DE19915692A1 - Magnetsystem für ein Relais - Google Patents

Abstract

Das Magnetsystem ist Bestandteil eine Relais, das besonders geräuscharm schaltet. Komponenten des Magnetsystems sind eine Kernanordnung (1), ein Anker (6) und eine nicht gezeichnete Spule, wobei der Anker (6) in eine geöffnete Position vorgespannt ist. Das geräuscharme Schaltverhalten wird dadurch erreicht, daß der Anker (6) so geformt ist, daß die Ankerpolfläche im Bereich ihres in Schließrichtung vorderen Endes (8a) im wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie (16) zur Lagerkante (12) steht. Außerdem erstreckt sich die Kernpolfläche (9) bei angezogenem Anker (6) zumindest annähernd parallel zur Ankerpolfläche (8). DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Anordnung müssen zur Geräuschreduzierung keine weiteren Teile verwendet werden, und es ergibt sich ein sehr einfacher und kompakter Aufbau.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem für ein Relais, das die folgenden Merkmale aufweist:

• - eine Kernanordnung mit mindestens zwei Schenkeln, wodurch sich mindestens ein Ankerlagerabschnitt an einem ersten Schenkel und ein Polabschnitt an einem zweiten Schenkel ergeben,
• - einen Anker, der an dem Ankerlagerabschnitt um eine Lager­ kante schwenkbar gelagert ist und durch Federkraft in eine geöffnete Position vorgespannt ist, wobei ein Arbeits­ luftspalt zwischen einer Ankerpolfläche an einem freien Ankerende und einer Kernpolfläche an dem Polabschnitt ge­ bildet ist, und
• - eine Spule, die an einer beliebigen Stelle der Kernanord­ nung diese umschließt.

Magnetsysteme für elektromagnetische Relais zum Schalten von Gleichstromlasten, wie sie vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, verursachen im Fahrgastinnenraum störende Schaltgeräusche. Um diese Schaltgeräusche, die vor allem durch das Auftreffen eines Ankers auf eine Polfläche entste­ hen, zu vermindern, ist es beispielsweise bekannt, ein dop­ pelwandiges Gehäuse mit schalldämmenden Eigenschaften zu ver­ wenden. Diese bekannte Maßnahme ist aufwendig und teuer, sie vergrößert das Volumen eines Relais und hat nur eine schall­ dämmende bzw. schalldämpfende Wirkung, während das eigentli­ che Problem der Schallentstehung nicht gelöst wird. Darüber hinaus kann das Geräusch über die Anschlußleiter nach außen übertragen werden. Durch die Verwendung eines doppelwandigen Gehäuses reduziert sich auch die Wärmeleitfähigkeit des Ge­ häuses, wodurch die Einsatzfähigkeit eines solchen Relais eingeschränkt wird.

Eine Lösung für die Vermeidung der Geräuschentstehung ist die Verwendung eines Magnetsystems mit einem Dämpfer zur Reduzie­ rung der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers.

Aus der EP 0 281 384 B1 ist bereits ein Relais bekannt, bei dem eine Geräuschentstehung durch die Reduzierung der Anker­ geschwindigkeit erreicht wird. Bei diesem Relais wird ein zu­ sätzlicher Luftdämpfer mit dem Anker und dem Kontaktfedersy­ stem gekoppelt. Nachteilig wirkt sich bei dieser Konstruktion aus, daß durch den Dämpfer das Relais aufwendiger wird und zusätzlich der Raumbedarf steigt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Magnetsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach im Aufbau ist und trotzdem ein leises Schaltverhalten zeigt.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein Magnetsystem der eingangs genannten Art erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ankerpolfläche im Bereich ihres in Schließrich­ tung vorderen Endes im wesentlichen senkrecht zu einer Ver­ bindungslinie zur Lagerkante steht und daß sich die Kernpol­ fläche bei angezogenem Anker zumindest annähernd parallel zur Ankerpolfläche erstreckt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist vorteilhaft, weil die Be­ wegung des Ankers unmittelbar vor dem Erreichen der Schließ­ position die Polflächen in einem flacher werdenden Winkel an­ nähert, so daß die Polflächen des Ankers und der Kernanord­ nung in der Ruheposition des geschlossenen Zustandes parallel zueinander stehen.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich auch dadurch, daß keine zusätzlichen Teile notwendig sind, um ein leises Schaltverhalten zu erreichen.

Vorzugsweise ist die Ankerbewegung durch einen Anschlag be­ grenzt, der nahe an der Lagerkante liegt. In einer vorteil­ haften Ausgestaltung wird dies in besonders einfacher Weise dadurch erreicht, daß der Ankerlagerabschnitt auch den An­ schlag bildet.

Eine besonders gute Geräuschminderung ergibt sich, wenn sich der Arbeitsluftspalt zwischen den Polflächen beim Schließen des Ankers nicht vollständig schließt, also ein Restarbeits­ luftspalt bleibt, wobei die Ankerpolfläche und die Kernpol­ fläche parallel zueinander stehen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Magnetsystem in perspektivi­ scher Darstellung,

Fig. 2 die kennzeichnende Ausgestaltung der Kernpolfläche und des Ankers eines erfindungsgemäßen Magnetsy­ stems,

Fig. 3 ein Magnetsystem ähnlich Fig. 1, ergänzt durch ei­ ne Spule, wobei der Anker in zwei Endpositionen dargestellt ist,

Fig. 4-6 weitere Ausführungsvarianten erfindungsgemäßer Ma­ gnetsysteme.

Eine Kernanordnung 1 besteht in einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aus einem ersten Schenkel 2 und einem zweiten Schenkel 3, die durch ein Querstück 13 verbunden sind. Der zweite Schenkel 3 steht in einem stumpfen Winkel auf dem Querstück 13. Durch diese U-förmige Anordnung ergeben sich ein Ankerlagerabschnitt 4 an dem ersten Schenkel 2 und ein Polabschnitt 5 an dem zweiten Schenkel 3. Ein ungefähr L- förmiger Anker 6, der an dem Ankerlagerabschnitt 4 um eine Lagerkante 12 schwenkbar gelagert ist, schließt über einen Arbeitsluftspalt 10 den Magnetkreis zwischen dem Ankerlager­ abschnitt 4 und dem Polabschnitt 5. Der Anker 6 ist so ange­ ordnet, daß der Querschenkel des L, der in Fig. 1 einem freien Ankerende 7 entspricht, nach außen weist.

Der Anker 6 weicht von einer geraden L-Form ab, indem er in einem mittleren Abschnitt 15 nach innen gebogen ist, so daß sich eine Kröpfung gegenüber dem am Ankerlagerabschnitt 4 liegenden Ankerende ergibt. In Verbindung mit dem schrägste­ henden zweiten Schenkel 3 kann so die Baugröße vermindert werden.

Der Arbeitsluftspalt 10 liegt zwischen dem Polabschnitt 5, der eine Kernpolfläche 9 bildet, und dem freien Ankerende 7, das eine Ankerpolfläche 8 bildet. An dem Ankerlagerabschnitt 4 liegt der Anker 6 in der Schließposition an einer Ankerla­ gerfläche 11 des Ankerlagerabschnitt 4 an. An den Anker 6 sind zwei Nasen 14 so angeformt, daß der Anker 6 nicht in Richtung des Polabschnitts 5 verrutschen und vollständig an diesen angezogen werden kann. So ist gewährleistet, daß ein Restarbeitsluftspalt 10 erhalten bleibt. Neben der Vermeidung eines Aufschlaggeräusches wird so ein Verklemmen oder Haften­ bleiben des Ankers 6 in der geschlossenen Position verhin­ dert.

Zur Erzielung einer großen Effizienz des Magnetkreises sind die Kernanordnung 1 und der Anker 6, 40, 50 und 60 aus einem ferromagnetischen Material gefertigt. Allerdings ist auch die Verwendung anderer Werkstoffe denkbar, wobei dann die Effizi­ enz des Magnetkreises sinkt bei Beibehaltung des günstigen Geräuschverhaltens.

Fig. 2 zeigt schematisch die wesentlichen Elemente der Er­ findung. Der Anker 6 ist so geformt, daß die Ankerpolfläche 8 im Bereich ihres in Schließrichtung vorderen Endes 8a im we­ sentlichen senkrecht zu einer in der Fig. 2 gestrichelt ge­ zeichneten Verbindungslinie 25 zur Lagerkante 12 steht. Bei angezogenem Anker 6 erstreckt sich aufgrund der Anordnung der Kernpolfläche 9 und des Ankers 6 die Kernpolfläche 9 annä­ hernd parallel zur Ankerpolfläche 8, so daß die Kernpolfläche 9 auch senkrecht zur Verbindungslinie 25 steht.

Ebenfalls schematisch zeigt Fig. 2 die Anordnung einer kom­ binierten Lager-, Rückstell- und Kontaktfeder 20. Ein erster Abschnitt 20a dieser Feder 20 übernimmt eine Rückstellfunkti­ on und drückt zusätzlich den Anker 6 gegen die Lagerkante 12. Dadurch ist ein Abheben des Ankers 6 im Bereich der Lagerkan­ te 12 verhindert. Das Ende dieses Abschnitts 20a ist in einer Einspannung 24 fest mit einem unbeweglichen Teil der Anord­ nung, zum Beispiel einem hinzuzufügenden Gehäuse, verbunden. Ein zweiter Abschnitt bildet die Kontaktfeder 21, die einen beweglichen Kontakt 22 trägt, der abhängig von der Stellung des Ankers 6 mit jeweils einem der Festkontakte 23 zusammen­ wirkt.

Fig. 3 stellt eine leichte Abwandlung des Magnetsystems von Fig. 1 dar. Ein zweiter Schenkel 31 weist im Gegensatz zum zweiten Schenkel 3 von Fig. 1 einen Knick auf, so daß der am Querstück 13 liegende Schenkelabschnitt 31a auf diesem senk­ recht steht, während der Polabschnitt 32 in einer gedachten Verlängerung mit dem Querstück 13 einen leicht stumpfen Win­ kel bildet. Zusätzlich ist in Fig. 3 eine Spule 30 gezeigt, die einen ersten Schenkel 34 umschließt. Der Anker 6 ist in eine geöffnete Position vorgespannt und in dieser mit 6(I) bezeichnet. In dieser Position stehen die Polflächen 8 und 9 in einem spitzen Winkel α zueinander, so daß sich der Ar­ beitsluftspalt 10 keilförmig ausbildet.

Zwischen dem Anker 6 und der Ankerlagerfläche 11 an einem Ankerlagerabschnitt 35 besteht ein Öffnungswinkel 33, der dem Winkel α zwischen den Polflächen 8 und 9 entspricht. Der Öffnungswinkel 33 ist mit 6° bis 15° verhältnismäßig groß im Vergleich zu dem entsprechenden Winkel eines konventionellen Klappankersystems, der typischerweise ungefähr 5° beträgt.

Zudem überlappen sich die Polflächen 8 und 9 nicht vollstän­ dig.

Sobald durch Erregung der Spule 30 ein Magnetfluß in dem Ma­ gnetsystem erzeugt wird, bewegt sich der Anker 6 entgegen der Federspannung in einem Schwenkvorgang um die Lagerkante 12 in Richtung der geschlossenen Position, wodurch sich die Polflä­ chen 8 und 9 zunehmend überlappen, der Winkel α und gleich­ zeitig der Abstand der Polflächen 8 und 9 zueinander kleiner wird. Im geschlossenen Zustand liegen die Polflächen 8 und 9 in einem definierten Abstand parallel zueinander, ohne sich zu berühren. Durch den kleiner werdenden Winkel α, die zu­ nehmende Überlappung und den kleiner werdenden Abstand der Polflächen 8 und 9 beim Schließvorgang erhöht sich die Induk­ tivität der Anordnung aus der Spule 30 und der Kernanordnung 1 stark und gleichmäßig. Die durch den Magnetfluß erzeugte Kraftkomponente in der Bewegungsrichtung der Ankerpolfläche 8 wird durch die geometrische Anordnung des Ankers 6 und der Kernpolfläche 9 beim Schließvorgang kleiner. Die Folge beider Effekte ist eine verglichen mit einem konventionellen Klap­ pankersystem langsame Ankerbewegung.

Die Bewegung des Ankers 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Anschlag begrenzt, der von der Ankerlagerfläche 11 gebildet wird. Die Ankerlagerfläche 11 kann entweder eben sein oder eine beliebige andere Struktur aufweisen, um bei­ spielsweise das Anschlagverhalten zu optimieren. Durch diesen Anschlag in Verbindung mit den Nasen 14 ist sichergestellt, daß im geschlossenen Zustand ein restlicher Arbeitsluftspalt 10 zwischen den Polflächen 8 und 9 bestehen bleibt. Im Be­ reich der Polflächen 8 und 9 wird somit kein Schaltgeräusch erzeugt. An der Ankerlagerfläche 11 entsteht ein Aufschlagge­ räusch, allerdings ist hier die Geschwindigkeit des Ankers 6 wesentlich geringer als an der Ankerpolfläche 8, so daß der Aufschlag des Anker 6 auf die Ankerlagerfläche 11 leiser ist als der Aufschlag einer Ankerpolfläche auf eine Kernpolfläche eines konventionellen Klappankersystems.

Zusätzlich ist durch die langsame Ankerbewegung sowohl der Aufschlag des Ankers 6 auf die Ankerlagerfläche 11 als auch der Aufschlag eines mit dem Anker 6 zu verbindenden Kontakt­ paares besonders geräuscharm.

Ein erfindungsgemäßes Magnetsystem kann verschiedene Ausge­ staltungsformen annehmen. Sowohl die Kernanordnung als auch der Anker können so optimiert werden, daß sich beispielsweise ein besonders kompakter Aufbau ergibt oder die Polflächen be­ sonders groß sind, um einen besonders guten Magnetfluß zu ge­ währleisten. Auch die Ausgestaltung eines mit dem Anker zu verbindenden Kontaktsystems kann die Formgebung von Anker und Kernanordnung beeinflussen.

Im Beispiel von Fig. 4 ist ein Anker 40 in einem mittleren Abschnitt 43 nach außen gebogen und weicht so von der geraden L-Form ab. Der Querschenkel des L, der einem freien Ankerende 41 entspricht, weist im Gegensatz zu den Beispiel von den Fig. 1 bis 3 nach innen. Trotzdem steht eine Verbindungsli­ nie 42 zwischen der Lagerkante 12 und der Kernpolfläche 9 senkrecht sowohl auf der Ankerpolfläche 8 wie auch in der Schließposition auf der Kernpolfläche 9.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung eines erfindungs­ gemäßen Magnetsystems zeigt das Beispiel von Fig. 5. Die Spule ist an einem zweiten Schenkel 52 anzuordnen. Ein erster Schenkel 51 weist an seiner Außenseite einen Absatz 55 auf, der mit einem U-förmigen Anker 50 zusammenwirkt und die La­ gerkante 12 bildet. Der Anker 50 greift also über den ersten Schenkel 51 hinweg. Der Anschlag erfolgt an einer Ankerlager­ fläche 56 eines Ankerlagerabschnitts 53, die hier im Gegen­ satz zu der Ankerlagerfläche 11 in den Fig. 1 bis 4 paral­ lel zu der Kernpolfläche 9 an einem Polabschnitt 54 liegt. Auch im Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ist ein Anker 60 U- förmig ausgestaltet. Die Lagerkante 12 und eine nicht ge­ zeichnete Spule liegen im Gegensatz zum Beispiel aus Fig. 5 an dem gleichen Schenkel 2. Ein weiterer Unterschied ist die Fixierung der Position der Lagerkante 12, die durch zwei Na­ sen 61 erfolgt. Diese Nasen 61 greifen in Verbindung mit dem Anker 60 um einen Ankerlagerabschnitt 62 herum, so daß die Anordnung aus dem Anker 60 und den Nasen 61 an dem Ankerla­ gerabschnitt 62 im Schließzustand an zwei Seiten und an einer Kante zu einer dritten Seite anliegt. Wie im Beispiel von Fig. 5 liegt eine Ankerlagerfläche 64 parallel zu der Anker­ polfläche 8 an einem Polabschnitt 63.

Claims (16)

1. Magnetsystem für ein Relais mit

• - einer Kernanordnung (1) mit mindestens zwei Schenkeln (2, 3; 34, 31; 51, 52), wodurch sich mindestens ein Ankerlager­ abschnitt (4; 35; 53; 62) an einem ersten Schenkel (2; 34; 51) und ein Polabschnitt (5; 32; 54; 63) an einem zweiten Schen­ kel (3; 31; 52) ergeben,
• - einem Anker (6; 40; 50; 60), der an dem Ankerlagerabschnitt (4; 35; 53; 62) um eine Lagerkante (12) schwenkbar gelagert ist und durch Federkraft in eine geöffnete Position vorge­ spannt ist, wobei ein Arbeitsluftspalt (10) zwischen einer Ankerpolfläche (8) an einem freien Ankerende (7; 41) und einer Kernpolfläche (9) an dem Polabschnitt (5; 32; 54; 63) gebildet ist, und
• - einer Spule (30), die an einer beliebigen Stelle der Kernanordnung (1) diese umschließt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerpolfläche (8) im Bereich ihres in Schließrichtung vorderen Endes (8a) im wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie (16; 25; 42) zur Lagerkante (12) steht und daß sich die Kernpolfläche (9) bei angezogenem Anker (6; 40; 50; 60) zumindest annähernd paral­ lel zur Ankerpolfläche (8) erstreckt.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerpolfläche (8) und die Kernpolfläche (9) in Bewegungsrichtung des Ankers (6; 40; 50; 60) im wesentlichen gerade verlaufen und bei geöff­ netem Anker (6; 40; 50; 60) einen spitzten Winkel (α) bilden.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch im geschlossenem Zustand zwischen den Polflächen (8; 9) ein restlicher Arbeits­ luftspalt (10) besteht.

4. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zweiten Luftspalt zwischen einer Ankerlagerfläche (11; 56; 64) an dem Ankerlagerabschnitt (4; 35; 53; 62) und dem Anker (6; 40; 50; 60) gibt, der aufgrund der Lagerung des Ankers (6; 40; 50; 60) an diesen Endabschnitt bei geöffneter Ankerposition keilförmig ist und bei geschlossener Ankerposition zumindest weitgehend verschwindet.

5. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung außer­ halb des Polflächenbereichs die Bewegung des Ankers (6; 40; 50; 60) begrenzt.

6. Magnetsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die die Bewegung des Ankers (6; 40; 50; 60) beim Schließen begrenzt, ein Anschlag ist.

7. Magnetsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die die Bewegung des Ankers (6; 40; 50; 60) beim Schließen begrenzt, eine Feder ist.

8. Magnetsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6; 40; 50; 60) beim Schließen nur teilweise auf dem Anschlag aufsetzt.

9. Magnetsystem nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerlagerfläche (11; 56; 64) den Anschlag für den Anker (6; 40; 50; 60) bildet.

10. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen des Ankerlagerabschnitts (4; 35; 53; 62) und des Polabschnitts (5; 32; 54; 63) in der Bewegungsebene des Ankers (6; 40; 50; 60) liegen.

11. Magnetsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerlagerfläche (11; 56; 64) gewölbt ausgeführt ist.

12. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen des Ankerlagerabschnitts (4; 35; 53; 62) und des Polabschnitts (5; 32; 54; 63) nicht parallel zueinander stehen.

13. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6; 40) im we­ sentlichen L-förmig gestaltet ist, wobei ein mittlerer Ab­ schnitt (15; 43) gegenüber dem am Ankerlagerabschnitt (4; 35) liegenden Abschnitt des Ankers (6; 40) gekröpft ausgeführt ist.

14. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (50; 60) im wesentlichen U-förmig gestaltet ist.

15. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6; 40) S- förmig derart gestaltet ist, daß jeweils im Endbereich eine im wesentlichen ebene Fläche entsteht, wobei die eine der Kernpolfläche (9) und die andere der Ankerlagerfläche (11) gegenüberliegt.

16. Magnetsystem nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche des An­ kers (6; 40) im wesentlichen gerade Abschnitte bilden, wobei einer der geraden Abschnitte des Ankers (6; 40) in einer Ebene liegt, die den anderen geraden Abschnitt ungefähr in der Mit­ te seiner Längserstreckung schneidet.