DE102006015251B3 - Magnetsystem mit H-Anker für ein Relais - Google Patents

Abstract

Bei einem umpolbaren Magnetsystem mit H-förmigen Anker (7) für ein bistabiles Relais, wird vorgeschlagen, dass der Jochschenkel (5) eines ersten Kernjochteils (1) U-förmig und der Jochschenkel (6) eines zweiten Kernjochteils (2) gerade ausgebildet ist, und dass die außerhalb der Spule (18) liegenden Jochschenkel (5, 6) so angeordnet sind, dass der H-Anker (7) annähernd senkrecht zur Spulenmittelachse angeordnet ist. Dadurch kann, auch bei Relais mit horizontalem Schieber (19), ein niedrig bauendes Relais mit liegend angeordnetem Magnetsystem realisiert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein umpolbares Magnetsystem für ein bistabiles Relais, mit einer Spule, einem ersten und zweiten Kernjochteil, die jeweils einen Kernschenkel und einen Jochschenkel aufweisen, und einem in einem Luftspalt zwischen den gegenüberliegenden Jochschenkeln schwenkbar angeordneten Hförmigen Anker, der in seinen beiden Schaltstellungen jeweils an den Jochschenkeln anliegt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Relais mit einem derartigen Magnetsystem. Relais dieser Art befinden sich bereits auf dem Markt.
• Relais bzw. Magnetsysteme mit H-Anker, wie sie zum Beispiel aus der DE 197 15 261 C1 und der DE 93 20 696 U1 bekannt sind, können durch Umpolen des Magnetsystems zwischen zwei stabilen Schaltstellungen hin- und herwechseln. Durch ein derartiges Magnetsystem steht für beide Schaltrichtungen Kraft zur Verfügung, so dass nicht nur beim Schließen, sondern auch beim Öffnen Kraft auf die Kontaktfedern des Relais aufgebracht wird. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit dem Aufreißen von Verschweißungen, die während der elektrischen Lebensdauer des Relais auftreten, von Vorteil.
• Andererseits ist beispielsweise aus der EP 1 244 127 A2 und der DE 198 47 831 A1 ein spezieller Relaistyp mit einem Grundkörper, der eine Grundebene festgelegt, und mit einem parallel zur Grundebene angeordneten Schieber, der die Bewegung des Ankers auf ein Kontaktsystem des Relais überträgt, bekannt. Unter Verwendung eines konventionellen Magnetsystems mit einem spulenstirnseitig angeordneten Klappanker (also ohne H-Anker) ergibt sich eine typische Ausbildung dieses bekannten Relaistyps mit liegend im Grundkörper angeordneter Spule. Dies ermöglicht zum einen eine einfache Wirkverbindung der senkrecht zur Grundebene und zum Schieber stehenden Ankerplatte mit dem Schieber. Üblicherweise greift die Anker platte über einen Ankerfortsatz in eine Ausnehmung des Schiebers ein, so dass die Anzugs- bzw. Öffnungsbewegung der Ankerplatte unmittelbar in eine horizontale Hin- und Herbewegung des Schiebers umgesetzt wird. Zum anderen ermöglicht die liegend angeordnete Spule ein niedrig bauendes Relais.
• Es ist zwar auch bereits bekannt, einen derartigen Relaistyp mit horizontalem Schieber mit dem gattungsgemäßen, umpolbaren Magnetsystem mit H-Anker auszurüsten. Dies konnte bisher jedoch nur mit stehend im Grundkörper angeordnetem Magnetsystem realisiert werden, so dass aufgrund der Maße der Spule statt einer Bauhöhe von – bei liegend angeordneter Spule – 16 mm nunmehr eine unerwünscht große Bauhöhe des Relais von 30 mm resultiert. Das bekannte Relais mit stehend, also senkrecht zur Grundebene und zum Schieber im Grundkörper des Relais angeordnetem Magnetsystem, ist in den 1 und 2 gezeigt. 2 zeigt eine aus zwei Kernjochteilen 1 und 2 bestehende bekannte Kernanordnung. Die beiden Kernjochteile 1 und 2 weichen jeweils von einer typischen, geraden L-Form ab, indem ihre Jochschenkel 5 und 6 in einem Endabschnitt jeweils nach innen gebogen sind, um gegenüberliegende Polflächen 10 und 11 zu bilden, die durch einen Luftspalt 16 getrennt sind. Die Jochschenkel 5 und 6 weisen also jeweils selbst eine L-Form auf, während die Kernschenkel 3 und 4 eine gerade Form aufweisen. 1 zeigt das bekannte Magnetsystem, nämlich die um den H-Anker 7 und die Spule 18 erweiterte Kernanordnung gemäß 2. Wie erkennbar, ist der H-Anker 7 – wie bei allen bisher bekannten Magnetsystemen bzw. Relais mit H-Anker -zwischen den Jochschenkeln 5 und 6, das heißt, parallel zur Spulenmittelachse angeordnet, so dass ein durch einen Ankerfortsatz 20 direkt und horizontal zur Bodenplatte des Relais bewegbarer Schieber 19 unter diesen Voraussetzungen nur mit einem stehend angeordneten, Bauhöhe beanspruchenden Magnetsystem vereinbar ist.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Magnetsystem der eingangs genannten Art mit zwei stabilen Schaltstellungen so zu ges talten, dass Relais, insbesondere Relais mit parallel zur Bodenplatte angeordnetem Schieber, mit niedriger Bauhöhe zur Verfügung gestellt werden können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Magnetsystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Relais gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
• Erfindungsgemäß ist der Jochschenkel des ersten Kernjochteils U-förmig und der Jochschenkel des zweiten Kernjochteils gerade ausgebildet, und die außerhalb der Spule liegenden Jochschenkel sind so angeordnet, dass der H-Anker annähernd senkrecht zur Spulenmittelachse angeordnet ist. Da der H-Anker gemäß der Erfindung – in gleicher Weise wie bei den bekannten Magnetsystemen – zwischen den Enden der Jochschenkel angeordnet ist, führen die erfindungsgemäßen konstruktiven Veränderungen zu einer Konfiguration, bei der der H-Anker, anders als bisher, nicht mehr seitlich zur Spule, sondern spulenstirnseitig angeordnet ist. Dadurch kann die Ankerbewegung in gleicher Konfiguration wie bei einem konventionell ausgebildeten Klappanker, jedoch mit in beide Schaltrichtungen wirkende Kraft, an ein Kontaktsystem übertragen werden und zwar insbesondere auch bei einer liegend angeordneten Spule. Es wird also bei liegend angeordnetem Magnetsystem mit H-Anker die Möglichkeit einer horizontalen Ankerbewegung eröffnet.
• Zur Vergrößerung der Polfläche ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, das erste und zweite Kernjochteil in ihren zu den freien Enden der Jochschenkel hin gelegenen Endabschnitten mit einem erweiterten Querschnitt auszubilden.
• Der spulenstirnseitig angeordnete H-Anker weist ferner zwei annähernd parallele Ankerbleche auf, die durch einen dazwischenliegenden Magneten verbunden sind, wobei mindestens eines der Enden des spulenfernen Ankerblechs einen Ankerfort satz aufweist, der sich beim Wechsel der Schaltstellungen des H-Ankers im Wesentlichen parallel zur Spulenmittelachse hin- und herbewegt. Dies eröffnet die Möglichkeit der Implementation dieser Ausführungsform in Relaistypen, die mit einem Schieber zur Übertragung der Ankerbewegung zum Kontaktsystem des Relais ausgestattet sind.
• Das erfindungsgemäße bistabile Relais umfasst einen Grundkörper, der eine Grundebene festgelegt, sowie ein auf dem Grundkörper angeordnetes Magnetsystem der oben beschriebenen Art.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des bistabilen Relais wird die Spulenmittelachse parallel zur Grundebene des Grundkörpers angeordnet. Dies ermöglicht einerseits ein niedrig bauendes Relais. Andererseits kann dann gemäß einer Weiterbildung der (aufgrund der liegenden Anordnung der Spule) 'stehend' angeordnete H-Anker über einen parallel zur Grundebene angeordneten Schieber in Wirkverbindung mit einem Kontaktsystem des Relais treten. Dabei ist es von Vorteil, wenn der H-Anker einen Ankerfortsatz der oben beschriebenen Art aufweist, so dass der Ankerfortsatz in unmittelbare Wirkverbindung mit dem Schieber gestellt werden kann.
• Bei allen genannten Ausführungen des erfindungsgemäßen bistabilen Relais ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der H-Anker zwei annähernd parallele Ankerbleche aufweist, die durch einen dazwischenliegenden Magneten verbunden sind, wobei der H-Anker im Mittelbereich mit einer Umspritzung versehen ist, die zwei gegenüberliegende Achsstummel umfasst, und wenn am Grundkörper des Relais Lagerstellen vorgesehen sind, in denen der H-Anker mit seinen Achsstummeln schwenkbar gelagert ist. Das liegende Magnetsystem mit H-Anker ist also auf einfache Weise im erfindungsgemäßen bistabilen Relais integrierbar.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Magnetsystems in räumlicher Relation zu einem die Ankerbewegung übertragenden Schieber,
• 2 die Kernanordnung des in 1 dargestellten bekannten Magnetsystems,
• 3 die Kernanordnung des erfindungsgemäßen Magnetsystems einschließlich H-Anker,
• 4 die Kernanordnung gemäß 3, jedoch ohne H-Anker,
• 5 den H-Anker des erfindungsgemäßen Magnetsystems,
• 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen bistabilen Relais mit Magnetsystem,
• 7 das Relais gemäß 6 in einer anderen Perspektive,
• 8 das in einem Relais gemäß 6 oder 7 liegend anordenbare erfindungsgemäße Magnetsystem,
• 9 eine seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen, liegenden Magnetsystems mit Schieber und Kontaktsystem eines zugehörigen Relais.
• Eine in den 3 und 4 dargestellte Kernanordnung des erfindungsgemäßen Magnetsystems besteht aus einem ersten Kernjochteil 1 und einem zweiten Kernjochteil 2. Dargestellt ist ferner ein H-förmiger Anker 7. Das erste Kernjochteil 1 weist einen Kernschenkel 3 auf, der auf einem Kernschenkel 4 des zweiten Kernjochteils 2 aufliegt. Bei einem vollständigen, d. h. mit einer Spule 18 versehenen Magnetsystem liegen die beiden Kernschenkel 3 und 4 großteils innerhalb des Spulenkörpers 18, vgl. insbesondere 8. Das erste Kernjoch teil 1 weist ferner einen Jochschenkel 5, d. h. ein in einem ersten Abschnitt rechtwinklig an den Kernschenkel 3 angrenzendes Element des Kernjochteils 3, auf. Der Jochschenkel 5 ist zweimal rechtwinklig abgekröpft und besitzt dadurch insgesamt einen in etwa U-förmigen Aufbau. (In der Perspektive gemäß 3 und 4 handelt es sich beim Jochschenkel 5 um ein auf dem Kopf stehendes U, bestehend aus einem rechtwinklig zum Kernschenkel 3 angeordneten vertikalen ersten Abschnitt, einem Querabschnitt und einem kurzen weiteren, mit der Polfläche 10 endenden vertikalen Abschnitt.) Der Jochschenkel 6 des zweiten Kernjochteils 2 besteht demgegenüber einfach aus einem einzigen, kurzen geraden Abschnitt, der vom gegenüberliegenden freien Ende des ersten Jochschenkels 5 durch einen Luftspalt 16 getrennt ist. Wie erkennbar, sind das erste und zweite Kernjochteil 1 und 2 in ihren jochseitigen Endabschnitten 8 und 9, also zu den Polflächen 10 und 11 hin, im Querschnitt erweitert. (Der Endabschnitt 8 ist also, wie erkennbar, vollständig im Jochschenkel 5 ausgebildet, während der Endabschnitt 9 im Jochschenkel 6 und im jochnahen Endbereich des Kernschenkels 4 ausgebildet ist.) Dadurch resultieren einerseits relativ schmale Kernschenkel 3 und 4, die trotz der begrenzten Spulenbreite im Spulenkörper 18 aufgenommen werden können; andererseits resultieren auch ausreichend große Polflächen 10 und 11 für den H-Anker 7.
• Der H-Anker 7 besteht zunächst, vgl. 5, aus zwei im Wesentlichen parallel angeordneten Ankerblechen 12 und 13, die durch einen dazwischenliegenden Dauermagneten 14 so verbunden sind, dass sich der typische H-Querschnitt ergibt. Der H-Anker 7 kann in seinem Mittelbereich mit der in 3 erkennbaren Kunststoffumspritzung 17 versehen werden, wobei an beiden Seiten Achsstummel 15 mit angeformt werden können. Wie weiter unten, vgl. 6 und 7, noch näher beschrieben wird, können im zur Aufnahme des dargestellten Magnetsystems vorgesehenen Grundkörper 21 eines Relais Lagerstellen für die Achsstummel 15 angebracht sein, so dass der H-Anker 7 schwenkbar angeordnet ist. Da die beiden Ankerbleche 12 und 13 sich über den Luftspalt 16 hinaus an den Seiten der freien Enden der gegenüberliegenden Jochschenkel 5 und 6 erstrecken, kommt es, wie in 3 dargestellt, im Zusammenwirken des Dauermagneten 14 mit den Polflächen 10 und 11, deren Polung von der Polung der Spule 18 abhängt, in einer einem ersten Polungszustand der Spule 18 entsprechenden ersten Schaltstellung des H-Ankers 7 zu einem Anschlagen des oberen Endes des spulennahen Ankerblechs 12 am Jochschenkel 5 des Kernjochteils 1 und gleichzeitig zum Anschlagen des unteren Endes des spulenfernen Ankerblechs 13 am Jochschenkel 6 des zweiten Kernjochteils 2. In einer einem zweiten Polungszustand der Spule 18 entsprechenden zweiten Schaltstellung kommt es dagegen zu einem Anschlagen des oberen Endes des spulenfernen Ankerblechs 13 am Jochschenkel 5 des Kernjochteils 1 und gleichzeitig zum Anschlagen des unteren Endes des spulennahen Ankerblechs 12 am Jochschenkel 6 des zweiten Kernjochteils 2. Wie insbesondere in den 3 und 5 erkennbar, weist mindestens eines der Enden des spulenfernen Ankerblechs 13 einen Ankerfortsatz 20 auf, der sich beim Wechsel der Schaltstellungen des H-Ankers 7 im Wesentlichen parallel zur Spulenmittelachse hin- und herbewegt.
• Durch das umpolbare Magnetsystem mit H-Anker 7 steht also in an sich bekannter Weise nicht nur beim Schließen des Relais, sondern in beide Schaltrichtungen Kraft zur Verfügung, so dass etwaige, während der Lebensdauer des Relais entstehende, elektrisch bedingte Verschweißungen im Kontaktsystem des Relais aufgerissen werden können. Die Spulenspannung kann nach dem Umschalten des Magnetsystems von einer zur anderen Schaltstellung beendet werden, da die eingenommene Schaltstellung dann durch den Magneten 14 gehalten wird, bis die Spule 18 wieder in die entgegengesetzte Richtung magnetisiert wird.
• Das in 6 und 7 dargestellte Relais besitzt einen Grundkörper 21 aus Isolierstoff, der zur Anschlusseite hin flach gestaltet ist und eine Bodenseite 22 definiert, aus der e lektrische Anschlüsse 26 und 27 austreten. Der Grundkörper 21 besitzt eine flache, wannenförmige Ausnehmung zur Aufnahme eines Magnetsystems, während der übrige Teil mit emporgezogenen Seitenwänden und gegebenenfalls Querwänden beispielsweise in einzelne Kontaktträgerkammern unterteilt sein kann. Das im gezeigten Ausführungsbeispiel sehr einfach gestaltete Kontaktsystem des Relais besteht aus einem Festkontaktträger 23 und einem Kontaktfederträger 24. Letzterer ist horizontal auslenkbar und kann durch den parallel zur Grundebene 22 angeordneten, kammartig ausgebildeten Schieber 19 bewegt werden. Der Schieber 19 besitzt an seinem dem Kontaktsystem 23 und 24 gegenüberliegenden Ende eine Ausnehmung 25, in die der integral mit dem spulenfernen Ankerblech 13 ausgeführte Ankerfortsatz 20 eingreift. Der H-Anker 7 ist, wie in 7 etwas besser zu erkennen, mit seinen Achsstummeln 15 beidseitig in Lagerstellen des Grundkörpers 21 gelagert, so dass er sich um diese Lagerstellen drehen kann, wobei die Drehbewegung allerdings durch das Anschlagen an den freien Enden der Jochschenkel 5 und 6 begrenzt wird. 6 zeigt das Magnetsystem bzw. das Relais in der geöffneten Schaltstellung. Wird das Magnetsystem umgepolt, so schließt der H-Anker 7, wobei der Ankerfortsatz 20 eine annähernd horizontale Bewegung nach links ausführt, die sich unmittelbar auf den Schieber 19 und von diesem auf den Kontaktfederträger 24 überträgt, der durch seine Bewegung den Schaltkontakt mit dem Festkontaktträger 23 schließt. Das erfindungsgemäße Relais kann auch mit wesentlich komplizierteren Kontaktsystemen, beispielsweise dem in der eingangs genannten DE 198 47 831 A1 beschriebenen, ausgeführt werden. Da der Schieber 19 und das Magnetsystem, insbesondere die Spule 18, günstigerweise beide parallel zur Grundebene 22 angeordnet sind, kann das Relais mit einer geringen Bauhöhe von ca. 16 mm realisiert werden.
• 8 zeigt ein vollständiges, erfindungsgemäßes Magnetsystem mit der Spule 18, der zweiteiligen Kernanordnung mit den beiden Kernjochteilen 1 und 2, und mit dem spulenstirnseitig senkrecht zur Spulenmittelachse angeordneten H-Anker 7. 9 zeigt darüber hinaus das Zusammenwirken des erfindungsgemäßen, liegend angeordneten Magnetsystems mit einem parallel zur Spulenmittelachse und zur Grundebene angeordneten Schieber 19. Die Grundebene 22 ist hier nur indirekt, durch die senkrecht zu ihr stehenden Spulenanschlüsse 27 und die Anschlüsse 26 des Kontaktsystems, definiert. Dargestellt ist ein geöffneter Schaltzustand.

1

erstes Kernjochteil

2

zweites Kernjochteil

3

Kernschenkel von 1

4

Kernschenkel von 2

5

Jochschenkel von 1

6

Jochschenkel von 2

7

H-Anker

8

Endabschnitt von 5

9

Endabschnitt von 6

10

Polfläche von 5

11

Polfläche von 6

12

spulennahes Ankerblech

13

spulenfernes Ankerblech

14

Dauermagnet

15

Achsstummel

16

Luftspalt

17

Umspritzung

18

Spule

19

Schieber

20

Ankerfortsatz

21

Relais-Grundkörper

22

Grundebene/Bodenseite von 21

23

Festkontaktträger

24

Kontaktfederträger

25

Ausnehmung in 19

26

Kontaktanschlüsse

27

Spulenanschlüsse

Claims (8)

1. Umpolbares Magnetsystem für ein bistabiles Relais, mit einer Spule (18), einem ersten und zweiten Kernjochteil (1, 2), die jeweils einen Kernschenkel (3, 4) und einen Jochschenkel (5, 6) aufweisen, und einem in einem Luftspalt (16) zwischen den gegenüberliegenden Jochschenkeln (5, 6) schwenkbar angeordneten H-förmigen Anker (7), der in seinen beiden Schaltstellungen jeweils an den Jochschenkeln (5, 6) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochschenkel (5) des ersten Kernjochteis (1) Uförmig und der Jochschenkel (6) des zweiten Kernjochteils (2) gerade ausgebildet ist, und dass die außerhalb der Spule (18) liegenden Jochschenkel (5, 6) so angeordnet sind, dass der H-Anker (7) annähernd senkrecht zur Spulenmittelachse angeordnet ist.
2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Kernjochteil (1, 2) in ihren zu den freien Enden der Jochschenkel (5, 6) hin gelegenen Endabschnitten (8, 9) mit einem erweiterten Querschnitt ausgebildet sind.
3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spulenstirnseitig angeordnete H-Anker (7) zwei annähernd parallele Ankerbleche (12, 13) aufweist, die durch einen dazwischenliegenden Magneten (14) verbunden sind, und dass mindestens eines der Enden des spulenfernen Ankerblechs (13) einen Ankerfortsatz (20) aufweist, der sich beim Wechsel der Schaltstellungen des H-Ankers (7) im Wesentlichen parallel zur Spulenmittelachse hin- und herbewegt.
4. Bistabiles Relais mit einem Grundkörper (21), der eine Grundebene (22) festgelegt, und einem auf dem Grundkörper (21) angeordneten Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis
5. Bistabiles Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenmittelachse parallel zur Grundebene (22) des Grundkörpers (21) angeordnet ist.
6. Bistabiles Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der H-Anker (7) über einen parallel zur Grundebene (22) angeordneten Schieber (19) mit einem Kontaktsystem (23, 24) des Relais wirkverbunden ist.
7. Bistabiles Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der H-Anker (7) einen Ankerfortsatz (20) gemäß Anspruch 3 aufweist, und dass der Ankerfortsatz (20) in unmittelbarer Wirkverbindung mit dem Schieber (19) steht.
8. Bistabiles Relais nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der H-Anker (7) zwei annähernd parallele Ankerbleche (12, 13) aufweist, die durch einen dazwischenliegenden Magneten (14) verbunden sind, dass der H-Anker (7) im Mittelbereich mit einer Umspritzung (17) versehen ist, die zwei gegenüberliegende Achsstummel (15) umfasst, und dass am Grundkörper (21) des Relais Lagerstellen vorgesehen sind, in denen der H-Anker (7) mit seinen Achsstummeln (15) schwenkbar gelagert ist.