Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMAGNETIC RELAY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/017182
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromagnetic relay (1), in particular a motor vehicle relay, comprising a magnet yoke (2), a relay coil (7), a hinged armature (4) which is pivotable about an axis of rotation (3) and on which a moving contact (5), as working or switchover contact, is retained relative to at least one fixed contact (6a), and comprising a piezo actuator (9), which keeps the working or switchover contact (5, 6a, 6b) closed when the relay coil (7) is de-energised as a result of the actuation of said piezo actuator.

Inventors:
NAUMANN, Michael (Jahnstr. 21, Feucht, 90537, DE)
BINDIG, Reiner (Rosenstraße 20, Bindlach, 95463, DE)
KELNBERGER, Alfons (Kapuzinerstr. 23, Bamberg, 96047, DE)
SCHREINER, Hans-Jürgen (Breslauer Straße 13, Hersbruck, 91217, DE)
STINGL, Peter (Am Seeacker 1, Lauf, 91207, DE)
MECKLER, Peter (Mittelweg 30a, Hohenstadt/Pommelsbrunn, 91224, DE)
BIRNER, Markus (Grosshabersdorfer Str. 12, Zirndorf, 90513, DE)
Application Number:
EP2012/002586
Publication Date:
February 07, 2013
Filing Date:
June 20, 2012
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ELLENBERGER & POENSGEN GMBH (Postfach 10 61, Altdorf, 90514, DE)
CERAM TEC GMBH (Ceram Tec-Platz 1-9, Plochingen, 73207, DE)
NAUMANN, Michael (Jahnstr. 21, Feucht, 90537, DE)
BINDIG, Reiner (Rosenstraße 20, Bindlach, 95463, DE)
KELNBERGER, Alfons (Kapuzinerstr. 23, Bamberg, 96047, DE)
SCHREINER, Hans-Jürgen (Breslauer Straße 13, Hersbruck, 91217, DE)
STINGL, Peter (Am Seeacker 1, Lauf, 91207, DE)
MECKLER, Peter (Mittelweg 30a, Hohenstadt/Pommelsbrunn, 91224, DE)
BIRNER, Markus (Grosshabersdorfer Str. 12, Zirndorf, 90513, DE)
International Classes:
H01H57/00
Domestic Patent References:
WO2005001868A1
WO1989002659A1
Foreign References:
US20060181380A1
EP0175387A2
DE4325619A1
DE4410819A1
DE102005037410A1
DE102008023626A1
DE9212266U1
DE3603020C2
DE19813128A1
DE102006018669A1
DE4118177A1
Attorney, Agent or Firm:
FDST PATENTANWÄLTE (Nordostpark 16, Nürnberg, 90411, DE)
Download PDF:
Claims:
P1 10318P-RF/SK/BK/UH

18. Juni 2012

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, gekennzeichnet durch

einen Piezoaktor (9), der infolge dessen Ansteuerung den Bewegkontakt (5) bei stromloser Relaisspule (7) geschlossen hält.

2. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 1 ,

gekennzeichnet durch

einen Piezostapelaktor (9), dessen Krafthubrichtung (h) infolge der Ansteuerung parallel zur Drehachse (3) des Klappankers (4) verläuft.

3. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

gekennzeichnet durch

eine Hebelübersetzung (a, b) zur Umsetzung eines vom Piezoaktor (9) infolge dessen Ansteuerung erzeugten Krafthubs in einen Klemmhub zur lösbaren Klemmfixierung eines klappanker- und/oder bewegkontaktseitig gehaltenen Zugelementes (10).

4. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das einseitig am Klappanker (4) gehaltene Zugelement (10) freiend- seitig in einen Klemmspalt (1 1 ) geführt und infolge der Ansteuerung des Piezoaktors (9) im Klemmspalt (1 1 ) kraftschlüssig gehalten ist.

5. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Magnetjoch (2) ein um eine Dreh- oder Kippstelle (15) schwenkenden Klemmhebel (12) mit einem vom Piezoaktor (9) beaufschlagten Hebelarm (a) und mit einem zum Klemmspalt (11 ) geführten Klemmarm (b) aufweist.

6. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 5,

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.

7. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Klemmarm (b) länger als, insbesondere mindestens doppelt so lang wie der Hebelarm (a) ist.

8. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Zugelement (10) axial und der Klemmspalt (11 ) radial zur Relaisspule (7) orientiert ist.

9. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,

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 Piezoaktor (9) abstützt.

10. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Abstand zwischen dem Klemmhebel (12) und dem Stützschenkel (16) an die in Hubrichtung (z) des Piezoaktors (9) verlaufende Aktorhöhe (h) angepasst ist.

11. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

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.

^.Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Funktionsschenkel (2b) eine U-förmige Aufnahmetasche (19) für den Piezoaktor (9) aufweist, wobei die zueinander parallelen U-Schenkel (19a, 19b) in den Klemmschenkel (12) bzw. in den Stützschenkel (16) des Polschenkels (2a) übergehen.

13. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Relaisspule (7) einen von einer Erregerwicklung umgebenen und gegen den Klappanker (4) geführten Magnetkern (8) aufweist, der am Magnetjoch (2) befestigt ist.

^.Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

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

15. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Bewegkontakt (5) als Federkontakt zur Erzeugung einer am Klappanker (4) angreifenden Federrückstellkraft (FR) ausgeführt ist.

16. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach Anspruch 15,

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.

17. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,

dadurch gekennzeichnet,

dass unter Bildung des Umschaltkontaktes (5, 6a, 6b) ein zweiter Festkontakt (6b) mit einem dem Piezoaktor (9) parallel geschalteten ohmschen Widerstand (R) verbunden ist.

18. Elektromagnetisches Relais (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einer Steuerelektronik (21 ) zur Ansteuerung sowohl der Relaisspule (7) als auch des Piezoaktors (9).

Description:
Beschreibung

Elektromagnetisches Relais

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Relais, mit einem Magnetjoch und mit einer Relaisspule sowie mit einem um eine Drehachse schwenkbaren Klappanker, an dem als Arbeits- bzw. Umschaltkontakt ein Bewegkontakt gegenüber mindestens einem ersten Festkontakt gehalten ist.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Hierzu weist das Relais einen den Beweg- oder Umschaltkontakt 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 halten.

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.

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.

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 CO 2 - 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.

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 89/02659, 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.

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.

Der Piezoaktor des erfindungsgemäßen Relais ist vorzugsweise als (Piezo-)Sta- pelaktor (stack) ausgeführt, dessen Krafthubrichtung parallel zur Drehachse des Klappankers verläuft. Zur Vergrößerung des vom Piezoaktor infolge dessen An- steuerung erzeugten Krafthubs ist geeigneterweise eine Hebelübersetzung vorgesehen, die den Krafthub in einen Klemmhub zur lösbaren Fixierung eines klapp- anker- bzw. bewegkontaktseitig gehaltenen Zugelementes umsetzt. Das Übersetzungsverhältnis ist geeigneterweise 2:1 , so dass ein Krafthub des Piezoaktors von beispielsweise > 15 pm zu einem Klemmhub 30 pm führt.

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. 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.

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.

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

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. 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.

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.

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 gehäuseintern mit der Elektronik verbunden.

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.

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

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.

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.

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 Klappan- ker 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 1 1 (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.

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 FK, 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 C02-Ausstoß des Kraftfahrzeugs einhergeht.

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). 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.

Aus Fig. 2 vergleichsweise deutlich erkennbar ist auch die Ausgestaltung des Klemmspaltes 1 1. So ist in den Polschenkel 2a des Magnetjoches 2 im Bereich des Klemmspaltes 11 eine Klemmnut 1 1 a eingebracht, in der das Klemmende 10b des Zugelementes 10 einliegt und somit gegen ein Ausschwenken in Radialrichtung y gesichert ist. In die Klemmnut 1 1a 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.

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).

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).

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. 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.

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.

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 Κι, 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.

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 Arbeitskon- takt 6b zwischen dem Pluspol und dem Minuspol bzw. Masse einer Versorgungsspannung Uv 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.

Die Elektronik 21 wird mit einer Steuerspannung Us 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 Us 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.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

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

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

1 1 a Klemmnut F K Klemmkraft

1 1 b Klemmnocke FR Federrückstellkraft

12 Klemmhebel KI Arbeitskontaktanschluss

13 Längsschlitz K 2 Ruhekontaktanschluss

14 Materialsteg Ka Spulenkontaktanschluss

15 Drehachse/-stelle K4 Spulenkontaktanschluss

16 Stützschenkel K 5 Wechselkontaktanschluss

18 Spulenkörper U s Steuerspannung

19 Aufnahmetasche U v Versorgungsspannung

19a U-Schenkel X Axialrichtung

19b U-Schenkel y Radialrichtung

0a Kontaktelement