventuelle Einbautoleranzen kompensieren.

Die Anschlußteile des dargestellten und beschriebenen Starkstromrelais sind so ausgebildet; daß durch nachträgliches Beschneiden und Umbiegen der Anschlußstecker bzw. Stifte vier verschiedene Montage und Anschlußvariationen geschaffen werden können. In der Grundausführung werden die aus der.Kontaktträgereinheit 1 herausragenden und als Lötstifte dienenden Schenkel 8a und 9a abgeschnitten, so daß ίο sämtliche Anschlüsse über die AMP-Stecker getätigt werden. In dieser Ausführung wird das Relais auf einer Grundplatte montiert, indem es von der Unterseite her auf dieser Grundplatte festgeschraubt wird. Die Unterseite der Kontaktträgereinheit 1 weist zu ¹S diesem Zweck mindestens ein Schraubenloch und einen Zapfen auf, der in eine Bohrung der Grundplatte einrastet. Das Spritzwerkzeug für die Kontaktträgereinheit 1 ist so ausgebildet, daß die Durchbrüche Id zunächst durch eine Preßhaut verschlossen sind. Sie ao wird bei der Endmontage nur dann durchstoßen, wenn die Stifte 8a und 9a unbeschnitten sind, um dem Spulenanschluß zu dienen. In allen anderen Ausführungsformen ergeben sich durch die stehengebliebene Preßhaus größere Kriechwege.

In einer anderen Ausführung werden nachträglich die AMP-Stecker 8b und 9b angeschnitten und die Kontaktschienen 2,3,4 so beschnitten und nach unten abgebogen, daß das Relais liegend in einer Leiterplatte eingelötet werden kann.

Als weitere Ausführung können die Stifte 8a und ' 9a abgetrennt und sämtliche AMP-Stecker so beschnitten werden, daß das Relais stehend mit einer Leiterplatte verlötet werden kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man die AMP-Stecker 8b und 9b abschneidet, die Anschlußstifte 8α und 9α mit einer Leiterplatte verlötet und die Kontaktzuführungen über die AMP-Stekker 2, 3 und 4 realisiert.

Das Beschneiden der Anschlüsse für die verschiedenen Einbaumöglichkeiten kann nach Fertigstellung der beiden Einheiten und vor ihrem Zusammenbau erfolgen. Hierdurch läßt sich die Zahl der Bauteilvarianten klein halten und die Lagerhaltung verbilligen. Derartige Maßnahmen haben erheblichen Einfluß aul die Fertigungsrationalisierung und den Preis, wie folgendes Beispiel zeigen möge: Wen die Spuienkörper-Magnetkreis-Einheit für 8 verschiedene Spannungen ausgelegt ist und die Spulenkörper vor den Wickeinwahlweise mit 3 verschiedenen Anschlußfah so nen auszurüsten wären, so ergäben sich allein für dies« Einheit 24 Varianten. Das unmittelbar vor dem Ein bau mögliche Beschneiden verringert diese Zahl auf 8 Ähnliches gilt für die Kontaktträgereinheit, die j; mit unterschiedlichen Kontaktlegierungen für hohl SS Schaltleistung, aggressive Atmosphäre etc. ausgerii stet sein kann.

Für das Herstellen der verschiedenen Anschluß

möglichkeiten sind lediglich einfache Sonderwerk zeuge erforderlich, mit deren Hilfe die Anschlußteil so abgeändert werden können, daß die Lagerhaitun im Betrieb einfacher wird.

Die wesentlichsten Vorteile der neuartigen Kor struktion sind darin zu sehen, daß unter optimale " Raumausnutzung große Schaltleistungen und Kriecr wege realisierbar sind. Die in ihrem Aufbau einfache Kontaktfedern sind frei am Kopfende des Relais s angebracht, daß sie gut zugänglich sind und eine groE Stromwärme abgeführt werden kann. Der besonde

einfach herzustellende Anker hat ein kleines Trägheitsmoment, so daß das Relais hohe Boechleunigungswcrteohne Fehlschaltung verträgt. Die gewählte Hebelübersctzung vom Anker auf die Mittelkontaktfederist insofern überraschend vorteilhaft, als die Ankerhaiiekraft quadratisch mit wachsendem Luftspalt zurückgeht, während sie über das Übersetzungsverhältnis linear in die Kontaktkraft eingeht. Dies hat zur Folge, daß man bei vorgeschriebenem Kontaktdruck und Kontaktabstand die Ampcrewindurigszahl mit wachsendem Übersetzungsverhältnis verkleinern kann. Mit anderen Worten sind bei gleichen Gesamtabmessungen höhere Schaltleistungen realisierbar.

Die Kriechwege sind so reichlich bemessen, daß das Relais als Trennglied gegen eigensichere Kreise verwendet werden kann. In diesem Falle wird mit Hilfe eines Butzcns 14 eine Erdungsfahnc an das Kernjoch 5 angenietet.

Patentschutz wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit der

>° Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich seiner Rückbezieh U ng.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche·

1. Monostabiles elektromagnetisches Kleinrelais mit einem hoch belastbaren Umschaltkontakt, das aus einer Spulenkörper-Magnetkreis-Einheit und einer Kontakt-Einheit zusammengesetzt ist und dessen Anker mit seinem freien Ende einen Stößel zur Kontaktbetätigung kraftschlüssig steuert, dadurch gekennzeichnet, daß ein über den Polen eines U-förmigcn Joches (5) liegender Flachanker (6) über eine Blattfeder (11) an dem einen Jochschenkel (5a) befestigt ist, und sein der Blattfeder (11) abgewandtes Ende (6b), das Ende des anderen Jochschenkels (Sb) überragend, den der Kontaktbetätigung dienenden Stößel (10) steuert, der in einer an den einen Spulenkörperflansch (7) angeformten Kammer (7k) so geführt ist, daß er durch den Kammerboden hindurch derart auf ein bewegliches Kontaktstück (2a) wirkt, daß dessen Schaltweg größer ist als der Ankerweg.

2. Relais nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß in die wannenartige Kontaktträgereinheit (1) drei in Richtung der Relaisachse (AB) verlaufende Kontaktschienen (2,3,4) eingebettet sind, die an der Kontaktseite in verschiedenen Ebenen liegen und mit einem Ruhekontakt (4a) sowie einer quer zur Rdaisac:<se (AB) verlaufenden Mittelkontaktfeder\2n) und Arbeitskontaktfeder (3έ>) verbunden sind.

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschienen (2, 3, 4) auf der Anschlußseite in einer Ebene liegen und an der Kontaktseite innerhalb des Kunststoff körpers so abgekröpft sind, daß die Arbeitskontaktfeder (3b) in eine untere, die Mittelkontaktfeder (2a) in eine mittlere und der Ruhekontakt (4a) in eine obere Ebene zu liegen kommt.

4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Ruhekontaktfeder (3b) an dem Ende eines Querbalkens (3a) der Arbeitskontaktschiene (3) befestigt ist und daß Butzcn (12) am anderen Ende des Querbalkens (3a) als Federanschlag dienen.

5. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanschlußfahnen (8,9) aus einem rechtwinklig abgebogenen Stanzteil bestehen, daß der kürzere Schenkel (Sb, 9b) des Winkels als AMP-Stecker ausgebildet ist und daß der längere Schenkel (8a, 9a) des Winkels, der etwa quadratischen Querschnitt aufweist, in einer durch den Spulenkörperflansch (7a) und die Kontaktträgereinheit (1) hindurchgehenden Bohrung arretiert ist.

6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Lötfahne (8c, Vc) fur den Anschluß des Spulendrahtes aus dem kunen und breiten Schenkel (ßb, 9b) des Winkels herausgestanzt und die Lötfahne nach dem Anlöten des Drahtes zur Zugentlastung in Richtung auf die Spule umbiegbar angeordnet ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze und breite Schenkel (9b, 9b) des Winkels in Aussparungen (7c, Td) des Spulenkörpers (7) seitlich geführt ist und zusätzlich mit einem Durchbruch (Sd, 9d) versehen ist. durch den eine Nase (Te, Tf) des Spu-

lenkörperflansches (7a) hindurchgreift.

8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Nase (7c, 7/) zur zusätzlichen Arretierung plastisch verformbar ist.

9. Relais nach einem der Ansprüche 6 bis 8,. dadurch gekennzeichnet, daß der lange und schmale Schenkel (8a, 9a) des Winkels mit Nasen oder Widerhaken derart versehen ist, daß der Winkel der Fliehkraft beim Wickeln der Spule standhält.

10. Relais nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem äußeren Schenkel (Sa) des U-förmigen Joches (5) Befestigungsbutzen herausgedrückt sind, die mit der Ankerhaltefeder vernietet werden.

11. Relais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerhaltefeder (11) winkelförmig ausgebildet und so vorgespannt ist, daß die eine Schmalseite des Ankers (6a) ständig auf dem Ende des äußeren Jochschenkels (5a) aufliegt..

12. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Herausdrücken der Befestigungsbutzen an der Unterseite des äußeren Jochschenkels entstehenden Aussparungen beim Zusammenbau der beiden Einheiten in entsprechende Vorsprünge an der Kontaktträgereinheit (1) einrasten.

13. Relais nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an die Spulenkörperflansche Arretierungshaken (7 m) angespritzt sind, die durch entsprechende öffnungen im Boden der Kontaktträgereinheit (1) so hindurchgreifen, daß sie die beiden Einheiten (1, 7) durch toleranzkompensierendes Einrasten fest miteinander verbinden.

14. Relais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche der Kontaktkörpereinheit mit mindestens einem Schraubenloch und einer Haltenase versehen ist, die der Befestigung des Relais auf einer Leiterplatte dienen.

15. Verfahren zur Herstellung der Kontaktschienensätze eines Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschienensätze (2, 3, 4) so aus einem Metallband ausgestanzt werden, daß sie in Höhe der dem Anschluß dienenden AMP-Stecker durch Querstege verbunden sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschienensätze (2,3, 4) einem Spritzautomaten zugeführt werden, daß die Stege erst nach dem Umspritzen entfernt werden und daß die Kontakte (4a) resp. Kontaktfedern (2a, 3b) nach dem Umspritzen durch Schweißung oder Nietung befestigt werden.