ELSINGER, Herbert (Karl-Mathes_Strasse 14, Unterhaching, 82008, DE)
OBERNDORFER, Johannes (Auf der Grün 45, Miesbach, 83714, DE)
ELSINGER, Herbert (Karl-Mathes_Strasse 14, Unterhaching, 82008, DE)
Patentansprüche
1. Elektromagnetisches Relais mit einem mit Durchbrüchen (41) versehenen Grundkörper (40), einem Spulensystem (20), einem Kontaktsystem (10) und einer das Spulensystem und das Kontaktsystem umgebenden und mit dem Grundkör- per direkt verbundenen Gehäusekappe (50), wobei die Anschlusselemente (12) des Kontaktsystems in wenigstens einen auf dem Grundkörper (40) befestigten Kontaktträger (18) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (12, 14, 24) des Kontaktsystems und des Spulensystems (20) durch die Durchbrüche (41) des Grundkörpers (40), diesen nicht berührend, hindurchgeführt sind.
2. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Grundkörper (40) sowie Kontaktträger (18) und Träger (22, 23) für die Anschlusselemente (24) des Spulensystems (20) aus verschiedenen Materialien, insbesondere Materialien mit verschiedenen optischen Eigenschaften, bestehen
3. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Material des bzw. der Kontaktträger (18) den Entflammbar- keitsanforderungen der amerikanischen Vorschrift UL 94 V-O entspricht.
4. Elektromagnetisches Relais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien des Grundkörpers (40), des bzw. der Kontaktträger (18) und der Träger (22, 23) für die Anschlusselemente (24) des Spulensystems (20) derart gewählt sind, dass sie ihre Verbindung durch Schweißen mit einem den Grundkörper (40) durchsetzenden energiereichen elektromagnetischen Strahl gestatten.
5. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (40), der bzw. die Kontaktträger (18) und die Träger (22, 23) für die Anschlusselemente (24) des Spulensystems (20) aus Polybutylentere- phthalat (PBT) unterschiedlicher Zusammensetzung bestehen.
6. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Relais, das einen mit Durchbrüchen (41) versehenen Grundkörper (40), ein Spulensystem (20), ein Kontaktsystem (10) und eine das Spulensystem und das Kontaktsystem umge- bende und mit dem Grundkörper dicht verbundene Gehäusekappe (50) aufweist, wobei die Anschlusselemente (12, 14) des Kontaktsystems (10) in mindestens einen Kontaktträger (18) eingebettet werden, der so auf dem Grundkörper (40) befestigt wird, dass die Anschlusselemente die Durchbrüche (41) im Grundkörper durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (12, 14, 24) des Kontaktsystems (10) und des Spulensystems (20) durch die Durchbrüche (41) des Grundkörpers, diesen nicht berührend, hindurchgeführt und der bzw. die Kontakt- träger (18) und das Spulensystem durch Schweißen mit einem den Grundkörper (40) durchsetzenden energiereichen elektromagnetischen Strahl dicht mit dem Grundkörper verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwei- ßung unter Verwendung einer den bzw. die Kontaktträger (18) gegenüber dem Grundkörper (40) ausrichtenden Lehre (30) erfolgt.
8. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 4 oder 5 oder Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Durchbrüche (41) des Grundkörpers (40) von einer ringförmigen Schweißnaht vollständig umgeben ist.
9. Elektromagnetisches Relais nach Anspruch 4 oder 5 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Kon- taktträger (18) und ein die Anschlusselemente (24) des Spulensystems (20) ein- bettender Kunststoffblock (23) aus Polybutylenterephthalat (PBT) besteht, der für den elektromagnetischen Strahl weniger transparent ist als das Material des Grundkörpers (40).
10. Elektromagnetisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder Ver- fahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekappe (50) durch Schweißen mit einem den Grundkörper (40) durchset- zenden energiereichen elektromagnetischen Strahl dicht mit dem Grundkörper verbunden ist.
11. Elektromagnetisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder Ver- fahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekappe (50) mit Trennwänden (51) versehen ist, die durch Schweißen mit einem energiereichen elektromagnetischen Strahl mit dem Grundkörper (40) dicht verbunden sind. |
Elektromagnetisches Relais und Verfahren zu seiner Herstellung
Beschreibung
Stand der Technik
Elektromagnetische Relais werden üblicherweise so montiert, dass Festkontakte, Federkontakte und Magnetspule mit ihren Anschlusselementen durch entsprechende öffnungen oder Schlitze eines Kunststoff-Grundkörpers hindurch gesteckt und anschließend durch Verkleben fixiert und abgedichtet werden. Der Grundkörper bildet dabei den Kontaktträger. Nach der Montage der übrigen Relais-Bauteile, Justage und Prüfung der Baugruppe wird eine Gehäusekappe aufgesetzt und in einem weiteren Klebevorgang mit dem Grundkörper verbunden.
Die bei diesem üblichen Herstellverfahren angewandten Klebevorgänge mit den damit im Allgemeinen notwendigen Ofenprozessen führen zu unerwünschten änderungen in der Position der Bauteile zueinander. Derartige änderungen wirken sich auf das Ansprech- und Abfallverhalten und die elektrische Lebensdauer des Relais aus und müssen in einem aufwändigen Justageprozess korrigiert werden. Allerdings ist die letzte änderung, die durch die abschließende Verklebung der Kappe verursacht wird, nicht mehr korrigierbar.
Aus DE 102 54 259 A1 ist es bekannt, die Teile eines Kunststoffgehäuses für ein elektrisches Schaltgerät durch Laserschweißen miteinander zu verbinden.
EP 0 361 392 A2 offenbart ein elektromagnetisches Relais, bei dem die Verbindung von Jochen und Polstücken des Magnetsystems mit dem Relais- Grundkörper, von Kontakten und Spule mit Anschlußstiften und von Grundkörper und Gehäusekappe mittels Laserschweißung erfolgt. Allerdings handelt es sich hier um Schweißverbindungen zwischen metallischen Teilen. Ferner sind bei diesem Relais die Anschlußstifte in den Grundkörper über Glaspassungen eingebettet.
Aus DE 24 54 967 A1 ist ein elektromagnetisches Relais entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem Fest- und Federkontakte in einen gemeinsamen Kontaktträger eingebettet und dieser in Ausnehmungen am Spulenkörper eingesetzt ist, wodurch die gegenseitige Zuordnung zwischen den Kontakten festgelegt ist. Die Probleme, die sich aus Klebeprozessen zum Abdichten der Anschlusselemente in dem Relais-Grundkörper und zum Verschließen mit der Gehäusekappe ergeben, bestehen allerdings auch hier.
Abriss der Erfindung
Die normativen Anforderungen an elektromagnetische Relais sind in europäischen und internationalen Relais- und Industrienormen sowie in US-Normen
beschrieben. Zu berücksichtigen ist insbesondere die Anforderung, dass alle Träger von leitenden Teilen, zu denen im vorliegenden Fall der Kontaktträger gehört, aus einem Material bestehen, das die in der Norm UL 94 verlangte Entflammbarkeitsanforderung V-O aufweist. PBT(Polybutylenterephthalat)-Matehalien können diese Anforderungen erfüllen. Die für elektromagnetische Relais wichtigsten Eigenschaften von PBT sind:
(a) hohe Wärmeformbeständigkeit,
(b) hohe Festigkeit, Steifigkeit und Härte,
(c) geringe Wasseraufnahme, dadurch hohe Maßhaltigkeit; (d) gute elektrische Eigenschaften,
(e) gute Chemikalienbeständigkeit,
(f) gute Verarbeitbarkeit,
(g) keine Neigung zu Spannungsrissen, (h) geringer Preis. Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Relais nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu vermeiden. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein elektromagnetisches Relais mit zueinander möglichst genau positionierten Relaisteilen zu schaffen. Dabei soll das Relais aus einem Material her- stellbar sein, das die genannte Norm erfüllt.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Maßnahmen der Ansprüche 1 bzw. 6. Da die Anschlusselemente die Anschlusselemente von Kontakt- und Spulensystem Durchbrüche des Grundkörpers ohne Berührung durchsetzen, wird die Gefahr vermieden, dass die bei der Einbettung festgelegte Positionierung der Kontaktteile durch den Grundkörper beeinflusst wird.
Gleichzeitig ergibt sich eine größere Freiheit in der Materialwahl für die die Anschlusselemente einbettenden Teile (Kontaktträger, Spulenkörper) einerseits und den Grundkörper andererseits. Insbesondere brauchen nur die einbettenden Teile, nicht aber der Grundkörper, die obige Norm zu erfüllen. Dies wiederum eröffnet die Möglichkeit, das Relais durch Verschweißen mit einem den Grundkörper durchsetzenden energiereichen elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem Laserstrahl, abschließend zu fixieren und abzudichten.
Dabei kann das oben erwähnte, für elektromagnetisches Relais an sich gut geeignete PBT-Material, das die Eigenschaft V-O der Norm UL 94 erfüllt, aber nicht lasertransparent ist, für Kontaktträger, Spulenkörper zu verwenden, während der Grundkörper aus einem anderen, besser lasertransparenten Material bestehen kann.
Bei einer derartigen Wahl der Kunststoffmaterialien für den Grundkörper, die die Anschlusselemente enthaltenden Kunststoffblöcke und die Gehäusekappe ist eine einwandfreie Durchgangsstrahl-Verschweißung gewährleistet, bei der der Laserstrahl das jeweils äußere, aus lasertransparentem Kunststoff bestehende Teil ohne größere Verluste durchsetzt und seine Energie auf das darunter liegende, aus laserabsorbierendem Kunststoff bestehende Teil abgibt, so dass der eigentlichen Schweißstelle die erforderliche Energie zugeführt wird. Dabei findet ein Aufweichen des laserabsorbierendem Materials nur in einem sehr kleinen Bereich statt, so dass das Verfahren sehr Material schonend ist. Die durch Laserschweißung erzeugten Verbindungen sind dicht, von hoher
Festigkeit und lassen sich präzise durchführen. Gleichzeitig entfallen alle Verunreinigungen, die durch die bisher verwendeten Klebstoffe und deren Ausgasungen verursacht werden konnten. Da ferner die Anschlüsse des Kontaktsystems nicht direkt gegenüber dem Relais-Grundkörper befestigt und abgedichtet, son- dem zunächst mit Kunststoff umspritzt werden und der so gebildete Kontaktträger verschweißt wird, ist nicht nur eine beim fertigen Relais genaue Ausrichtung der Kontakte gewährleistet, sondern auch die Handhabung bei der Montage vereinfacht.
Eine nachträgliche Justage sollte sich erübrigen, wenn die Laserschwei- ßung unter Verwendung einer den oder die Kontaktträger mit den Anschlusselementen gegenüber dem Grundkörper ausrichtenden Lehre erfolgt.
Vorzugsweise wird auch das Spulensystem im Bereich seiner Anschlusselemente mit Kunststoff umspritzt und zusammen mit dem die Kontakt-Anschlusselemente enthaltenden Kontaktträger im gleichen Arbeitsgang und gegebenenfalls unter Verwendung einer gemeinsamen Ausrichtlehre am Grundkörper befestigt.
Vorzugsweise wird auch die Gehäusekappe durch Laserschweißung am Relais-Grundkörper dicht befestigt.
Zur gegenseitigen Isolierung der verschiedenen, in dem Relais vorhandenen Baugruppen kann die Gehäusekappe mit Trennwänden versehen sein, die ebenfalls durch Laserschweißung mit dem Grundkörper verbunden werden. Dadurch wird aus den Kriech- bzw. Luftstrecken zwischen benachbarten leitenden Teilen nach der zugehörigen Produktnorm eine feste Isolation, die geforderte Spannungsfestigkeiten erfüllt. Somit wird eine weitere Miniaturisierung ermöglicht. Besteht der Grundkörper aus einer dünnen Platte, was im Hinblick auf seine Lasertransparenz günstig ist, so kann ihm durch Abstützung an den Trennwänden der Gehäusekappe genügende Stabilität verliehen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematisierte, perspektivische Darstellung eines einzelnen Kontaktsystems,
Fig. 2 mehrere der Kontaktsysteme nach Fig. 1 und ein Spulensystem in einer Anordnung, wie sie im Innern eines fertigen Relais vorliegt,
Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in einer Stirnansicht mit einer Ausrichtlehre, Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 nach Einsetzen in die Ausrichtlehre,
Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 4 mit einem darüber eingezeichneten plat- tenförmigen Relais-Grundkörper,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach Fig. 5 nach Verschweißen mit dem transparent dargestellten Grundkörper und Entfernen der Ausrichtlehre, und
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des mit einer Gehäusekappe komplettierten fertigen Relais.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Das in Fig. 1 gezeigte Kontaktsystem umfasst ein Festkontaktelement 11 mit einem Anschlusselement 12 und ein Federkontaktelement 13 mit einem Anschlusselement 14. An dem Federkontaktelement 13 ist eine Kontaktfeder 15 angenietet, die mit dem Festkontaktelement 11 zusammenarbeitet. Beide Kontaktelemente 11, 13 sind an ihren Fußteilen 16, 17 mit einem Kontaktträger 18 umspritzt, aus dem die Anschlusselemente 12, 14 nach unten herausragen. Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung umfasst ein Spulensystem 20 mit einem eine Spule 21 tragenden Kunststoff-Spulenkörper, der mit seinen beiden Endflanschen 22, 23 aus der Spule 21 herausragt. In den Endflansch 23 sind zwei Anschlusselemente 24 der Spule 21 eingebettet.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung umfasst ferner insgesamt sechs der in Fig. 1 gezeigten Kontaktsysteme 10, von denen fünf auf einer Seite und der sechste auf der anderen Seite des Spulensystems 20 angeordnet sind und parallel zu diesem verlaufen.
In Fig. 3 ist die in Fig. 2 gezeigte Anordnung aus Spulensystem 20 und Kontaktsystemen 10 in Seitenansicht oberhalb einer Ausrichtlehre 30 dargestellt. Die Ausrichtlehre 30 ist insgesamt kammartig gestaltet, wobei die Breite der Zinken 31 die für das fertige Relais vorgeschriebenen Abstände zwischen den Kontaktsystemen 10 untereinander und bezüglich des Spulensystems 20 bestimmt.
In Fig. 4 sind die Kontaktsysteme 10 und das Spulensystem 20 in die Ausrichtlehre 30 eingesetzt.
Fig. 5 zeigt über dieser Anordnung einen als dünne Platte ausgebildeten Grundkörper 40. In dem Grundkörper 40 sind Durchbrüche 41 zum Durchtritt der Anschlusselemente 12, 14 der Kontaktsysteme 10 und der Anschlusselemente 24 des Spulensystems 20 vorgesehen. Der in Fig. 5 gezeigte Schnitt liegt in einer Ebene, in der sich die in der Fig. 2 vorderen Anschlusselemente 12 der Kontaktsysteme 10 befinden. Daher sind die in dem Grundkörper 40 vorhandenen Durchbrüche für die weiteren Anschlusselemente 14 der Kontaktsysteme 10 und für die Anschlusselemente 24 des Spulensystems 20 nicht zu sehen
Ferner sind in Fig. 5 Vertiefungen 42 gezeigt, die zur Aufnahme der jeweils nicht benutzten und abgeschnittenen Anschlussstummel 19 (vergl. Fig. 1 ) dienen. (Die in Fig. 5 über den Durchbrüchen 41 sichtbaren Erhebungen 43 ergeben sich aus dem Materialversatz oberhalb der Vertiefungen 42.) Fig. 6 zeigt die Anordnung nach Fig. 5 in perspektivischer Darstellung, wobei der hier nur mit Umrisslinien dargestellte Grundkörper 40 auf die Anordnung aus Kontaktsystemen 10 und Spulensystem 20 aufgelegt ist. Zur Verdeutlichung ist die Ausrichtlehre 30 in Fig. 6 nicht dargestellt.
Wie gezeigt, sind die Durchbrüche 41 in dem Grundkörper 40 größer als die ihn durchsetzenden Anschlusselemente 12, 14 der Kontaktsysteme 10, und zwar um so viel, dass in der Regel keine Berührung zwischen den Anschlusselementen 12, 14 und den Wänden Durchbrüche 41 stattfindet.
Außer den schon erwähnten Vertiefungen 42 für die Anschlussstummel 19 der Kontaktsysteme 10 weist die Grundkörper 40 eine größere Aussparung 44 zur Aufnahme eines über die obere Ebene der Endflansche 22, 23 des Spulensystems 20 hinausragenden Teils der Spule 21 auf.
Der Schweißvorgang zwischen dem Grundkörper 40 einerseits und den als Kunststoffblöcke ausgebildeten Kontaktträgern 18 der Kontaktsysteme 10 und den Spulenkörper-Endflanschen 22, 23 des Spulensystems 20 erfolgt, während sich sämtliche Bauteile in der Ausrichtlehre 30 befinden. Die Verschweißung wird so durchgeführt, dass sämtliche Anschlusselemente 12, 14 und 24 jeweils vollständig mit einer Schweißnaht umgeben werden und außerdem eine feste Verbindung der Kontaktträger 18 und der Endflansche 22, 23 des Spulensystems 20 erreicht wird. Während der Grundkörper 40 aus lasertransparentem Kunststoff besteht, sind die Kontaktträger 18 und der Spulenkörper mit seinen Endflanschen 22, 23 aus laserabsorbierendem PBT mit der hergestellt, das die in der Norm UL 94
verlangte Eigenschaft V-O aufweist. Bei dieser Materialkombination ist eine zuverlässige Durchstrahlungs-Laserschweißung möglich, die die Kontakträger 18 nur in einem sehr kleinen Bereich erweicht, daher mit geringer Erwärmung verbunden und materialschonend ist. In Fig. 7 ist die in Fig. 6 gezeigte Anordnung (ohne die Ausrichtlehre 30) in eine Gehäusekappe 50 eingelegt, die parallel zu ihren Seitenwänden verlaufende Trennwände 51 aufweist. Die Seitenwände der Gehäusekappe 50 und die Trennwände 51 werden ebenfalls durch Laserschweißung mit dem Grundkörper dicht verbunden. Die Trennwände 51 stützen den plattenförmigen Grundkörper 40 im Bereich innerhalb des Randes der Gehäusekappe 50 ab. Der Grundkörper 40 kann daher verhältnismäßig dünn sein, was seine Lasertransparenz begünstigt.
In Fig. 7 sind die Laserschweißbereiche zwischen dem Grundkörper 40 einerseits und den Kontaktsystemen 10, dem Spulensystem 20 und den Seitenwänden der Gehäusekappe 50 und der Trennwände 51 schwarz dargestellt. Die Darstellung ist nur schematisch. Tatsächlich erstrecken sich die Schweißbereiche nicht bis zu den Anschlusselementen 12, 14 und 24, da die von ihnen durchsetzten Durchbrüche 41 größer sind als ihre Querschnitte. Da somit die Anschlusselemente 12, 14 und 24 keinen Kontakt mit dem Grundkörper 40 haben, bildet dieser keinen Teil des Kontaktträgers und braucht die Eigenschaft V-O der Norm UL 94 nicht zu erfüllen.
γ
Bezugszeichenliste
10 Kontaktsystem
11 Festkontaktelement
12, 14 Anschlusselemente
13 Federkontaktelement
15 Kontaktfeder
16, 17 Fußteile
18 Kontaktträger
19 Anschlussstummel
20 Spulensystem
21 Spule
22, 23 Ehdflansche
24 Anschlusselemente
30 Ausrichtlehre
31 Zinken
40 Grundkörper
41 Durchbrüche
42 Vertiefungen
43 Erhebungen
44 Aussparung
50 Gehäusekappe
51 Trennwände
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