Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit einem eine Bodenseite definierenden Sockel, auf welchem mindestens ein Schaltsystem mit folgenden Merkmalen angeordnet ist:
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Relais mit einem oder zwei Schaltsystemen.
Ein derartiger Relaisaufbau für ein Einfach- und ein Doppelrelais ist im wesentlichen aus der DE 4 233 807 A1 bekannt, wobei sich dort allerdings der zweite Jochschenkel nicht neben, sondern oberhalb der Spule erstreckt. Der Anker ist, wie bei derartigen Konstruktionen üblich, über die Kontaktfeder am Joch befestigt, wobei die Kontaktfeder bogenförmig die Lagerstelle übergreift. Die Verbindung der Kontaktfeder mit dem Joch erfordert verhältnismäßig komplizierte Fertigungsschritte und bedeutet für hohe Schaltströme einen unerwünscht langen Stromweg bis zum Anschluß. Bei der Ausführung als Doppelrelais werden dort zwei identische Einfachrelais entweder mit parallelen Achsen nebeneinander oder mit ihren Achsen fluchtend einander gegenübergestellt. Im letzteren Falle liegen alle Kontakte in der Mitte zwischen beiden Systemen, so daß bei hohen Schaltströmen die an den Kontakten entstehende Wärme schlecht abgeführt wird.
Bei einem Doppelrelais gemäß DE 3 843 359 C2 sind zwei identische Relaisblöcke punktsymmetrisch zur Mitte auf einer Basis angeordnet, wobei die Kontaktelemente ineinander verschachtelt sind. Da auch in diesem Fall die an den Kontakten entstehende Wärme ein Problem darstellen kann, sind die Kontaktelemente mit zusätzlich angeformten Kühlkörpern versehen.
Bei einem aus der DE 3 834 283 A1 bekannten Umschaltrelais sind zwei Magnetsysteme spiegelbildlich zueinander auf einer Basis angeordnet, wobei zwei U-förmige, geschichtete Kerne mit ihren Mittelabschnitten aneinander liegen und die Anker der Magnetsysteme an entgegengesetzten Enden liegen. Auch in diesem Fall sind die Anker über die Kontaktfedern an dem jeweiligen Außenschenkel des Kerns gelagert, wobei die Montage der Einzelteile mangels eines tragenden Spulenkörpers relativ aufwendig ist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Relaisaufbau der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß mit möglichst wenig unterschiedlichen Teilen sowohl ein Einzelrelais als auch ein Doppelrelais hergestellt werden kann, wobei die Konstruktion besonders gut für eine automatisierte Herstellung geeignet ist und das fertige Relais problemlos auch höhere Ströme schalten kann. Zusätzlich soll ein besonders günstiges Herstellverfahren für dieses Relais angegeben werden.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einem Relais der eingangs genannten Art mit den folgenden zusätzlichen Merkmalen erreicht:
Bei dem erfindungsgemäßen Relais liegt also der Anker, der mit seiner Hauptebene senkrecht zur Bodenseite steht und um eine senkrechte Achse schwenkbar ist, nur an der Jochkante an, ohne über eine Ankerfeder mit dem Joch verbunden zu sein. Dadurch lassen sich die verschiedenen Teile des Relais, nämlich die Spulenbaugruppe mit Joch und Kern einerseits und die Ankerbaugruppe mit dem Anker und der Kontaktfeder andererseits, getrennt nacheinander auf dem Sockel montieren. Dabei ist es von Vorteil, daß sowohl der oder die Festkontaktträger als auch der Federträger im Bereich vor dem beweglichen AnKerende im Sockel verankert sind, wodurch sich eine toleranzarme Zuordnung der Kontaktteile ergibt. Alle laststromführenden Anschlüsse liegen somit auf einer Seite des Relaissystems, so daß die Spulenanschlüsse entfernt davon auf der anderen Seite angeordnet werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Anschlußschenkel der Kontaktfeder jeweils einen annähernd rechtwinkelig abgebogenen, quer vor dem beweglichen Ankerende verlaufenden Befestigungsabschnitt, der mit dem Federträger verbunden wird. Dieser Befestigungsabschnitt kann an einer zur Bodenseite senkrechten Isolierwand des Sockels anliegen, welche beispielsweise den oder die Festkontaktträger teilweise umschließt. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn ein Lötlappen des Federträgers jeweils an dem Befestigungsabschnitt flach anliegt und mit diesem verlötet bzw. verschweißt ist. Der Befestigungsabschnitt der Kontaktfeder kann in diesem Fall beim Zusammenbau zwischen der erwähnten Isolierwand des Sockels und dem Lötlappen des Federträgers eingeklemmt und damit vorfixiert werden, so daß für den eigentlichen Löt- oder Schweißvorgang keine besondere Halterung erforderlich ist. Auch kann der Befestigungsabschnitt bei der Vorfixierung mittels eines Federlappens an einem Sockelvorsprung festgeklemmt werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Befestigungsabschnitt auch eine Federhülse bilden, die auf einen vorzugsweise runden Federträger aufgesteckt werden kann.
Wie bereits erwähnt, kann der erfindungsgemäße Relaisaufbau mit Vorteil bei einem Einfachrelais angewendet werden. Zusätzliche Vorteile ergeben sich jedoch dann, wenn mit diesem Aufbau ein Doppelrelais gestaltet wird. In diesem Fall werden vorzugsweise zwei Schaltsysteme auf dem Sockel spiegelsymmetrisch bezüglich einer zur Spulenachse senkrechten Ebene derart angeordnet, daß die beiden ersten Jochschenkel - unter Berücksichtigung eines Isolierabstandes - parallel nebeneinander angeordnet sind und die beiden Anker parallel zueiander an entgegengesetzten Enden des Relais sitzen. Bei einer derartigen Anordnung sind die kontaktgebenden Teile beider Schaltsysteme weit voneinander entfernt an Außenseiten des Doppelrelais angeordnet, so daß die entstehende Wärme gut abgeführt wird. Die spiegelbildliche Anordnung und Gestaltung der beiden Schaltsysteme bringt es zwar mit sich, daß nicht alle Einzelteile in beiden Schaltsystemen völlig gleich verwendet werden können wie bei identischen Schaltsystemen, doch betrifft die spiegelbildliche Abwandlung nur wenige Teile, die bei einer automatisierten Fertigung praktisch ohne Mehraufwand von gemeinsamen Materialbändern her vorgefertigt und montiert werden können. Vor allem hat diese spiegelbildliche Anordnung der beiden Schaltsysteme auch Vorteile bei der Montage und auch bei der Gesamtzahl von Einzelteilen. Beispielsweise kann in dieser Anordnung ein gemeinsamer Doppel-Spulenkörper für die beiden Schaltsysteme verwendet werden, und es können auch die Federträger für beide Schaltsysteme einstückig vorgefertigt und montiert und dann erst nach der Montage getrennt werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Einfach- oder Doppelrelais weist folgende Verfahrensschritte auf:
Dabei ist es weiterhin von Vorteil, daß jeweils zwei Festkontaktträger und/oder Federträger, die zu einem oder zu zwei verschiedenen Schaltsystemen gehören, zusammenhängend in den Sockel eingesetzt und erst nachträglich voneinander getrennt werden. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Montage von Kern und Joch besteht darin, daß das Joch für das jeweilige Schaltsystem mit seinem ersten Jochschenkel in den vom Anker abgewandten Spulenflansch zwischen Nuten schubladenartig eingesteckt und gehalten wird, daß der jeweils zugehörige Kern in den Spulenkörper eingesteckt wird, bis er mit seinem vorderen Ende auf der Flachseite des ersten Jochschenkels aufliegt und daß dann der Kern mit dem ersten Jochschenkel vorzugsweise durch Widerstandserwärmung verschweißt oder hartverlötet wird, wobei vorzugsweise eine Kupfer-Oberflächenbeschichtung dieser Teile als Hartlot wirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Relais besitzt einen Sockel 1, auf welchem zwei Schaltsysteme A und B spiegelsymmetrisch zu einer in Figur 1 durch die Koordinaten x und z definierten Symmetrieebene angeordnet sind. Da in den beiden Schaltsystemen A und B alle Teile entweder spiegelsymmetrisch angeordnet oder Spiegelsymmetrisch gestaltet sind und die gleiche Funktion haben, werden gleiche Bezugszeichen für beide Schaltsysteme verwendet.
Der Sockel 1 ist im wesentlichen als flache Platte ausgebildet, die eine Bodenseite 11 definiert; auf dieser ist senkrecht nach oben ein Ansatz 12 angeformt, der labyrinthartig gestaltet ist, um Steckkanäle 13 für zwei Paare von Festkontaktträgern 14 und 15 sowie Steckkanäle 16 für zwei Federträger 17 zu bilden. Die Festkontaktträger und die Federträger treten jeweils mit Anschlußstiften zur Unterseite des Sockels 1 aus. Der Festkontaktträger 14 trägt jeweils einen Öffnerkontakt 14a, während der Festkontaktträger 15 mit einem Schließerkontakt 15a versehen ist. Jeder der beiden Federträger 17 besitzt einen zur Seite abgebogenen Lötlappen 17a.
Auf dem Sockel ist ein Doppel-Spulenkörper 2 angeordnet. Er besitzt einen in der Symmetrieebene zwischen beiden Schaltsystemen liegenden Mittelflansch 21 und zwei Endflansche 22, wobei jeweils zwischen dem Mittelflansch und jedem der Endflansche eine Wicklung 23 angeordnet ist. Jeder der Endflansche 22 besitzt an der den Federträgern 14 und 15 abgewandten Seite einen Flanschansatz 24 mit zwei darin verankerten Spulen-Anschlußstiften 25. Innerhalb einer jeden Wicklung 23 ist in den Spulenkörper von außen her ein Kern 31 mit einer Polplatte 32 eingeschoben, so daß die Polplatte 32 teilweise in einer Vertiefung des Endflansches 22 liegt; zum Flanschansatz 24 hin ist die Polplatte jeweils einseitig beschnitten. Weiterhin besitzt jedes Schaltsystem ein abgewinkeltes Joch 33 mit einem ersten Jochschenkel 34 und einem zweiten Jochschenkel 35, die beide mit ihren Ebenen senkrecht zueinander und senkrecht zur Bodenseite 11 stehen. Die beiden ersten Jochschenkel 34 sind parallel zueinander in eine seitliche Öffnung 26 des Mittelflansches 21 eingesteckt (siehe auch Figur 6). Diese Öffnung 26 im Mittelsteg besitzt einen umlaufenden Mittelsteg 27, wodurch für jeden der Jochschenkel 34 eine an drei Seiten umlaufende Randnut 28 gebildet ist, in die der jeweilige Jochschenkel 34 schubladenartig eingeschoben wird.
Zugleich wird durch die Dicke des Steges 27 der Isolierabstand zwischen den beiden Jochschenkeln 34 sichergestellt.
Ein annähernd plattenförmiger Anker 4 steht mit seiner Hauptebene ebenfalls senkrecht zur Bodenseite 11; er ist im vorliegenden Beispiel lediglich in Anpassung an die Spulenkörperform leicht in sich gekröpft. Der Anker 4 ist an der freien Abschlußkante 35a des zweiten Jochschenkels 35 gelagert, ohne mit dem Joch über eine Lagerfeder oder dergleichen verbunden zu sein. Die Lagerung und Halterung des Ankers erfolgt vielmehr über eine Kontaktfeder 41, die mit einem Endabschnitt 41a auf dem Anker seitlich aufliegt und über eine oder zwei Niete 42 mit dem Anker verbunden ist. Ausgehend von dem Endabschnitt 41a ist die Kontaktfeder 41 in Richtung auf das freie Ankerende hin gabelförmig gespalten und bildet so einen Kontaktschenkel 43 mit einem beweglichen Mittelkontakt 43a und einen Anschlußschenkel 44. Alle Abschnitte der gekröpften und gebogenen Kontaktfeder 41 stehen senkrecht zur Bodenseite 11, so daß der Kontaktschenkel 43 im wesentlichen oberhalb des Anschlußschenkels 44 liegt. An dem Anschlußschenkel 44 ist annähernd senkrecht ein Befestigungsabschnitt 45 abgebogen, der an seinem freien Ende einen hakenförmig einwärts gebogenen Federlappen 46 trägt. Der Befestigungsabschnitt 45 ist zwischen einer senkrechten Isolierwand 18 des Sockelansatzes 12 einerseits und dem Lötlappen 17a des Federtragers 17 eingesteckt und an den Ansatz 12 des Sockels 1 mit dem Federlappen 46 angeklemmt. Außerdem ist der Lötlappen 17a jeweils mit dem Befestigungsabschnitt 45 leitend verbunden, vorzugsweise verlötet oder verschweißt.
Die Funktion der beiden Schaltsysteme des Doppelrelais ist ohne weiteres zu ersehen. Bei Erregung der jeweiligen Spule 23 wird der zugehörige Anker 4 an die zugehörige Polplatte 32 angezogen, wobei er über den Kontaktschenkel 43 den beweglichen Mittelkontakt 43a vom Öffnerkontakt 14a auf den Schließerkontakt 15a umschaltet. Beide Schaltsysteme können einzeln oder gemeinsam betätigt werden. Wenn die Wicklungen 23 der beiden Systeme gleichsinnig in Serie erregt werden, so daß die Magnetflüsse in beiden Kernen in Serie liegen, wird eine gegenseitige Unterstützung der Systeme im Sinne eines leichteren Ansprechens erreicht. Natürlich ist es auch möglich, beide Schaltsysteme zusammen als Umpolrelais zu verwenden. In diesem Fall könnten die beiden Federträger 17, wie in Figur 2 gezeigt, verbunden bleiben und die Öffner-Kontaktträger 14 sowie die beiden Schließer-Kontaktträger 15 jeweils untereinander extern verbunden werden.
Bei der Herstellung des beschriebenen Relais wird zunächst der Sockel 1 mit den Kontaktträgern bestückt. Wie in Figur 3 gezeigt ist, können die Festkontaktträger 14 und 15 für beide Schaltsysteme gleichzeitig von einem Band 140 im Fertigungstakt nach und nach paarweise freigeschnitten und in ihre endgültige Form gebogen werden. In Figur 3 ist die jeweilige Form in den letzten fünf Taktphasen der beiden Paare von Festkontaktträgern dargestellt. Dabei werden in der letzten Phase die jeweils paarweise zusammengehörigen Festkontaktträger 14 und 15 in eine zueinander parallele Lage gebogen, wobei sie jedoch an der Oberseite noch mit ihrem Führungsabschnitt 141 zusammenhängen. Zusammen mit diesem Führungsabschnitt 141 werden sie somit paarweise abgetrennt und gemäß Darstellung in Figur 4 in ihre jeweiligen Steckkanäle 13 eingesteckt. Danach wird der Führungsabschnitt 141 an den Trennstellen 142 abgeschnitten; erst dann sind die beiden Festkontaktträger voneinander getrennt. Vorzugsweise wird das zweite Paar von Festkontaktträgern 14 und 15 für das zweite Schaltsystem gleichzeitig mit dem ersten in den Sockel eingesetzt und getrennt. Wie in Figur 4 ebenfalls gezeigt ist, werden die zwei Federträger 17 für beide Schaltsysteme ebenfalls zusammenhängend in den Sockel 1 eingesetzt und erst danach an der Trennstelle 143 voneinander getrennt.
Bei der Montage der beiden Kerne werden diese, wie bereits beschrieben, in den Spulenkörper 2 eingeschoben, so daß der jeweilige Kern mit seinem inneren Stirnende an der Flachseite des Jochschenkels 34 anliegt. Anschließend wird über das jeweilige Joch 33 und den jeweiligen Kern 31 ein Schweißstrom geleitet, der an der Berührungsstelle durch Widerstandserwärmung ein Verschweißen oder ein Hartlöten der beiden Teile bewirkt. Bei diesem Hartlötverfahren dient die als Oberflächenvergütung ohnehin vorhandene Kupferbeschichtung von Kern und/oder Joch als Hartlot. Auf diese Weise ergibt sich eine nahezu spaltfreie Verbindung zwischen dem Kern und dem Joch, wodurch der magnetische Widerstand minimiert wird. Das hier vorgesehene stumpfe Anschweißen des Kerns an den Jochschenkel 34 ist besonders vorteilhaft durchzuführen, wenn das Joch aus einem dünnen und raumsparenden Blech besteht, also beispielsweise mit einer Dicke von < 1 mm. Die dabei wirksamen magnetischen Sättigungswerte für dünne Bleche wirken sich ebenfalls positiv auf den Magnetkreis aus.
Diese Art des stumpfen Anschweißens oder Anlötens des Kerns läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Relais deshalb durchführen, weil der erste Jochschenkel 34 in den Nuten 28 des Mittelflansches 21 geführt und stabil gehalten wird. Da der Kern 31 selbst ebenfalls im Spulenkörper gehalten ist, wird die Verbindungsstelle 36 (siehe Figuren 5 und 6) durch keine Hebelkräfte belastet, so daß die stumpfe Lötverbindung nicht gefährdet wird. Im übrigen können die beiden Kern-Joch-Verbindungen gleichzeitig hergestellt werden. Zu diesem Zweck wird in den Isolierspalt zwischen den beiden ersten Jochschenkeln 34 ein Kontaktblech eingeführt, welches mit dem einen Pol der Schweißstromquelle verbunden ist. Verbindet man dann die beiden Kerne mit dem anderen Pol der Schweißstromquelle, so können die beiden Verbindungsstellen 36 gleichzeitig geschweißt oder hartgelötet werden. Das Kontaktblech wird anschließend wieder aus dem Spulenkörper herausgezogen. Der mit den Kernen und Jochen bestückte Spulenkörper 2 wird auf dem Sockel positioniert, wobei Haltenasen 29 am Mittelflansch 21 und an den Flanschansätzen 29 in entsprechend hinterschnittenen Ausnehmungen 19 des Sockels einrasten.
Die beiden Anker 4 mit den spiegelbildlich gebogenen Kontaktfedern 41 werden nach dem Spulenkörper in den Sockel eingesetzt, wobei der Befestigungsabschnitt 45 der jeweiligen Kontaktfeder zwischen der Isolierwand 18 und dem Lötlappen 17a eingesteckt und mittels des Federlappens 46 an dem Ansatz 12 des Sockels festgeklemmt wird. Vorzugsweise ist der Lötlappen 17a auf der dem Befestigungsabschnitt 45 zugewandten Seite mit einer Zinnbeschichtung 17b versehen, so daß er mit Hilfe einer Wärmequelle an den Befestigungsabschnitt 45 der Kontaktfeder 41 gelötet werden kann. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines WIG-Lichtbogens. Möglich wäre aber auch eine Löt- oder Schweißverbindung mittels Lasers oder mittels einer anderen Wärmequelle.
Da die freien Enden der Festkontaktträger 14 und 15 mit den Festkontakten 14a und 15a über den Anschlußschenkel 44 bzw. den Befestigungsabschnitt 45 der Kontaktfeder hinausstehen, sind sie für eine ggf. notwendige Biegejustierung leicht zugänglich.
Figur 7 zeigt das Relais mit einer teilweise aufgeschnittenen Gehäusekappe 5. Diese Gehäusekappe besitzt an ihrem Rand einen nach innen abgesetzten, umlaufenden Randsteg 51, der in eine umlaufende Nut 52 des Sockels eingreift. Nach dem Aufsetzen der Kappe wird der Randsteg 51 in der Nut 52 verklebt. Zu diesem Zweck wird von der Unterseite des Sockels 1 über die Ausnehmungen 19 (siehe Figur 8) eine flüssige Klebemasse eingefüllt, die sich durch Kapillarwirkung in der Nut 52 verteilt. Zur Verbesserung der Kapillarwirkung sind am unteren Kappenrand nicht dargestellte Zapfen vorgesehen, welche in die Ausnehmungen 19 hineinreichen. Durch den Randsteg 51 entsteht eine doppelseitige Klebefläche zwischen der Gehäusekappe 5 und dem Sockel 1, wodurch ein allseitiger Formschluß der in der Regel aus sehr dünnem Material bestehenden Gehäusekappe erzielt wird.
Wie eingangs bereits ausgeführt wurde, läßt sich die erfindungsgemäße Konstruktion nicht nur als Doppelrelais, sondern auch als Einzelrelais ausführen. Zu diesem Zweck braucht lediglich die beschriebene Konstruktion des Doppelrelais entlang der Spiegelebene, wie in Figur 1 angedeutet, halbiert zu werden. Zur Vervollständigung des so entstehenden Einzelrelais ist es lediglich nötig, den halbierten Sockel und den halbierten Spulenkörper an der Schnittseite anzupassen, so daß mit einer ebenfalls die halbe Größe aufweisenden Gehäusekappe das geschlossene Einzelrelais entsteht. Die übrigen Teile können unverändert auch für das Einzelrelais verwendet werden, so daß sich eine eigene Beschreibung erübrigt.
In der Figur 9 ist noch eine Abwandlung des Relais von Figur 1 gezeigt. Die Abwandlung besteht jedoch lediglich in einer anders gestalteten Form der Kontaktfeder und des Federträgers. Da die übrigen Teile unverändert bleiben, wird auf sie nicht weiter eingegangen. Die Kontaktfeder 61 gemäß Figur 9 besitzt wie im vorhergehenden Beispiel einen Kontaktschenkel 63 und einen Anschlußschenkel 64, die übereinander liegen. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Befestigungsabschnitt 65 an seinem Ende zu einer Klemmhülse 66 geformt, die auf einen runden Federträger 67 aufgesteckt ist. Falls erforderlich, kann die Klemmhülse 66 zusätzlich mit dem Federträger 67 verlötet oder verschweißt werden.
Figur 10 zeigt eine Abwandlung der Kontaktfeder von Figur 9. Diese Kontaktfeder 71 ist in drei Federschenkel gabelförmig aufgespalten, nämlich in einen mittleren Kontaktschenkel 73, der über einen Niet 72 an dem Anker 4 befestigt ist, und in zwei äußere Anschlußschenkel 74, die jeweils analog zu Figur 9 einen Befestigungsabschnitt 75 mit am Ende angeformter Klemmhülse 76 bilden. Die beiden Klemmhülsen 76 werden wie in Figur 9 auf einen Federträger 67 aufgesteckt. Nach Bedarf können sie auch in diesem Fall zusätzlich verlötet oder verschweißt werden. Durch diese zwei Befestigungsschenkel erhält der Anker eine erhöhte Stabilität.
Weitere Abwandlungen sind denkbar. Beispielsweise könnten auch die zwei Anschlußschenkel 74 mit einem Befestigungsabschnitt 45 gemäß Figur 2 versehen sein. Umgekehrt wäre es auch denkbar, anstelle eines einzigen Kontaktschenkels deren zwei vorzusehen.