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Prellfreie Kontaktanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine prellfreie Kontaktanordnung, insbesondere für Relais hoher Schaltgeschwindigkeit, bestehend aus einem beweglichen Kontaktelement und mindestens einem ruhenden Kontaktelement.
Es ist bekannt, zur Verhinderung von an den Anschlagstellen bei Kontaktanordnungen auftretenden Prellungen Reibfedersysteme vorzusehen, um die beim Auftreffen der Kontaktelemente freiwerdende und zu Kontaktschwingungen führende kinetische Energie durch Reibung in Wärme umzusetzen. Mechanische Reibfedersysteme haben jedoch den Nachteil, dass die Reibungsverhältnisse der Kontaktanordnung betriebsmässig, insbesondere durch Verschleiss der Reibfederteile, Veränderungen unterworfen sind.
Durch das dauernde Gleiten der aufeinander reibenden Flächen entsteht ein feiner metallischer Abrieb, welcher sich auf den Gleitflächen und den umgebenden Teilen niederschlägt. Ausserdem bilden sich auf den Reibflächen bei bekannten Kontaktanordnungen Riefen und Erhebungen, die sich miteinander verhaken können, so dass manchmal erst eine erhebliche Reibungsarbeit aufzuwenden ist, um ein Gleiten der Reibflächen überhaupt zu ermöglichen. Der mechanische Abrieb der Reibflächen wird noch dadurch begünstigt, dass die Reibflächen unter dem Einfluss der Reibungswärme oxydieren. Diese bekannten Erscheinungen führen dazu, dass mechanische Reibfedersysteme durch Verschleiss so grossen Ver- änderungen unterworfen sind, dass eine prellfreie Kontaktgabe über längere Zeit nicht immer gewährleistet ist.
Man hat zwar bereits versucht, dadurch weitgehend gleichbleibende Reibungsverhältnisse bei Kontaktanordnungen zu schaffen, dass die gegeneinander reibenden Flächen mit einer zähen Flüssigkeit oder mit einer Paste versehen wurden, wodurch konstantere Reibungswerte entstehen. So wurden mit Vorzug solche Pasten verwendet, die eine vaselinartige Beschaffenheit aufweisen. Eine Dämpfung entsteht dabei dadurch, dass innere Reibungskräfte in dem dünnen, auf den gegeneinander sich verschiebenden Flächen befindlichen Pastenfilm eintreten und ausserdem Scherkräfte wirksam sind, die beim Abreissen der in Vertiefungen befindlichen Pastenmasse auftreten.
Trotz dieser Massnahmen lässt sich auch hiebei nicht völlig vermeiden, dass sich ein metallischer Abrieb bildet, der die Eigenschaften des Gleitmittels verändert, wodurch die die Prellungen verhindernde Wirkung zeitlich begrenzt ist.
Bei bekannten Kontaktanordnungen, wie sie beispielsweise bei polarisierten Relais mit einem beweglichen Kontaktelement und zwei ruhenden Kontaktelementen der Fall ist, ist das Reibfedersystem
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Bei Relais, die einer besonders hohen Schaltgeschwindigkeit genügen sollen, muss jedoch angestrebt werden, dass die Ankermasse möglichst klein ist. Es ist daher schon versucht worden, die ruhenden Kontaktelemente, die in Verbindung mit dem beweglichen Kontaktelement eine elektrische Umschaltvorrichtung bilden, mit entsprechenden Reibfedersystemen zu versehen. Dabei ergeben sich jedoch wieder andere Nachteile, die vor allem dadurch in Erscheinung treten, dass an den beiden ruhenden Kon-
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taktelementen verschiedene Reibwerte wirksam sind und sich dadurch verschiedene Hubzeiten ergeben.
Werden derartige gepolte Relais für Telegraphiezwecke benutzt, so entstehen zwischen der Zeichen-und Trennseite Unsymmetrien, die sich durch eine Veränderung der Ansprecherregung bzw. eine Verzerrung der übertragenen Signale bemerkbar machen.
Die geschilderten Nachteile werden bei einer Kontaktanordnung der eingangs näher bezeichneten Art dadurch vermieden, dass zur Vernichtung der Aufschlagsenergie das ruhende Kontaktelement auf einer dünnen Kontaktfeder angebracht ist, hinter der, einen Hohlraum mit dieser Kontaktfeder einschliessend, eine steife Kontaktfeder angeordnet ist, und der Hohlraum zwischen beiden Federn mit Luft oder Flüssigkeit gefüllt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass sich in dem Hohlraum zwischen den Federn ein synthetisches Gleitmittel, vorzugsweise ein unter dem Handelsnamen "Synt-A - Lubew bekanntes Gleitmittel in Form einer Flüssigkeitsschicht befindet. Während hiebei durch die Kontaktbewegung die zwischen den Federn eingebrachte Flüssigkeitsschicht durch ihre Verdrängung dämpfend wirkt, kann auch bereits eine verdrängte Luftschicht eine Dämpfung hervorrufen.
Bei Verwendung einer Flüssigkeitsdämpfung werden die kleinen Schwingungsamplituden der Kontaktfeder in grosse Amplituden einer Flüssigkeitssäule übersetzt, wobei die sich dadurch ergebende Verschiebung der Flüssigkeitsteilchen auf die bewegten Teile der Kontaktanordnung einen Prellungen verhindernden Einfluss ausübt. Das Einbringen einer derartigen Flüssigkeitsschicht in den Hohlraum zwischen der Kontaktfeder und der Stützfeder erfolgt in der Praxis durch Abstreifen eines Flüssigkeitstrop- fens, welcher sich dann durch Kapillarwirkung zwischen den Federn verteilt. Damit bei der Verschiebung der Flüssigkeitsteilchen keine Flüssigkeit an den Seiten der Federn austritt und damit verloren geht, weist zweckmässigerweise die Stützfeder in ihrer Längsausdehnung abgeschrägte Kanten auf.
Im übrigen wird eine seitlich etwas ausweichende Flüssigkeit nach dem Ansprechen der Flüssigkeitsdämpfung durch Adhäsion stets wieder zwischen die Federn zurückgeführt.
Auf welche Weise zwischen der Kontaktfeder und der Stützfeder ein Hohlraum erzeugt wird, kann konstruktiv verschieden gelöst sein. Im einfachsten Fall besitzt die Kontaktfeder eine plane Fläche und ist an einer gekröpften Stützfeder befestigt. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Stützfeder eine plane Fläche besitzt und die an ihr befestigte Kontaktfeder gewölbt ist. In beiden Fällen liegt das freie Ende der Kontaktfeder am oberen Ende der Stützfeder an.
Da es schwierig ist, im letztgenannten Fall die geringe Wölbung der Kontaktfeder mit der erforderlichen Gleichmässigkeit herzustellen, kann man das obere Ende der Kontaktfeder als abgebogenes Winkelstück ausbilden, das durch eine im oberen Teil der Stützfeder verankerte Schraube hinsichtlich
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heit, entsprechend den Betriebsverhältnissen, eingestellt werden. Im übrigen ist die Ruhestellung der Stützfeder und damit des ruhenden Kontaktelements durch eine in einem Trägerstück befindliche Einstellschraube veränderbar, ohne dass dadurch die eingestellte Kontaktfederwölbung verändert wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen.
Es zeigen : Fig. 1 die Kontaktanordnung nach der Erfindung in vergrösserter Darstellung, Fig. 2 eine Variante der Fig. 1, wobei eine Stützfeder mit planer Fläche einer leicht gewölbten Kontaktfeder zugeordnet ist und Fig. 3 eine mit der Anordnung nach Fig. 2 vergleichbare Lösung, jedoch mit einstellbarer Wölbung der Kontaktfeder.
Die in Fig. 1 gezeigte Kontaktanordnung ist speziell zur Anwendung einer Flüssigkeitsdämpfung geeignet und zum besseren Erkennen der Einzelheiten im Vergleich zu den in Wirklichkeit gleichgro- ssen Kontaktanordnungen nach den Fig. 2 und 3 vergrössert dargestellt. Diese Kontaktanordnung besteht aus einer verhältnismässig dünnen geraden Kontaktfeder 4, welche ein aufgelötetes oder aufgeschweisstes Kontaktelement 3 trägt. Am unteren Ende der Kontaktfeder 4 ist diese am Punkt x an einer relativ steifen Stützfeder 5 angeschweisst, an welcher sie mit ihrem oberen Ende 4a anliegt. Die. ; Stützfeder 5 ist etwas über der Schweissstelle x gekröpft, so dass sich zwischen dieser und der Kontaktfeder 4 ein enger keilförmiger Spalt ergibt.
Zur Erzielung einer ausreichenden Dämpfungsfläche ist die Breite der beiden Federn verhältnismässig gross gewählt und es lässt sich daher durch entsprechende Dimensionierung dieser Flächen die Dämpfungswirkung festlegen. Bei der Kontaktbetätigung wird durch die zwischen die Kontaktfeder 4 und die Stützfeder 5 eingebrachte Flüssigkeitsschicht 6 infolge der Verdrängung und der dadurch entstehenden inneren Reibung eine Dämpfung der bewegten Teile der Kontaktanordnung erzielt.
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Die Flüssigkeitssäule zwischen den Federn, die sich im wesentlichen am oberen Ende der beiden Federn befindet, beträgt etwa 60-7o der gesamten Kontaktfederlänge. Beim Auftreffen des beispielsweise von einem nicht dargestellten Anker in Pfeilrichtung gesteuerten beweglichen Kontaktelements 2 auf das ruhende Kontaktelement 3 werden die kleinen Schwingungsamplituden der Kontaktfeder 4 in grosse Amplituden der Flüssigkeitsschicht 6 übersetzt und auf diese Weise die Prellschwingungen dampfende Verschiebungen derFlüssigkeitsteilchen hervorgerufen. Damit bei diesem Vorgang keine Flüssigkeit an den Seiten der Federn austritt. sind die Kanten der Stützfeder 5 in ihrer Längsausdehnung mit Abschrägungen 5a versehen.
Die Ruhestellung der Stützfeder 5 und damit des ruhenden Kontaktelements 3 ist durch eine Schraube 8, die sich in einem Träger 7 befindet, einstellbar.
In Fig. 2 ist ebenfalls eine Kontaktanordnung dieser Art gezeigt, die sich vor allem für die Anwendung einer Luftdämpfung eignet. An der geraden Stützfeder 5 ist hier eine leicht gewölbte dünne Kontaktfeder 4 geschweisst, die ebenfalls mit ihrem oberen Ende an der durch die Schraube 8 in ihrer Stellung eingestellten Stützfeder 5 anliegt. Da es fertigungsmässig schwierig ist, eine bestimmte Wölbung gleichmässig herzustellen, wird vielfach eine Einstellvorrichtung für die Kontaktfeder 4 verwendet, wie sie inFig. 3 gezeigt ist.
Hinsichtlich der Wölbung der Kontaktfeder 4 besteht hiebei mit der Lösung nach Fig. 2 im wesentlichen Übereinstimmung, jedoch ist in diesem Fall die Wölbung der Kontaktfeder 4 durch eine Einstellschraube 5b veränderlich. Die Stützfeder 5 ist nämlich hier am oberen Ende auf etwa die Hälfte ihrer Breite verschmälert und zweimal abgewinkelt. Die an der Stützfeder 5 anliegende Kontaktfeder 4 besitzt an ihrem oberen Ende eine rechteckige Ausnehmung, durch welche der schmale Stützfederteil hinausragt. An dieser Stelle ist die Kontaktfeder 4 über die schulterförmigen Absätze der Stützfeder 5 rechtwinkelig abgebogen. Durch die Schraube 5b im abgewinkelten Teil der Stützfeder 5, die gegen das abgewinkelte Ende 4a der Kontaktfeder 4 drückt, kann die Wölbung der Kontaktfeder 4 innerhalb eines grösseren Bereichs eingestellt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, die Kontaktanordnung an bestimmte Betriebsverhältnisse anzupassen bzw. die Prellfreiheit der Kontaktanordnung auf optimale Werte zu bringen.
Statt einer Luftdämpfung kann auch bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen eine Flüssigkeitsdämpfung in der in Fig. l gezeigten Weise angewendet werden. Im übrigen ist die erfin- dungsgemässe Kontaktanordnung mit Flüssigkeits- bzw. Luftdämpfung nicht auf die Anwendung bei Relais beschränkt. Derartige Kontaktanordnungen können nämlich mit Erfolg, wenn es auf ein besonders prellfreies Betriebsverhalten ankommt, in gleicher Weise für Schaltsysteme verwendet werden, die mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder magnetisch steuerbar sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Prellfreie Kontaktanordnung, insbesondere für Relais hoher Schaltgeschwindigkeit, bestehend aus einem beweglichen Kontaktelement und mindestens einem ruhenden Kontaktelement, dadurch gekennzeichnet, dass das ruhende Kontaktelement (3) auf einer dünnen Kontaktfeder (4) angebracht ist, hinter der, einen Hohlraum (6) mit dieser Kontaktfeder (4) einschliessend, eine steife Kontaktfeder (5) angeordnet ist, und der Hohlraum (6) zwischen den beiden Federn (4,5) mit Luft oder Flüssigkeit gefüllt ist.
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