ELEKTROMAGNETISCHES RELAIS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Relais, mit einem Magnetjoch und mit einer Relaisspule sowie mit einem gegenüber mindestens einem ersten Festkontakt gehaltenen Bewegkontakt, der bei stromloser Relaisspule von einem Piezoaktor infolge dessen Ansteuerung geschlossen gehalten ist. Ein derartiges Relais ist aus der WO 2005/001868 A1 bekannt.

[0002] Ein Relais, wie es insbesondere auch in einem Kraftfahrzeug als elektromagnetischer Schalter vielfach Anwendung findet, wird über einen Steuerstromkreis, in dem die Relaisspule liegt, aktiviert und schaltet üblicherweise mindestens einen weiteren Stromkreis, in den beispielsweise ein Elektromotor, eine Benzinpumpe oder häufig auch sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten, beispielsweise eines Kraftstoff-Einspritzsystems, geschaltet ist.

[0003] Prinzipiell wird zwischen monostabilen und bistabilen Relais unterschieden. Ein monostabiles Relais benötigt sowohl zum Anziehen als auch zum Halten des Ankers einen dauerhaften Stromfluss durch die Relaisspule (Erregerwicklung), um die Arbeitsstellung (EIN) einzunehmen und zu halten. Wird der Stromfluss unterbrochen, so geht das Relais autark in seine Ruhestellung (AUS). Ein bistabiles Relais kann im stromlosen Zustand zwei verschiedene stabile Zustände aufweisen, wozu es bei einem im Steuerkreis erzeugten Stromimpuls in den jeweils anderen Schaltzustand umschaltet und diesen bis zum nächsten Steuerimpuls beibehält. Das bistabile Relais muss daher aktiv angesteuert werden, um in eine definierte Schaltstellung zu gelangen.

[0004] Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich sind möglichst leistungsarme Relais mit stromsparender Relaisansteuerung gewünscht bzw. gefordert, zumal Verlustleistungen und insbesondere Dauerverluste einen entsprechend erhöhten CO₂-Ausstoß des Kraftfahrzeugs bedingen.

[0005] Das Dokument WO 2005/001868 A1 offenbart ein elektromagnetisches Relais gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0006] Zur Bereitstellung leistungsarme Relais ist es aus der DE 43 25 619 A1 bekannt, zwei Relais in einer ersten Phase, in der eine vergleichsweise große Anzugsspannung für den Anker erforderlich ist, parallel und im Anschluss an das Schließen des Arbeitskreiskontaktes in einer zweiten Phase, in der nur eine vergleichsweise geringe Haltespannung erforderlich ist, in Reihe zu schalten.

[0007] Bei einem aus der DE 44 10 819 A1 bekannten Relais überbrückt ein Schalter einen Haltewiderstand, der den Haltestrom der Erregerwicklung des Relais einstellt. Infolge des Überbrückens des Widerstandes steht im ersten Moment des Einschaltens der Erregerwicklung ein vergleichsweise großer Anzugsstrom zur Verfügung.

[0008] Aus der DE 10 2005 037 410 A1 ist es bekannt, im Anschluss an das erfolgte Anziehen des Relais im Erregerkreis über einen Mikrokontroller die Spannungsversorgung auf ein den Arbeitskontakt haltendes Minimum zu reduzieren.

[0009] Bei einem aus der DE 10 2008 023 626 A1 bekannten Relais ist die Relaissteuerung dazu ausgebildet, bei der Relaisbestromung mittels eines Schalters den Erregerstrom derart zu steuern, dass durch die Erregerwicklung zunächst ein Anzugsstrom und nach Ablauf einer Anzugszeit ein Haltestrom fließt, der kleiner ist als der Anzugsstrom.

[0010] Auch ist es beispielsweise aus der DE 92 12 266 U1 bekannt, beim Steuern eines Relais im Anschluss an die Anzugszeit durch eine Pulsweitenmodulation des Spulenstroms die Verlustleistung in der Relaisspule zu verringern.

[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bevorzugt als Kraftfahrzeug-Relais geeignetes elektromagnetisches Relais anzugeben, das insbesondere im Haltebetrieb (EIN) möglichst leistungsarm arbeitet.

[0012] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0013] Hierzu weist das Relais einen den Beweg- oder Umschaltkontakt bei stromloser Relaisspule geschlossen haltenden, nachfolgend auch als Piezoaktor bezeichneten Piezostapelaktor mit zur Drehachse eines Klappankers parallel verlaufender Krafthubrichtung auf und bildet somit ein hybrides System mit monostabilem Verhalten bei nur sehr geringer Stromaufnahme. Der Beweg- bzw. Umschaltkontakt wird bei stromloser Erregerwicklung mittels des Piezoaktors vorzugsweise indirekt über den Klappanker, an dem der Bewegkontakt in Form eines Federkontaktes federvorgespannt anliegt, geschlossen gehalten.

[0014] Das erfindungsgemäße Relais ist somit zwar einem bistabilen System nach dem Prinzip des Haltebetriebs vergleichbar. Jedoch ist im Haltebetrieb die Relaisspule bzw. Erregerwicklung im Gegensatz zu einem herkömmlichen monostabilen Relais stromlos. Der Piezoaktor benötigt lediglich bei dessen Ansteuerung einen kurzen Stromfluss, während anschließend an diesem bei nur sehr geringem Leckstrom lediglich eine Spannung anliegen muss (Haltebetrieb). Da der Piezoaktor somit nahezu leistungslos arbeitet und die Relaisspule stromlos ist, arbeitet das erfindungsgemäße Relais im Haltebetrieb ebenfalls praktisch leistungslos.

[0015] Das hierdurch bereitgestellte hybride Piezorelais-System ist zum sicheren Schalten besonders geeignet. Das monostabile Verhalten gewährleistet, dass das Piezorelais bei einem Spannungsausfall, insbesondere bei Ausfall der Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, zuverlässig autark in einen definierten Zustand übergeht. Da im Haltebetrieb und bei stromloser Relaisspule der Piezoaktor die Kontaktschließung nur aufrecht erhält, solange dessen Ansteuerspannung anliegt, erfolgt eine spontane Kontaktöffnung bei Abfall der Ansteuerspannung infolge des Spannungsabfalls der Versorgungs- bzw. Bordnetzspannung.

[0016] Aufgrund des praktisch leistungslos aufrecht erhaltenen Halte- bzw. Ruhezustands ist das erfindungsgemäße Relais insbesondere im Kraftfahrzeugbereich äußerst vorteilhaft, da die geringe Verlustleistung mit einer entsprechenden CO₂-Einsparung des Kraftfahrzeugs einhergeht. Zudem ist die Temperaturentwicklung der Relaisspule des erfindungsgemäßen hybriden Piezorelais-Systems, d. h. die Betriebstemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Relais erheblich geringer und annähernd Raumtemperatur. Dies bietet den erheblichen Vorteil einer besonders flexiblen bzw. variablen Gestaltung des Einbauraums für das Piezorelais.

[0017] Zwar ist es grundsätzlich bekannt, ein Relais mit einem Piezoaktor (piezoelektrischer Elongator) auszurüsten. Bei diesen Relais, wie sie beispielsweise aus der DE 36 03 020 C2, aus der WO 1989/02659 A1, aus der DE 198 13 128 A1 oder der DE 10 2006 018 669 A1 bekannt sind, ersetzt jedoch ein insbesondere als piezoelektrischer Biegewandler ausgeführter Piezoaktor die Erregerwicklung bzw. -spule und greift unmittelbar am Arbeitskontakt an.

[0018] Auch ist bei einem aus der DE 41 18 177 A1 bekannten Fehlerstromauslöser ein Piezoaktor eingesetzt, der in direktem mechanischen Kontakt am Klappanker angreift. Der Piezoaktor dient jedoch, zusätzlich oder alternativ zu einer den Polschenkel eines U-förmigen Magnetjoches umgebenden Erregerwicklung, zum Abheben des Klappankers von der Polfläche, um eine am Klappanker angreifende mechanische Rückstellfeder zur Überwindung einer unerwünschten Haftkraft zu unterstützen.

[0019] Der Piezoaktor des erfindungsgemäßen Relais ist als (Piezo-)Stapelaktor (stack) ausgeführt, dessen Krafthubrichtung parallel zur Drehachse des Klappankers verläuft. Zur Vergrößerung des vom Piezoaktor infolge dessen Ansteuerung erzeugten Krafthubs ist geeigneterweise eine Hebelübersetzung vorgesehen, die den Krafthub in einen Klemmhub zur lösbaren Fixierung eines klappanker- bzw. bewegkontaktseitig gehaltenen Zugelementes umsetzt. Das Übersetzungsverhältnis ist geeigneterweise 2:1, so dass ein Krafthub des Piezoaktors von beispielsweise ≥ 15 µm zu einem Klemmhub ≥ 30 µm führt.

[0020] Das einseitig am Klappanker bzw. Bewegkontakt (Wechsel- oder Umschaltkontakt) gehaltene Zugelement ist in vorteilhafter Ausgestaltung freiendseitig in einen Klemmspalt geführt und dort infolge der Ansteuerung des Piezoaktors kraftschlüssig gehalten.

[0021] Der Klemmspalt ist bevorzugt am Magnetjoch vorgesehen. Hierzu ist in den zum Klappanker parallelen Polschenkel des geeigneterweise L-förmigen Magnetjochs ein durch eine Materialaussparung hergestellter Schlitz bereitgestellt, der bezogen auf die Relaisspule radial verläuft und an einer geeigneten Stelle von einem durch das Magnetjochmaterial gebildeten, schmalen Steg unterbrochen bzw. geschlossen ist. Hierdurch sind ausgehend von einer durch den Materialsteg gebildeten Dreh- oder Kippstelle in Richtung des Piezoaktors ein von diesem beaufschlagter Hebelarm und in der anderen Richtung zum Klemmspalt hin ein Klemmarm eines um die Drehstelle schwenkenden Klemmhebels gebildet. Die Länge des Klemmarms ist dabei vorzugsweise größer als, vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Länge des Hebelarms.

[0022] Im Montagezustand stützt sich der den Klemmhebel beaufschlagende Piezoaktor an einem Stützschenkel ab, dessen Abstand zum Klemmhebel an die Aktorhöhe des Piezoaktors angepasst ist. Bezogen auf die Relaisspule ist ein zum radialen Polschenkel rechtwinklig verlaufender axialer Funktionsschenkel vorzugsweise mit einer U-förmigen Aufnahmetasche für den Piezoaktor versehen. Die zueinander parallelen U-Schenkel gehen in den Stützschenkel bzw. in den Klemmschenkel des Polschenkels über.

[0023] An den Funktionsschenkel ist der Klappanker über die Drehachse angelenkt. Zudem ist geeigneterweise ein von der Erregerwicklung umgebener Magnetkem der Relaisspule einerseits gegen den Klappanker geführt und andererseits am Magnetjoch, das heißt am dem Klappanker gegenüberliegenden Polschenkel befestigt, beispielsweise genietet.

[0024] Um ein (radiales) Ausgleiten des Zugelementes aus dem geöffneten Klemmspalt zuverlässig zu verhindern, ist dieser von einer sickenartigen Klemmnut gebildet, in der das Zugelement sicher einliegt. Eine Klemmnocke, die in die Klemmnut eingreift, ist zweckmäßig am Klemmhebel vorgesehen, während die Klemmnut sich dann auf der gegenüberliegenden Spaltseite am verbleibenden Polschenkel des Magnetjochs befindet.

[0025] Der Bewegkontakt ist bevorzugt als Federkontakt zur Erzeugung einer am Klappanker angreifenden Federrückstellkraft ausgeführt. Hierzu ist ein etwa L-förmiges Federelement geeignet gebogen bzw. geformt, wobei einer der abgekröpften Federschenkel am Funktionsschenkel des Magnetjochs und der weitere Federschenkel am Klappanker fixiert sind.

[0026] Da sich der Piezoaktor erkanntermaßen ähnlich einem Kondensator bei der Stromaufnahme verhält, ist einerseits lediglich im Moment der Erzeugung der Klemmkraft ein Stromfluss erforderlich. Andererseits ist zum sicheren Lösen der Klemmung bei Ausfall der Steuerspannung zur Ansteuerung des Piezoaktors diesem ein geeigneter ohmscher Widerstand parallel geschaltet. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Relais sicher in den vorgegebenen Zustand übergeht, insbesondere durch ein entsprechend zuverlässiges Öffnen des Arbeitskontaktes oder durch einen Kontaktwechsel im Falle eines Umschaltkontaktes.

[0027] Die Komponenten des erfindungsgemäßen Relais sind vorzugsweise in einem aus einem Gerätesockel und einer Gehäusekappe gebildeten Relaisgehäuse zuverlässig abgedichtet montiert. Dabei ist sowohl der Relaisspule als auch dem Piezoaktor eine vorzugsweise gemeinsame Steuerelektronik gehäuseintem zugeordnet. Aus dem Gehäusesockel sind die Arbeits- bzw. Umschaltkontakte sowie die Steuerkontakte für die Elektronik als Flachsteckeranschlüsse herausgeführt. Die Anschlüsse des Piezoaktors sind gehäuseintem mit der Elektronik verbunden.

[0028] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1

schematisch ein elektromagnetisches Relais mit einer Relaisspule in einem Magnetjoch mit daran schwenkbarem Klappanker und einem Piezoaktor, der einen Arbeits- bzw. Umschaltkontakt bei stromloser Erregerwicklung mittels eines Zugelementes geschlossen hält,

Fig. 2

in detaillierter Seitenansicht das Magnetjoch mit unter Bildung eines Klemmhebels geschlitztem Polschenkel,

Fig. 3

in perspektivischer Detailansicht das elektromagnetische Relais mit Blick auf den Piezoaktor bei geöffnetem Gehäuse,

Fig. 4

eine weitere perspektivische Ansicht des elektromagnetischen Relais mit Blick auf den Arbeits- bzw. Umschaltkontakt und auf das Zugelement,

Fig. 5

eine erste Explosionsdarstellung des Relais mit teilmontiertem Gehäusesockel, separiertem Joch und Relaisspule sowie einer Gehäusekappe,

Fig. 6

das Relais in differenzierter Explosionsdarstellung, und

Fig. 7

ein Schaltbild des elektromagnetischen Relais.

[0029] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0030] Figur 1 zeigt schematisch das Relais 1 mit einem Magnetjoch 2 mit daran um eine Drehachse 3 schwenkbarem Klappanker 4, an dem ein Bewegkontakt 5 gehalten ist. Der Bewegkontakt 5 befindet sich in der Schließstellung mit einem Festkontakt (Ruhekontakt) 6a sowie in Offenstellung zu einem weiteren Festkontakt (Arbeitskontakt) 6b, so dass insgesamt ein Wechsel- oder Umschaltkontakt gebildet ist.

[0031] Zwischen dem Klappanker 4 und einem hierzu parallelen Polschenkel 2a des L-förmigen Magnetjoches 2 befindet sich die nachfolgend auch als Erregerwicklung bezeichnete Relaisspule 7 mit deren Magnetkern 8. Bezogen auf die Relaisspule 7 verlaufen der Magnetkern 8 sowie ein Funktionsschenkel 2b des Magnetjoches 2 in Axialrichtung x, während der Klappanker 4 und der Polschenkel 2a des Magnetjoches 2 diesbezüglich in Radialrichtung y verläuft. In der Nähe des Funktionsschenkels 2b bzw. des Übergangs zwischen diesem und dem Polschenkel 2a des Magnetjoches 2 befindet sich ein Piezoaktor 9. Dieser ist als Piezostapelaktor (stack) ausgeführt.

[0032] Dem Funktionsschenkel 2b des Magnetjoches 2 gegenüberliegend befindet sich ein nachfolgend auch als Klemmfeder bezeichnetes Zugelement 10, das die offene Seite des U-förmigen Magnetjoches 2 überspannt und einerseits am Klappanker 4 sowie andererseits am Polschenkel 2a des Magnetjochs 2 gehalten ist. Das dem Klappanker 4 zugeordnete Federende 10a des Zugelementes 10 ist am Klappanker 4 unlösbar gehalten, während das gegenüberliegende Klemmende 10b des Zugelementes 10 in einem im Polschenkel 2a vorgesehenen Klemmspalt 11 (Fig. 2) bei angezogenem Klappanker 4 und somit geschlossenen Kontakten 5, 6a klemmfixiert ist. In diesem Zustand kann die Relaisspule 7 stromlos gesteuert werden, ohne dass der Klappanker 4 abfällt und demzufolge der Kontakt 5, 6a öffnet.

[0033] Hierdurch ist ein hybrides Piezorelais-System zum sicheren Schalten mit monostabilem Verhalten und äußerst geringer Stromaufnahme bereitgestellt. Da die Relaisspule 7 im gezeigten Haltebetrieb stromlos und der Piezoaktor 9 zur Aufrechterhaltung der infolge dessen Ansteuerung bzw. Spannungsbeaufschlagung erzeugten Klemmkraft F_K, die das Zugelement 10 bei angezogenem Anker 4 hält, lediglich der erforderlichen Ansteuerspannung bedarf und die Leckströme bei einem derartigen Piezostapelaktor 9 äußerst gering sind, wird die Kontaktschließung der Kontakte 5, 6a nahezu leistungslos erzielt. Dies ist insbesondere im Kraftfahrzeugbereich äußerst vorteilhaft, da die Verlustleistung eines Relais mit jedem Watt elektrischer Leistung mit einem entsprechend erhöhten CO₂-Ausstoß des Kraftfahrzeugs einhergeht.

[0034] Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht auf den Polschenkel 2a des Magnetjoches 2 einen am Polschenkel 2a ausgebildeten Klemmhebel 12, der durch einen in Radialrichtung y verlaufenden Längsschlitz 13 im Polschenkel 2a gebildet ist. Entlang des Längsschlitzes (Material- oder Radialschlitz) 13 ist ein Materialsteg 14 vorhanden bzw. verblieben, der eine Drehstelle um die strichliniert angedeutete Drehachse 15 bildet und den Längsschlitz 13 praktisch lokal schließt. Zwischen der Drehstelle bzw. Drehachse 15 und dem Ort des Piezoaktors 9 entsteht somit eine Hebelarm a, während zwischen der Drehstelle 14 und dem Klemmspalt 11 ein Klemmarm b entsteht. Dabei ist der Klemmarm b im Ausführungsbeispiel etwa doppelt so lang wie der Hebelarm a (b ≥ 2a).

[0035] Um die in z-Richtung verlaufende Aktorhöhe h des Piezoaktors beabstandet zum Klemmhebel 12 ist in das Magnetjoch 2 ein Stützschenkel 16 eingebracht, an dem sich der infolge dessen Ansteuerung den Klemmhebel 12 betätigende Piezoaktor 9 abstützt. Gemäß dem dargestellten kartesischen Koordinatensystem verläuft die vom Piezoaktor 9 erzeugte Klemmkraft F_K sowie dessen Hubrichtung in z-Richtung, während der den Klemmhebel 12 bildende Längsschlitz 13 in Radialrichtung y verläuft.

[0036] Aus Fig. 2 vergleichsweise deutlich erkennbar ist auch die Ausgestaltung des Klemmspaltes 11. So ist in den Polschenkel 2a des Magnetjoches 2 im Bereich des Klemmspaltes 11 eine Klemmnut 11 a eingebracht, in der das Klemmende 10b des Zugelementes 10 einliegt und somit gegen ein Ausschwenken in Radialrichtung y gesichert ist. In die Klemmnut 11a greift eine Klemmnocke 11 b unter Zwischenlage des Klemmendes 10b des Zugelementes 10 ein, die an den Klemmhebel 12 und dort an das Freiende dessen Klemmarms b angeformt ist.

[0037] Die Figuren 3 bis 6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais 1 in verschiedenen perspektivischen Ansichten (Fig. 3 und 4) sowie in unterschiedlich detaillierten Explosionsdarstellungen (Fig. 5 und 6).

[0038] Aus Fig. 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist das im Klemmspalt 11 einliegende und an dessen Klemmende 10d geklemmte Zugelement 10. Erkennbar ist zudem der am Polschenkel 2a genietete Magnetkern 8, der die Relaisspule bzw. Erregerwicklung 7 durchsetzt und mit einem Kopf 17 (Fig. 6) ankerseitig an einem Spulenkörper oder träger 18 abgestützt ist (Fig. 4).

[0039] Zur besonders funktionalen und raumsparenden Anordnung des Piezoaktors 9 ist in den Funktionsschenkel 2b des Magnetjoches 2 eine U-förmige Aufnahmetasche 19 eingebracht. Deren zueinander parallelen U-Schenkel 19a und 19b gehen in den (oberen) Klemmschenkel 12 bzw. in den (unteren) Stützschenkel 16 des Polschenkels 2a über.

[0040] Der Piezoaktor 9 ist mit Kontaktelementen 20a, 20b kontaktiert, die ihrerseits mit einer Elektronik 21 zur Relaissteuerung verbunden sind. Mit der Elektronik 21 verbunden sind auch Kontaktelemente 22a, 22b, die in nicht näher dargestellter Art und Weise mit den Wicklungsenden der Relaisspule 7 kontaktiert sind. Diese Kontaktelemente 22a, 22b sind im Spulenkörper 18 fixiert, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die Elektronik 21 ist zudem mit Steueranschlüssen 23a, 23b verbunden, die in Fig. 6 dargestellt sind.

[0041] Wie aus den Fig. 4 und 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist der Bewegkontakt 5 als Federkontakt ausgeführt. Dazu weist ein L-förmiges Federelement 24 einen am Funktionsschenkel 2b des Magnetjoches gehaltenen Federschenkel 24a sowie einen weiteren Federschenkel 24b auf, der auf die der Relaisspule 7 abgewandte Außenseite des Klappankers 4 geführt und dort mit diesem verbunden ist. Das Federelement 24 und somit der Feder- bzw. Bewegkontakt 5 bewirkt eine Rückstellkraft F_R auf den Klappanker 4 in x-Richtung, so dass dieser unterstütz durch die entsprechende Federkraft abfällt, wenn sowohl die Relaisspule 7 stromlos als auch der Piezoaktor 9 spannungslos und somit der Klemmspalt 1 geöffnet ist.

[0042] Die dargestellten und beschriebenen Komponenten und Bauelemente des Relais 1 sind an bzw. auf einem Gehäusesockel 25 montiert, der im Montageendzustand mittels einer Gehäusekappe 26 vorzugsweise schmutz- und feuchtigkeitsdicht abgedeckt ist. Aus dem im Querschnitt etwa quadratischen Gehäusesockel 25 sind bodenseitig Kontaktanschlüsse K₁, K₂ (Arbeits- bzw. Ruhekontaktanschluss) der Festkontakte 6a (Ruhekontakt) bzw. 6b (Arbeitskontakt), mindestens ein Kontaktanschluss K₃ (Steueranschluss 23a und/oder 23b) der Elektronik 21, mindestens ein Kontaktanschluss K₄ (Spulenkontaktanschluss) der Relaisspule 7 sowie ein Kontaktanschluss K₅ (Wechselkontaktanschluss) des Beweg- bzw. Wechsel- oder Umschaltkontaktes 5 herausgeführt.

[0043] In Fig. 7 ist ein Schaltbild des elektromagnetischen Piezo-Relais 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Schaltstromkreis oder -pfad 27, in den eine Last 28, beispielhaft eine Benzinpumpe oder ein Elektromotor, in Reihe mit dem Arbeitskontakt 6b zwischen dem Pluspol und dem Minuspol bzw. Masse einer Versorgungsspannung U_v geschaltet ist, wird von einem Steuerkreis bzw. -pfad 29 des Relais 1 galvanisch getrennt geschaltet. Während in Fig. 4 das elektromagnetische Relais 1 im Einschaltzustand (EIN) zeigt, ist in Fig. 7 der Ausschaltzustand (AUS) dargestellt.

[0044] Die Elektronik 21 wird mit einer Steuerspannung U_S versorgt, die bei einem Kraftfahrzeug aus dessen Bordnetzspannung gewonnen wird. Dem Piezoaktor 9 ist ein ohmscher Widerstand R elektrisch parallel geschaltet, um bei Ausfall der Steuerspannung U_S die Klemmung des Zugelementes 10 im Klemmspalt 11 sicher zu lösen. In einem solchen Fehlerfall geht der Bewegkontakt 5 aus dem gezeigten Schließ- oder Arbeitszustand in den sicheren Umschaltzustand mit Kontaktierung am Wechselkontakt 6b über.

Bezugszeichenliste

1	Relais	20b	Kontaktelement
2	Magnetjoch	21	Elektronik
2a	Polschenkel	22a	Kontaktelement
2b	Funktionsschenkel	22b	Kontaktelement
3	Drehachse	23a	Steueranschluss
4	Klappanker	23b	Steueranschluss
5	Bewegkontakt	24	Federelement
6a	Arbeitskontakt	24a	Federschenkel
6b	Ruhekontakt	24b	Federschenkel
7	Relaisspule	25	Gehäusesockel
8	Magnetkern	27	Schaltstromkreis/-pfad
9	Piezoaktor	28	Last
10	Zugelement	29	Steuerkreis/-pfad
10a	Federende
10b	Klemmende	a	Hebelarm
10d	Klemmende	b	Klemmarm
11	Klemmspalt	h	Aktorhöhe
11a	Klemmnut	FK	Klemmkraft
11b	Klemmnocke	FR	Federrückstellkraft
12	Klemmhebel	K1	Arbeitskontaktanschluss
13	Längsschlitz	K2	Ruhekontaktanschluss
14	Materialsteg	K3	Spulenkontaktanschluss
15	Drehachse/-stelle	K4	Spulenkontaktanschluss
16	Stützschenkel	K5	Wechselkontaktanschluss
18	Spulenkörper	US	Steuerspannung
19	Aufnahmetasche	UV	Versorgungsspannung
19a	U-Schenkel	X	Axialrichtung
19b	U-Schenkel	y	Radialrichtung
20a	Kontaktelement

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Relais (1), insbesondere Kraftfahrzeug-Relais, mit einem Magnetjoch (2) und mit einer Relaisspule (7) sowie mit einem um eine Drehachse (3) schwenkbaren Klappanker (4), an dem ein Bewegkontakt (5) gegenüber mindestens einem ersten Festkontakt (6a, 6b) gehalten ist, mit
einem Piezostapelaktor (9),
gekennzeichnet dadurch, dass dessen Krafthubrichtung (h) parallel zur Drehachse (3) des Klappankers (4) verläuft, infolge dessen Ansteuerung den Bewegkontakt (5) bei stromloser Relaisspule (7) geschlossen hält.

2. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine Hebelübersetzung (a, b) zur Umsetzung eines vom Piezostapelaktor (9) infolge dessen Ansteuerung erzeugten Krafthubs in einen Klemmhub zur lösbaren Klemmfixierung eines klappanker- und/oder bewegkontaktseitig gehaltenen Zugelementes (10).

3. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das einseitig am Klappanker (4) gehaltene Zugelement (10) freiendseitig in einen Klemmspalt (11) geführt und infolge der Ansteuerung des Piezostapelaktors (9) im Klemmspalt (11) kraftschlüssig gehalten ist.

4. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Magnetjoch (2) ein um eine Dreh- oder Kippstelle (15) schwenkenden Klemmhebel (12) mit einem vom Piezostapelaktor (9) beaufschlagten Hebelarm (a) und mit einem zum Klemmspalt (11) geführten Klemmarm (b) aufweist.

5. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Klemmhebel (12) durch einen in das Magnetjoch (2), insbesondere in deren Polschenkel (2a), eingebrachten Radialschlitz (13) hergestellt ist, der von einem die Drehstelle (15) darstellenden Materialsteg (14) gebildet ist.

6. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Klemmarm (b) länger als, insbesondere mindestens doppelt so lang wie, der Hebelarm (a) ist.

7. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zugelement (10) axial und der Klemmspalt (11) radial zur Relaisspule (7) orientiert ist.

8. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Magnetjoch (2) einen zum Klemmhebel (12) beabstandeten Stützschenkel (16) aufweist, an dem sich der infolge dessen Ansteuerung den Klemmhebel (12) betätigende Piezostapelaktor (9) abstützt.

9. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen dem Klemmhebel (12) und dem Stützschenkel (16) an die in Hubrichtung (z) des Piezostapelaktors (9) verlaufende Aktorhöhe (h) angepasst ist.

10. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet durch
ein L-förmiges Magnetjoch (2) mit bezogen auf die Relaisspule (7) einem radialen Polschenkel (2a) und einem axialen Funktionsschenkel (2b), an den der Klappanker (4) über die Drehachse (3) angelenkt ist.

11. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Funktionsschenkel (2b) eine U-förmige Aufnahmetasche (19) für den Piezostapelaktor (9) aufweist, wobei die zueinander parallelen U-Schenkel (19a, 19b) in den Klemmschenkel (12) bzw. in den Stützschenkel (16) des Polschenkels (2a) übergehen.

12. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Klemmspalt (11) von einer, vorzugsweise am Klemmhebel (12) vorgesehenen, Klemmnocke (11 b) und einer sickenartigen Klemmnut (11a) gebildet ist, in welche die Klemmnocke (11 b) unter Sicherung des Zugelementes (10) gegen ein radiales Ausschwenken eingreift.

13. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bewegkontakt (5) als Federkontakt zur Erzeugung einer am Klappanker (4) angreifenden Federrückstellkraft (F_R) ausgeführt ist.

14. Elektromagnetisches Relais (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein etwa L-förmiges Federelement (24) des Federkontaktes derart gebogen ist, dass einer der abgekröpften Federschenkel (24a) am Funktionsschenkel (2a) des Magnetjochs (2) und der weitere Federschenkel (24b) am Klappanker (4) fixiert sind.

15. Elektromagnetisches Relais (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass unter Bildung eines Umschaltkontaktes (5, 6a, 6b) ein zweiter Festkontakt (6b) mit einem dem Piezostapelaktor (9) parallel geschalteten ohmschen Widerstand (R) verbunden ist.

Claims

1. Electromagnetic relay (1), in particular motor vehicle relay, having a magnet yoke (2) and having a relay coil (7) as well as having a hinged armature (4) which is pivotable around a rotational axis (3), on which hinged armature (4) a movable contact (5) is held opposite at least one first fixed contact (6a, 6b), having a piezo stack actuator (9),
characterised in that
the power stroke direction (h) thereof runs in parallel to the rotational axis (3) of the hinged armature (4), as a result of the control of which the moving contact (5) remains closed in the case of a current-free relay coil (7).

2. Electromagnetic relay (1) according to claim 1,
characterised by
a lever transmission (a, b) to convert a power stroke generated by the piezo stack actuator (9) as a result of the control thereof into a clamp stroke for the releasable clamp fixing of a tension element (10) held on the hinged armature- and/or moveable contactside.

3. Electromagnetic relay (1) according to claim 2,
characterised in that
the tension element (10) held on one side on the hinged armature (4) is guided on the free end-side into a clamp gap (11) and, as a result of the control of the piezo stack actuator (9), is held positively in the clamp gap (11).

4. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 1 to 3,
characterised in that
the magnet yoke (2) has a clamp lever (12) which pivots around a rotational or tipping point (15), having a lever arm (a) which is loaded by the piezo stack actuator (9) and having a clamp arm (b) which is guided to the clamp gap (11).

5. Electromagnetic relay (1) according to claim 4,
characterised in that
the clamp lever (12) is produced by a radial slot (13) which is introduced into the magnet yoke (2), in particular into the pole limb (2a) thereof, said radial slot (13) being formed by a material bar (14) which represents the rotational point (15).

6. Electromagnetic relay (1) according to claim 4 or 5,
characterised in that
the clamp arm (b) is longer than, in particular at least twice as long as, the lever arm (a).

7. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 4 to 6,
characterised in that
the tension element (10) is orientated axially and the clamp gap (11) is orientated radially to the relay coil (7).

8. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 4 to 7,
characterised in that
the magnet yoke (2) has a support limb (16) at a distance to the clamp lever (12), on which support limb (16) the piezo stack actuator (9) which operates the clamp lever (12) as a result of the control thereof is supported.

9. Electromagnetic relay (1) according to claim 8,
characterised in that
the distance between the clamp lever (12) and the support limb (16) is adapted to the actuator height (h) running in the stroke direction (z) of the piezo stack actuator (9).

10. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 1 to 9,
characterised by
an L-shaped magnet yoke (2) having, with regard to the relay coil (7), a radial pole limb (2a) and an axial functional limb (2b), on which the hinged armature (4) is hinged over the rotational axis (3).

11. Electromagnetic relay (1) according to claim 10,
characterised in that
the functional limb (2b) has a U-shaped receiving pocket (19) for the piezo stack actuator (9), wherein the U-limbs (19a, 19b) which are in parallel to each other merge into the clamp limb (12) or into the support limb (16) of the pole limb (2a).

12. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 3 to 11,
characterised in that
the clamp gap (11) is formed by a clamp cam (11b), preferably provided on the clamp lever (12), and a bead-shaped clamp groove (11a), with which the clamp cam (11b) engages, securing the tension element (10) against swinging out radially.

13. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 1 to 12,
characterised in that
the movable contact (5) is designed as a spring contact to generate a spring return force (F_R) which acts on the hinged armature (4).

14. Electromagnetic relay (1) according to claim 13,
characterised in that
an approximately L-shaped spring element (24) of the spring contact is bent in such a way that one of the bent spring limbs (24a) is fixed to the functional limb (2a) of the magnet yoke (2) and the further spring limb (24b) is fixed to the hinged armature (4).

15. Electromagnetic relay (1) according to one of claims 1 to 14,
characterised in that
a second fixed contact (6b) is connected to an ohmic resistor (R) which is connected in parallel to the piezo stack actuator (9), forming a switch contact (5, 6a, 6b).

Revendications

1. Relais électromagnétique (1), en particulier un relais pour automobile, comportant une culasse magnétique (2) et une bobine de relais (7) ainsi qu'une armature basculante (4) oscillant autour d'un axe de rotation (3), sur lequel un contact mobile (5) est supporté en vis-à-vis d'au moins un premier contact fixe (6a, 6b), comportant un actionneur piézoélectrique empilé (9) caractérisé en ce que sa direction de la course d'effort (h) s'étend parallèlement à l'axe de rotation (3) de l'armature basculante (4), et suite à sa commande maintient fermé le contact mobile (5) dans le cas de la bobine de relais hors courant (7).

2. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 1, caractérisé par
une transmission à levier (a, b) pour convertir une course d'effort produite par l'actionneur piézoélectrique empilé (9) à la suite de sa commande en une course de serrage en vue de la fixation par serrage amovible d'un élément de traction (10) supporté côté armature basculante et/ou côté contact mobile.

3. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que
l'élément de traction (10) supporté d'un côté par l'armature basculante (4) est guidé côté extrémité libre dans une fente de serrage (11) et est maintenu à force à la suite de la commande de l'actionneur piézoélectrique empilé (9) dans la fente de serrage (11).

4. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
la culasse magnétique (2) présente un levier de serrage (12) oscillant autour d'un point de pivotement ou d'un point de basculement (15) comportant un bras de levier (a) sollicité par l'actionneur piézoélectrique empilé (9) et un bras de serrage (b) guidé vers la fente de serrage (11).

5. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que
le levier de serrage (12) est réalisé par une fente radiale (13) disposée dans la culasse magnétique (2), en particulier dans sa branche polaire (2a), qui est formée par une tige de matériau (14) présentant le point de pivotement (15).

6. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que
le bras de serrage (b) est plus long que le bras de levier (a), en particulier au moins le double.

7. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que
l'élément de traction (10) est orienté axialement et la fente de serrage (11) radialement par rapport à la bobine de relais (7).

8. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que
la culasse magnétique (2) présente une branche d'appui (16) éloignée du levier de serrage (12), sur laquelle s'appuie l'actionneur piézoélectrique empilé (9) actionnant le levier de serrage (12) à la suite de sa commande.

9. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que
la distance entre le levier de serrage (12) et la branche d'appui (16) est adaptée à la hauteur de l'actionneur (h) s'étendant dans la direction de la course (z) de l'actionneur piézoélectrique empilé (9).

10. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par
une culasse magnétique en forme de L (2) comportant par rapport à la bobine de relais (7) une branche polaire radiale (2a) et une branche fonctionnelle axiale (2b), à laquelle l'armature basculante (4) est articulée autour de l'axe de rotation (3).

11. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que
la branche fonctionnelle (2b) présente une poche de réception en forme de U (19) pour l'actionneur piézoélectrique empilé (9), dans lequel les branches en U parallèles l'une à l'autre (19a, 19b) se prolongent dans la branche de serrage (12) ou dans la branche d'appui (16) de la branche polaire (2a).

12. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que
la fente de serrage (11) est formée par une came de serrage (11b), prévue de préférence sur le levier de serrage (12), et une gorge de serrage (11a) en forme de moulure, dans laquelle la came de serrage (11b) pénètre en assurant l'élément de traction (10) contre une oscillation radiale.

13. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que
le contact mobile (5) est réalisé en tant que contact élastique pour générer une force de rappel élastique (F_R) s'appliquant à l'armature basculante (4).

14. Relais électromagnétique (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que
un élément élastique (24) pratiquement en forme de L du contact élastique est plié de sorte qu'une des branches élastiques pliées (24a) est fixée à la branche fonctionnelle (2a) de la culasse magnétique (2) et l'autre branche élastique (24b) est fixée à l'armature basculante (4).

15. Relais électromagnétique (1) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que
lors de la formation d'un contact de commutation (5, 6a, 6b), un second contact fixe (6b) est relié à une résistance ohmique (R) montée parallèlement à l'actionneur piézoélectrique empilé (9).

Zeichnung