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WO1998001879A1 - Elektromagnetisches relais und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Elektromagnetisches relais und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO1998001879A1
WO1998001879A1 PCT/DE1997/001196 DE9701196W WO9801879A1 WO 1998001879 A1 WO1998001879 A1 WO 1998001879A1 DE 9701196 W DE9701196 W DE 9701196W WO 9801879 A1 WO9801879 A1 WO 9801879A1
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WO
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cap
coil
relay
casting resin
base
Prior art date
Application number
PCT/DE1997/001196
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Heinzl
Heinz Stadler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/023—Details concerning sealing, e.g. sealing casing with resin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/026—Details concerning isolation between driving and switching circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H2001/5888—Terminals of surface mounted devices [SMD]

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic relay, which has a coil with a winding and a core
  • Anchor and a contact system actuated by the armature wherein the coil is arranged in a trough-shaped housing cap closest to the - top - cap bottom and fastened with solidified resin, while the armature and the contact system are below the coil near the open side of the cap are located.
  • the invention also relates to a method for producing such a relay.
  • a relay with the structure generally specified above is known for example from DE 26 22 133 AI.
  • the relay system is arranged in a two-part housing, the two housing parts being interleaved in such a way that the edge of the inner housing part is immersed in a casting compound covering the bottom of the outer housing part. This seals the gap between the two housing parts.
  • the potting compound can also be used to fix the magnet system there.
  • the aim of the present invention is to eliminate the contact-damaging outgassing from the coil with respect to the contacts in relays of the type mentioned at the outset without changing the construction by a simple and inexpensive measure.
  • the casting resin at least completely encloses the coil winding within the cap.
  • a method according to the invention for producing such a relay is accordingly that the cap is fed with its opening upwards in the production process and filled with a predetermined amount of liquid casting resin, that then a preassembled assembly containing the coil with the coil down into the Cap is inserted and pressed onto the cap bottom, with the casting resin completely flowing around the coil, and that finally the casting resin is cured.
  • the cap is turned over and filled with liquid casting resin to such an extent that in the magnetic system then used in reverse from above, the coil is completely in the casting resin immersed.
  • This process can be carried out in the normal production line so that the relays do not have to be removed from the line.
  • the hardening of the casting resin required here also takes at most a few hours, so that the total throughput time of the relay in the production line is reduced to a fraction of the time previously required, for example from 30 hours to less than 5 hours.
  • the casting of the coil within the cap which is proposed according to the invention, not only isolates the winding from the contact system, but also prevents any outgassing which is damaging to the contact.
  • Cap with the coil encapsulated in it receives a high mechanical stability and also a high thermal resistance. This is particularly important for miniature relays, as mentioned at the beginning, since their small air gap and contact distances are very sensitive to warping of the system. With the design according to the invention, such relays can therefore also be provided with connections for surface mounting (SMT) or also for press-in technology.
  • SMT surface mounting
  • the cap and / or a base can be designed in such a way that the cast resin enveloping the winding additionally or completely seals the remaining housing gaps in the base area by capillary action, so that an additional sealing process may be unnecessary.
  • FIG. 1 shows the assembly of a relay system with a cap according to the invention in five stages of the process, stage la being a fully assembled relay system in front view, stage lb a cap in section, stage lc an inverted cap partially filled with casting resin, stage ld the
  • FIG. 2 shows a cap provided with capillary channels
  • FIG. 3 shows a cap according to FIG. 2 with the magnet system inserted
  • Figure 4 is a representation similar to Figure 3, but with a modified base.
  • the relays shown in the drawing are only shown schematically.
  • the structure of the relay system in detail which is not decisive for the present invention, results for example from WO 94/22156 AI.
  • the relay system is first assembled in a known manner. Such is shown in FIG. 1,
  • Relay system basically shown in a front view, a coil body 1 serving as the base body carrying a winding 2 and an axially arranged core 3.
  • a permanent magnet 4 which is only visible in FIG. 1, is arranged below the winding and lies between two yoke legs 5 and interacts with an armature 6.
  • the armature carries contact springs, not shown here, which in turn interacts with fixed contacts, likewise not visible, in a base 7. From the relay system go down pins 8 for the contacts and the coil winding.
  • a cap 9 molded from plastic according to FIG. 1b is fed. This is turned over according to FIG. 1c so that the cap bottom 9a, which in itself forms the upper end wall of the relay, lies at the bottom and a predetermined amount of liquid casting resin 10 can be filled into the cap.
  • the reversed relay system according to FIG. 1a is then inserted into this cap from above and pressed in with a suitable device in the direction of arrow 11 until the casting resin
  • Coil winding has completely flowed u. This state is shown in the sectional view of Figure le. In this position, the casting resin is cured, for example, by placing it under the appropriate heat. The gap 12 between the cap 9 and the base 7 can be sealed subsequently or at the same time. As indicated in Figure le also with dashed lines is. The pins 8 can also be angled so that they form SMT connectors 8a.
  • FIG. 3 shows a somewhat modified housing cap 19, in which capillary channels 20, which are distributed over the circumference and perpendicular to the bottom, are formed.
  • the casting resin 10 flows upward through the channels 20 by capillary action and seals the housing gap 21 between the cap 19 and a base 17.
  • the capillary channels can also be provided only in the housing corners, which is not shown in detail.
  • FIG. 5 A further modification is shown in FIG. 5.
  • a base 27 is used which, with a circumferential edge 28, dips into the casting resin 10 enveloping the winding.
  • a capillary gap 30 is thus formed between the edge 28 and the cap 29, through which the casting resin is sucked upward and thus seals the housing gap.
  • further capillary channels 31 are provided on the outside of the base, which the casting resin to push-through openings 32 for
  • Lead coil connector pins 33 or to other socket openings In this way, it is possible to completely seal the relay housing by inserting the magnet system and the base.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

Nach der Montage des Relaissystems wird die Kappe nicht von oben aufgesetzt, sondern mit dem Kappenboden (9a) nach unten zugeführt und mit einer vorgegebenen Menge an flüssigem Gießharz (10) gefüllt. Danach wird das Relaissystem mit der Spulenwicklung (2) voran in die Kappe eingedrückt, wobei das Gießharz (10) die Spulenwicklung vollständig umfließt. Nach dem Aushärten ist die Spulenwicklung vollständig von dem Kontaktsystem abgeschlossen, so daß keine kontaktschädigenden Ausgasungen entstehen können. Zugleich erhält man eine hohe thermische Belastbarkeit und mechanische Stabilität des Gesamtsystems, so daß auch SMT-Anschlüsse oder Einpreßstifte als Relaisanschlüsse verwendet werden können.

Description

Beschreibung
Elektromagnetisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, welches eine Spule mit einer Wicklung und einem Kern, einen
Anker und ein von dem Anker betätigtes Kontaktsystem umfaßt, wobei die Spule in einer wannenförmigen Gehäusekappe nächstliegend zum - oben liegenden - Kappenboden angeordnet und mit erstarrtem Gießharz befestigt ist, während sich der Anker sowie das Kontaktsystem unterhalb der Spule in der Nähe der offenen Seite der Kappe befinden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Relais.
Ein Relais mit dem oben allgemein angegebenen Aufbau ist beispielsweise aus der DE 26 22 133 AI bekannt. Dort ist das Relaissystem in einem zweiteiligen Gehäuse angeordnet, wobei die beiden Gehäuseteile so ineinander verschachtelt sind, daß der Rand des inneren Gehäuseteiles in eine den Boden des äußeren Gehäuseteiles bedeckende Vergußmasse eintaucht. Dadurch wird der Spalt zwischen beiden Gehäuseteilen abgedichtet . Zugleich kann dort mit der Vergußmasse am Boden auch das Magnetsystem fixiert werden.
Bei diesem bekannten Relais ist wie auch sonst in ähnlich aufgebauten Relais die Spulenwicklung gegenüber dem Kontaktsystem offen, so daß kontaktschädigende Ausgasungen aus der Spule die Kontaktoberflächen beeinträchtigen können. Während aber bei Starkstromrelais gewisse Kontaktbeläge durch den Schaltstro weggebrannt werden können, ist dies bei Miniaturrelais zum Schalten sehr kleiner Ströme nicht der Fall. Bei solchen Relais, etwa gemäß WO 94/22156, sind deshalb die Spulenausgasungen besonders gefährlich. Bei der Fertigung derartiger Relais ist es deshalb bisher erforderlich, die Spulen nach dem Wickeln aus der Fertigungslinie auszuschleusen und auf speziellen Magazinen bzw. Horden in Vakuum-Temperöfen auszuheizen, wobei Ausheizzeiten bis zu 20 Stunden erforderlich sind. Diese Maßnahme erfordert also einen hohen zusätzlichen Fertigungsaufwand und kann immer noch die kontaktschädigenden Ausgasungen nicht völlig beseitigen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, bei Relais der eingangs genannten Art ohne Änderung der Konstruktion durch eine einfache und kostengünstige Maßnahme die kontaktschädigenden Ausgasungen aus der Spule gegenüber den Kontakten zu beseitigen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gießharz innerhalb der Kappe zumindest die Spulenwicklung vollständig umschließt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen Relais besteht entsprechend darin, daß im Fertigungsablauf die Kappe mit ihrer Öffnung nach oben zugeführt und mit einer vorgegebenen Menge an flüssigem Gießharz gefüllt wird, daß dann eine vormontierte, die Spule enthaltende Baugruppe mit der Spule nach unten in die Kappe eingesetzt und auf den Kappenboden gedrückt wird, wobei das Gießharz die Spule vollständig umfließt, und daß schließlich das Gießharz ausgehärtet wird.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen Methode, nach der Montage des Relaissystems die Gehäusekappe von oben aufzusetzen, wird bei der Erfindung die Kappe umgedreht und zu einem derartigen Teil mit flüssigem Gießharz gefüllt, daß bei dem dann von oben umgekehrt eingesetzten Magnetsystem die Spule völlig in das Gießharz eintaucht . Dieser Vorgang kann in der normalen Fertigungslinie durchgeführt werden, so daß die Relais nicht aus der Linie ausgeschleust zu werden brauchen. Auch das hier erforderliche Aushärten des Gießharzes benötigt allenfalls wenige Stunden, so daß die gesamte Durchlaufzeit des Relais in der Fertigungslinie sich auf einen Bruchteil der bisher benötigten Zeit vermindert, beispielsweise von 30 Stunden auf weniger als 5 Stunden. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Vergießen der Spule innerhalb der Kappe wird also die Wicklung nicht nur von dem Kontaktsystem isoliert, sondern es werden auch sämtliche kontaktschädigenden Ausgasungen verhindert. Als zusätzlicher Vorteil dieser Maßnahme ergibt sich die Wirkung, daß die
Kappe mit der in ihr vergossenen Spule eine hohe mechanische Stabilität und auch eine hohe thermische Belastbarkeit erhält. Dies ist besonders wichtig bei Miniaturrelais, wie sie eingangs angesprochen wurden, da deren geringe Luftspalt- und Kontaktabstände sehr empfindlich gegen einen Verzug des Systems sind. Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung können derartige Relais deshalb auch mit Anschlüssen für Oberflächenmontage (SMT) oder auch für Einpreßtechnik vorgesehen werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung können die Kappe und/oder ein Sockel so gestaltet sein, daß das die Wicklung umhüllende Gießharz zusätzlich durch Kapillarwirkung die verbleibenden Gehäusespalte im Sockelbereich ganz oder zumindest teilweise abdichtet, so daß ein zusätzlicher Abdichtvorgang unter Umständen entbehrlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Figur 1 in fünf Verfahrensstadien die erfindungsgemäße Zusammenfügung eines Relaisεystems mit einer Kappe, wobei das Stadium la ein fertigmontiertes Relaissystem in Vorderansicht', das Stadium lb eine Kappe im Schnitt, das Stadium lc eine umgedrehte und teilweise mit Gießharz gefüllte Kappe, das Stadium ld den
Einsetzvorgang des Relaissystems in die Kappe und das Stadium le das fertig montierte Relais in einem Querschnitt zeigt, Figur 2 eine mit Kapillarkanälen versehene Kappe, Figur 3 eine Kappe gemäß Figur 2 mit eingesetztem Magnetsystem und Figur 4 eine Darstellung ähnlich Figur 3, aber mit abgeändertem Sockel .
Die in der Zeichnung dargestellten Relais sind lediglich schematisch gezeigt. Der Aufbau des Relaissystems im einzelnen, der für die vorliegende Erfindung nicht maßgebend ist, ergibt sich beispielsweise aus der WO 94/22156 AI.
Wie aus Figur 1 hervorgeht, wird zunächst das Relaisεystem in bekannter Weise montiert. In Figur la ist ein solches
Relaissystem grundsätzlich in einer Vorderansicht gezeigt, wobei ein als Grundkörper dienender Spulenkörper 1 eine Wicklung 2 sowie einen axial angeordneten Kern 3 trägt. Unterhalb der Wicklung ist ein nur in Figur le sichtbarer Dauermagnet 4 angeordnet, der zwischen zwei Jochεchenkeln 5 liegt und mit einem Anker 6 zusammenwirkt . Der Anker trägt hier nicht dargestellte Kontaktfedern, die wiederum mit ebenfalls nicht sichtbaren Festkontakten in einem Sockel 7 zusammenwirkt . Aus dem Relaissystem gehen nach unten Anschlußstif e 8 für die Kontakte und die Spulenwicklung ab.
Nach der Montage des Relaissystems wird eine gemäß Figur lb aus Kunststoff geformte Kappe 9 zugeführt. Diese wird gemäß Figur lc umgedreht, so daß der an sich die obere Abschlußwand des Relais bildende Kappenboden 9a unten liegt und in die Kappe eine vorgegebene Menge an flüssigem Gießharz 10 eingefüllt werden kann. In diese Kappe wird dann gemäß Figur ld das ebenfalls umgedrehte Relaissystem gemäß Figur la von oben her eingesteckt und mit einer geeigneten Vorrichtung in Richtung des Pfeiles 11 eingedrückt, bis das Gießharz die
Spulenwicklung vollständig u flossen hat. Dieser Zustand ist in der Schnittdarstellung von Figur le gezeigt. In dieser Position wird das Gießharz ausgehärtet, indem es beispielsweise unter entsprechende Wärmeeinwirkung gesetzt wird. Der Spalt 12 zwischen der Kappe 9 und dem Sockel 7 kann dabei nachträglich oder auch gleichzeitig abgedichtet werden. Wie in Figur le außerdem mit gestrichelten Linien angedeutet ist, können die .Anschlußstifte 8 auch abgewinkelt werden, so daß sie SMT-Anschlusse 8a bilden.
Die Figur 3 zeigt eine etwas abgewandelte Gehäusekappe 19, bei der über den Umfang verteilt senkrecht zum Boden gerichtete Kapillarkanale 20 eingeformt sind. Wie in Figur 4 gezeigt ist, fließt das Gießharz 10 durch Kapillarwirkung über die Kanäle 20 nach oben und dichtet den Gehäusespalt 21 zwischen der Kappe 19 und einem Sockel 17 ab. Die Kapillarkanale können auch nur in den Gehäuseecken vorgesehen werden, was nicht im einzelnen dargestellt ist.
Eine weitere Abwandlung zeigt Figur 5. In diesem Fall ist ein Sockel 27 verwendet, der mit einem umlaufenden Rand 28 in das die Wicklung umhüllende Gießharz 10 eintaucht. Zwischen dem Rand 28 und der Kappe 29 wird so e n Kapillarspalt 30 gebildet, durch den das Gießharz nach oben gesaugt wird und so den Gehäusespalt abdichtet. Außerdem sind an der Sockelaußenseite weitere Kapillarkanäle 31 vorgesehen, die das Gießharz zu Durchsteckoffnungen 32 für
Spulenanschlußstifte 33 oder zu sonstigen Sockelöffnungen fuhren. Auf diese Weise ist es möglich, bereits durch das Einstecken des Magnetsystems und des Sockels das Relaisgehause vollständig abzudichten.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetisches Relais, welches eine Spule (1,2) mit einer Wicklung (2) und einem Kern (3), einen Anker (6) und ein von dem Anker betätigtes Kontaktsystem umfaßt, wobei die Spule (1,2) in einer wannenförmigen Gehäusekappe (9) nächstliegend zum - oben liegenden - Kappenboden (9a) angeordnet und mit erstarrtem Gießharz befestigt ist, während sich der Anker (6) sowie das Kontaktsystem unterhalb der Spule (1,2) in der Nähe der offenen Seite der Kappe (9) befinden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gießharz (10) den Raum zwischen der Spule (2) und der Umfangswand der Kappe (9) ausfüllt und zumindest die Wicklung (2) vollständig umschließt.
2. Relais nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Relais Anschlußelemente (8a) für Oberflächenmontage-Technik (SMT) aufweist.
3. Relais nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Relais Anschlußstifte für Einpreßtechnik aufweist.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anker (6) und das Kontaktsystem auf einem Sockel (7) angeordnet sind, der zusammen mit der Kappe (9) ein geschlossenes Gehäuse bildet.
5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Kappe und/ oder in einem Sockel (17 , 27 ) Kapillarkan le (20) senkrecht zur Bodenseite vorgesehen sind, durch die das Gießharz in Gehäusespalte (21,30,32) geleitet wird.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein an einem Sockel (27) angeformter Rand in das die Spulenwicklung umhüllende Gießharz eintaucht und daß dieser Rand mit der gegenüberliegende Wand der Kappe (29) einen Kapillarspalt bildet.
7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Oberfläche eines Sockels (27) wietere Kapillarkanäle (31) eingeformt sind, die das Gießharz (10) zu weiteren Gehäuseöffnungen (32) führen.
8. Verfahren zur Herstellung eines Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im
Fertigungsablauf die Kappe (9) mit ihrer Öffnung nach oben zugeführt und mit einer vorgegebenen Menge an flüssigem Gießharz (10) gefüllt wird, daß dann eine vormontierte, die Spule (1,2) enthaltende Baugruppe mit der Spule nach unten in die Kappe (9) eingesetzt und auf den Kappenboden (9a9 gedrückt wird, wobei das Gießharz die Spulenwicklung (2) vollständig umfließt und daß schließlich das Gießharz (10) ausgehärtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vormontierte Baugruppe bereits das vollständige Relaissystem mit der Spule (1,2), dem Anker (6) und der Kontaktanordnung umfaßt .
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einem mit Festkontaktelementen bestückten Sockel (7) der Anker (6) mit beweglichen Kontaktfedern gelagert und justiert wird, daß der Sockel (7) mit der Spule (1,2) verbunden wird und daß die so gebildete Baugruppe mit der Spule voran in die mit
Gießharz (10) teilweise gefüllte Kappe (9) eingesetzt wird.
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