DE1042759B

DE1042759B - Einrichtung an Federkontakten fuer indirekte Betaetigung

Info

Publication number: DE1042759B
Application number: DEC12682A
Authority: DE
Inventors: Per Harry Elias Claesson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-03-11
Filing date: 1956-03-09
Publication date: 1958-11-06
Also published as: FR1148634A; US2924684A; GB816061A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Kontakteinrichtungen, die Kontaktfedern umfassen und für sogenannte indirekte Betätigung eingerichtet sind. Kontakteinrichtungen dieser Art haben weitgehende Anwendung bei elektromagnetischen, und zwar sowohl bei neutralen als auch bei polarisierten Relais gefunden. Ein Relais kann mit mehreren derartigen Kontakteinrichtungen versehen sein, wobei die Kontaktfedern, die ein freies und ein Befestigungsende aufweisen, in einer oder mehreren Gruppen angeordnet sind.

Mit indirekter Betätigung ist eine Betätigungsweise gemeint, bei der eine Kontaktschließung dadurch erreicht wird, daß zwei Kontakte durch die Vorspannung von wenigstens einer Kontaktfeder miteinander in Berührung gebracht werden. Die Federspannung kann z. B. durch Anzug oder Abfall eines Relaisankers ausgelöst werden. Demzufolge wirken während des Schließungsverlaufs keine äußeren Kräfte auf die Kontaktfedern ein, während jedoch äußere Einrichtungen benutzt werden, um die Federn in unbetätigter Stellung voneinander getrennt zu halten. In der Praxis hat gewöhnlich eine der Kontaktfedern, nämlich die bewegliche Feder der indirekt betätigten Kontakteinrichtung, eine Vorspannung, so daß sie danach strebt, ihr Kontaktende dem der anderen Feder, nämlich der festen Feder, zu nähern. In unbetätigtem Zustand wird die bewegliche Kontaktfeder von der festen Kontaktfeder durch einen Hebelarm od. dgl. getrennt gehalten, der z. B. durch den Anker eines Relais betätigt werden kann.

Bisher sind derartige indirekt betätigte Kontakte mit der Absicht zur Anwendung gekommen, die mechanischen Kontaktschwingungen zu vermindern, die dann auftreten, wenn zwei Kontakte miteinander in Berührung kommen. Hierbei sind die die festen Kontakte tragenden Federn verhältnismäßig lang sowie mit niedriger mechanischer Eigenschwingungszahl ausgeführt worden, wodurch sich die Kontakte verhältnismäßig langsam einander nähern, so daß dadurch die Kontaktschwingungen im ersten Augenblick aufgehoben werden. Durch Gleiten zwischen den Kontakten und/oder zwischen den zugehörigen Kontaktfedern einer Kontaktfedergruppe ist weiterhin die Energie der schädlichen Schwingungsbewegungen der beweglichen Kontaktfedern verbraucht worden, so daß auch von der niedrigen Eigenschwingungszahl der Kontaktfedern abhängige langsame Kontaktschwingungen aufgehoben werden konnten.

Die genannte Ausführung der Kontakte ist jedoch mit bestimmten Nachteilen behaftet. So sind diese Kontakteinrichtungen besonders empfindlich für Beschleunigungen und Verzögerungen sowie Schütteln mit einer innerhalb des Resonanzfrequenzgebietes der Kontaktfedern liegenden Frequenz. Außerdem bedin-

Einrichtung an Federkontakten
für indirekte Betätigung

Anmelder:

Per Harry Elias Claesson,
Danderyd (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,
Berlin-Zehlendorf West, Goethestr. 30

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 11. März 1955

Per Harry Elias Claesson, Danderyd (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

gen sie einen großen Platzbedarf, großen Materialverbrauch sowie erhebliche Kräfte, um ein schnelles öffnen und Schließen zu ermöglichen.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Kontakteinrichtung der oben beschriebene ι Art zu schaffen, die geringe oder keine Empfindlichkeit für Beschleunigungen und Verzögerungen aufweist und die außerdem in hohem Maße frei ist von sowohl Kontaktschwingungen als auch beim Schließen der Kontakte auftretenden Kontaktprellungen.

Die Kontakteinrichtung ist nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern eine Vorspannung haben, die an den Kontaktbetätigungsstellen eine Kraft ergibt, welche mindestens das 50fache des Gewichts des freien Endes der Feder einschließlich der Kontakte beträgt.

Eine solche Kontakteinrichtung weist in hohem Maße Freiheit von Kontaktschwingungen beim Schließen auf und ist weitgehend unempfindlich gegen Beschleunigungen und Verzögerungen.

Es ist leicht einzusehen, daß diese Kontakteinrichtung unempfindlich gegen Beschleunigungen und Verzögerungen sein wird, wohingegen es jedoc'i keinesfalls von vornherein selbstverständlich ist, daß die Einrichtung frei von Kontaktschwingungen sein wird, denn das Freisein von Kontaktschwingungen steht in keinem einfachen Verhältnis zu der Wechselwirkung zwischen Kontaktdruck und Gewicht der Kontaktfedern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Kontakteinrichtung mit 'den oben angegebenen Kennzeichen eine überraschend große Freiheit von Kontaktschwin-

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gungen aufweist. Der Grund hierfür konnte nicht restlos aufgeklärt werden. Die Bewegungen, die die Kontakte beim Schließen von dem Augenblick an ausführen, in dem sie zuerst in Berührung miteinander kommen, bis zu dem Augenblick, in dem sie den Ruhezustand erreicht haben, beruhen auf einer großen Anzahl verschiedener Faktoren, weshalb es nicht möglich war, das die Kontakteinrichtung nach der Erfindung auszeichnende Fehlen von Kontaktschwingungen theoretisch zu erklären.

Wenn der Kontakt der beweglichen Feder mit dem der festen Feder in Berührung kommt, entsteht eine elastische Formveränderung von der Art, daß sich die Kontakte voneinander entfernen. Die Bewegungen der Kontakte nach dem Zeitpunkt der ersten Berührung miteinander werden jedoch nicht nur von den elastischen Eigenschaften der Kontakte bestimmt, sondern auch in hohem Maße von den Eigenschaften der Federn, an denen sie befestigt sind. Die feste Kontaktfeder wird beim Schließen anfänglich aus ihrer Normalstellung herausgebogen, wodurch sie auf den Kontakt der beweglichen Feder eine Kraft ausübt, welche in entgegengesetzter Richtung gegen die ursprüngliche Bewegungsrichtung des letztgenannten Kontaktes wirkt. Ferner setzt der zwischen dem Kontakt und der Befestigungsstelle der Feder befindliche Teil der beweglichen Feder seine Bewegung fort, nachdem die Kontakte zuerst miteinander in Berührung gekommen sind, so daß er eine Ausbiegung zwischen der Befestigungsstelle und dem Kontakt erhält. Diese Ausbiegung erzeugt eine Kraft, die auf die Kontakte einwirkt und als Zuschuß zu dem Kontaktdruck angesehen werden kann, der herrscht, wenn die Kontakte ihre Ruhestellung eingenommen haben. Die weiteren Bewegungen der Kontakte nach dem Erreichen des Höchstwertes ihrer elastischen Formveränderung sind von diesen Kräften abhängig und das gegenseitige Verhältnis zwischen diesen Kräften bestimmt wahrscheinlich, inwieweit die Kontakte mit oder ohne wiederholtes Öffnen und Schließen ihre Ruhestellung erreichen. Es kann angenommen werden, daß, wenn der Druck zwischen den Kontakten, für den Fall, daß deren elastische Formänderung ihren Höchstwert erreicht hat, die Summe der von der Ausbiegung der beweglichen Kontaktfeder verursachten Kraft und des Kontaktdrucks zwischen den im Ruhezustand befindlichen Kontakten nicht überschreitet, die Kontakte den Ruhezustand ohne Unterbrechungen erreichen werden. Es hat jedoch nicht endgültig festgestellt werden können, inwieweit die Erfüllung dieser Bedingung notwendig oder ausreichend ist, um Kontaktschwingungen zu vermeiden. Die Bewegungen der Kontakte im Verhältnis zueinander werden selbstverständlich auch in hohem Grade abhängig von den Eigenschwingungsfrequenzen der Kontaktfedern und den Phasenwinkeln der Schwingungen sein, die während des Schließverlaufs entstehen. Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Eigenschwingungszahl der festen Kontaktfeder gleich oder etwas größer als die Eigenschwingungszahl der beweglichen Kontaktfeder ist, die Neigung für Kontaktschwingungen geringer wird.

Der bei erreichtem Ruhezustand zwischen den Kontakten vorhandene Kontaktdruck wird von den Abmessungen und dem Material der Kontaktfedern und der Kontakte sowie von der Vorspannung der Federn und dem Abstand zwischen deren Befestigungsstellen bestimmt. Diese Faktoren bestimmen auch die Bewegungen der Federn und Kontakte während des Schließvorgangs. Es ist somit offensichtlich, daß, wenn die Kontakteinrichtung so bemessen wird, daß der Kontaktdruck in einem bestimmten Verhältnis zur Masse der freien Teile der Kontaktfedern einschließlich der Kontakte steht, hierdurch auch die Bewegungen der Kontakte während des Schließ Vorgangs bestimmt werden, obwohl der Zusammenhang zwischen dem Schließvorgang und dem genannten Verhältnis zwischen dem Kontaktdruck und den Massen der Kontaktfedern äußerst kompliziert ist und schwer theoretisch exakt ermittelt werden kann. Es ist jedoch

ίο experimentell nachgewiesen worden, daß, wenn die Kontakteinrichtung in Übereinstimmung mit dem oben genannten Kennzeichen der Erfindung bemessen wird, diese von Kontaktschwingungen bei Schließvorgängen in hohem Grade frei ist.

Bei praktischen Ausführungsformen der Erfindung sind die Kontaktfedern sehr kurz und haben geringe Materialstärke. Sie sind dabei aus einem Material ausgeführt, das eine Vorspannung der Federn zuläßt, die bei den Kontakten einen Kontaktdruck erzeugt,

ao der mindestens das 50fache des Gewichts der Kontakte und der freien Länge der zugehörigen beweglichen Feder beträgt. Bei Kontakteinrichtungen dieser Art liegt die Gefahr vor, daß die Kontaktfedern einer Materialermüdung ausgesetzt werden. Es ist deshalb erforderlich, daß Federmaterial verwendet wird, welches verhältnismäßig hohe Biegungsbeanspruchungen zuläßt, z. B. Stahl oder Berylliumkupfer.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktfedern aus Berylliumkupfer, Stahl oder anderem Material mit hoher zulässiger Biegungsbeanspruchung und hoher Materialermüdungsfestigkeit ausgeführt. Die Federn haben eine freie Länge von 10 bis 25 mm und einen Durchmesser von 0,2 bis 0,6 mm in dem Fall, daß sie mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt sind, oder eine entsprechende Querschnittflache in dem weiteren Fall, daß sie mit rechtwinkligem Querschnitt ausgeführt sind. Der Kontaktdruck beträgt 10 bis 20 g. Es ist offenbar, daß eine auf diese Weise ausgeführte Kontakteinrichtung eine geringe Materialmenge und einen geringen Platzbedarf erfordert.

In der Zeichnung werden drei Ausführungsformen der Erfindung gezeigt, wobei angenommen ist, daß die Kontakteinrichtungen auf Relais angebracht sind.

In der Fig. 1 bezeichnet 1 den Magnetkreis eines Relais, während der Anker des Relais mit 2 bezeichnet ist. Der Anker ist in bezug auf seine Drehachse 40 vorzugsweise im Gleichgewicht.

Die Kontaktfedern des Relais nach Fig. 1 sind mit 3 bis 7 benannt, wobei die Federn 3_Λ 4 und 5 einen Wechselkontakt bilden, während die Federn 6 und 7 einen Arbeitskontakt bilden. Die Kontaktfedern 3 bis 7 können in Form von Drähten, z. B. nach Fig. 4 und 5 ausgeführt sein und sind in einem Halter 8 auf an und für sich bekannte Weise befestigt. Die beweglichen Kontaktfedern 3., 5 und 6 werden durch einen mit dem einen Ende des Ankers 2 verbundenen Arm 9 betätigt. Die Kontaktfedern 3 und 5 haben eine Vorspannung in Richtung zur Kontaktfeder 4. Auf gleiche Weise hat die Feder 6 eine gegen die Feder 7 gerichtete Vorspannung. Die Feder 10 strebt danach, den Arm 9 hochzuheben, so daß die Kontakte zwischen den Federn 3 und 4 sowie 6 und 7 bei Ruhestellung des Ankers geöffnet sind. Der Anker 2 hat einen Anschlag 11, der die maximale Schwenkung des Ankers bestimmt. Bei Erregung des Relais wird die Kraft der Federn 10 und 5 überwunden, so daß die Arbeitskontakte zwischen den Federn 3 und 4 sowie 6 und 7 geschlossen und die Kontakte zwischen den Federn 4 und 5 geöffnet werden. Die festen Kontaktfedern 4 und 7 sollen

steifer als die beweglichen Federn sein, was dadurch erreicht werden kann, daß entweder die festen Federn dementsprechend bemessen oder Stützorgane als Hilfsmittel verwendet werden.

Dadurch, daß der Betätigungsarm 9 am Anker 2 befestigt ist, wird die Vorspannung der Feder 10 nicht nur im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Kontaktbetätigung benutzt, sondern auch dafür, den Anker in Ruhestellung zu halten, für den Fall, daß dieser nicht ganz ausbalanciert ist und das Relais kräftigen Beschleunigungen oder Verzögerungen ausgesetzt wird, welche entstehen können, wenn das Relais in einem Fahrzeug oder in einem sich bewegenden Gegenstand eingebaut ist. Das dem Arm 9 entgegengesetzte Ende 41 des Ankers 2 ist für den Gewichtsausgleich des Armes 9 vorgesehen.

In den Fig. 2 und 3 werden Kontakteinrichtungen nach der Erfindung gezeigt, die auf ein Relais aufgebaut sind, bei dem die Kontaktfedern in einem Halter 12 nach Art eines Elektronenröhrensockels befestigt sind. Fig. 2 zeigt das Relais von vorn gesehen, und Fig. 3 zeigt das Relais im Längsschnitt A-A der Fig. 2, wobei nur die Teile des Relais gezeigt werden, die für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind. Die Befestigung der Kontaktfedern am Sockel 12 kann entweder dadurch geschehen, daß die Kontaktfedern selbst in den Sockel eingegossen oder in Löchern desselben eingepaßt oder an Stiften festgeschweißt oder -gelötet werden, die ihrerseits im Sockel 12 befestigt sind. Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Kontaktfedern 13 bis 24 bilden vier Wechselkontakte. Die beweglichen Federn erstrecken sich durch Schlitze einer Scheibe 25, die auf bekannte Weise durch Einwirkung des Relais gedreht wird. Das Relais nach '⁷ig. 2 und 3 ist auch mit einer oder mehreren nicht gezeigten Federn versehen, die in ihrer Wirkungsweise der Feder 10 in Fig. 1 entsprechen.

In Fig. 4 und 5 wird eine Kontakteinrichtung nach der Erfindung gezeigt, die mit Kontaktfedern aus Draht ausgeführt ist. Nur ein Wechselkontakt mit den Federn 26 bis 28 wird in diesen Figuren gezeigt. Der bewegliche Arm 9, der Halter 8 und die Feder 10 sind auf gleiche Weise ausgeführt wie die mit denselben Zahlen bezeichneten Einzelteile in Fig. 1.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind die Kontaktfedern aus in U-Form gebogenen Drähten hergestellt. Die auf diese Weise ausgeführten Kontaktfedern besitzen große Steifheit in einer zur Betätigungsrichtung der Federn senkrechten Richtung. Die festen Kontaktfedern haben zweckmäßig eine andere Breite wie die beweglichen. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform hat somit die feste, verhältnismäßig steife Feder 27 eine größere Breite als die beweglichen Federn 26 und 28. Die beweglichen Kontaktfedern haben weiter eine größere Länge als die feste Kontaktfeder. Hierdurch werden die Kontaktpunkte 29 und 30 zwischen den Federn 26 und 27 sowie entsprechende Kontaktpunkte zwischen den Federn 27 und 28 erhalten.

Ein zweckmäßiges Kontaktmaterial ist auf bekannte Weise an den Kontaktpunkten befestigt. Wahlweise kann man für die Kontaktfedern ein Material wählen, das sowohl als Federmaterial als auch als Kontaktmaterial geeignet ist, wodurch die Ausführung der Kontakteinrichtung besonders einfach wird, wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht. Eine Legierung, die sowohl als Federmaterial als auch als Kontaktmaterial geeignet ist, wird im schwedischen Patent 125 889 beschrieben und besteht aus mindestens 50% Silber oder einem anderen Edelmetall, mindestens 0,10 und höchstens 10% Beryllium, während der Rest aus Metallen besteht, die zu der I. und/oder VIII. Gruppe des Periodischen Systems gehören, z. B. Kupfer, Nickel, Kobalt und Eisen.

Die oben beschriebenen Kontaktfedern aus U-förmig gebogenen Drähten sind für eine Menge verschiedener

ίο Typen Relais und anderer Kontaktorgane besonders zweckmäßig. Die Befestigung der Drähte im Halter 8 kann zweckmäßig entweder durchPreßf ormung des Halters 8 oder Festklemmen zwischen Scheiben vorgenommen werden, die mit Nuten für die Drähte versehen sind. Die Drähte können weiterhin an ihren Enden mit Lötaugen ausgerüstet sein, um das Festlöten der Leitungsdrähte an den Kontaktdrähten zu erleichtern.

Claims

Patentansprüche-

1. Einrichtung an Federkontakten für indirekte Betätigung, deren Federn ein freies (Kontakt-) Ende und ein Befestigungsende aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern eine Vorspannung haben, die an den Kontaktbetätigungsstellen eine Kraft ergibt, welche mindestens das 50fache des Gewichts des freien Endes der Feder einschließlich der Kontakte beträgt.

2. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, vereinigt mit einer sogenannten Vorspannungsfeder (10¹ in Fig. 1) und einem Relais mit ausbalanciertem Anker, dadurch gekennzeichnet, daß ein für die Kontaktbetätigung vorgesehener beweglicher Arm derart am Anker befestigt und mit der genannten Vorspannfeder verbunden ist, daß diese Feder der Betätigung des Ankers bei Beschleunigungen und Verzögerungen in dem Fall entgegenwirkt, in welchem der Anker in bezug auf seine Drehachse nicht vollständig ausbalanciert ist.

3. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern aus in U-Form gebogenen Drähten bestehen und daß die beweglichen Kontaktfedern vorzugsweise eine andere Breite haben wie die festen Kontaktfedern.

4. Kontakteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontaktfedern eine andere Länge haben wie die festen Kontaktfedern.

5. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschwingungszahl der festen Kontaktfeder einschließlich der Kontakte gleich oder etwas größer als die Eigenschwingungszahl der bewegliehen Kontaktfeder einschließlich des Kontaktes: ist.

6. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Kontaktfedern vorzugsweise aus in U-Form gebogenen Drähten bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern aus einer Legierung ausgeführt sind, die mindestens aus 50% Silber oder einem anderen Edelmetall, mindestens 0,10 und höchstens 10% Beryllium und im Rest aus Metallen besteht, die zu der I. und'oder VIII. Gruppe des Periodischen Systems gehören.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen