Kontaktanordnung für elektrische Schalteinrichtungen Das Hauptpatent betrifft eine Kontakt anordnung für elektrische Schalteinrichtun gen, insbesondere für :elektromagnetisch be- tätigte.Schaltgleichrichter und dergleichen, bei der mindestens ein beweglicher Kontakt unter dem Einfluss einer Einschaltkraft gegen min destens einen feststehenden Kontakt bewegt wird und dabei einen .Stromkreis schliesst und bei der ein gedämpftes Federsystem zur Ver hinderung von Kontaktprellungen vorhanden ist.,
wobei zwischen der mittleren Federkon stante c und der Stossfunktion (p <I>(x)</I> des Federsystems, dessen wirksame Masse höch stens 1/5 der durch die Einschaltkraft be- wegten Massen beträgt, dem Beschleunigungs weg x des beweglichen Kontaktes und der auf den beweglichen Kontakt einwirkenden, senk recht zur Berührungsebene der Kontakte wir kenden Komponente b' der mittleren Ein schaltkraft die Beziehung gilt:
<I>c</I> # <B>99</B><I>(x)
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</I> In den verschiedenen Ausführungsbeispielen des Hauptpatentes sind Federsysteme be schrieben, bei denen entweder durch Reibung zwischen den Federblättern oder beim Ab wälzen nichtumkehrbare Verluste entstehen. Diese Anordnungen weisen gewisse Nachteile auf, da es einmal schwierig ist, die Reibung genügend gross und dabei doch konstant zu machen; zudem tritt, wie Versuche gezeigt haben, durch die Reibung eine gewisse, wenn auch sehr geringe, Abnützung auf.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun aiü eine besonders vorteilhafte Ausfüh rungsform, mit dem Zwecke, die vorgenann ten Nachteile zu vermeiden, indem erfindungs gemäss das Federsystem aus gummiartigem Material aufgebaut ist. Bekanntlich weisen die meisten Gummiarten, insbesondere die neue ren, auf der Siliziumbasis aufgebauten gummi artigen Werkstoffe, die sogenannten,Silicone, eine unter Umständen beträchtliche mecha nische Hysterese auf, das heisst die Kraft- Weg-Kennlinie schliesst bei einem vollen.
Kreis prozess eine gewisse Fläc e ein, die in direk tem Zusammenhang mit den bei der Zusam- menpressung und darauffolgenden Ent lastung auftretenden Verlusten steht, wo bei diese Hystereseverluste mit keiner lei Materialverschleiss verbunden sind, so fern für ausreichende Wärmeabfuhr ge sorgt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das spezifische :Gewicht gummi- artiger Massen nur wenig verschieden von 1, insbesondere beträchtlich kleiner als das von Metallen ist. Es lässt sieh daher die Bedingung; dass die wirksame Masse des Fe dersystems klein sein soll, besonders leicht erfüllen.
Im Prinzip ist es möglich, entweder die feststehenden oder die beweglichen Kontakte mit einem Federsystem aus gummiartigem Material auszurüsten; es können auch beide Kontakte ein derartiges Federsystem aufwei- sen.
Besonders vorteilhafte Verhältnisse er geben sich jedoch, wenn der bewegliche Kon takt, der an sich schon eine kleine Masse auf weisen soll, über ein Federsystem aus gummi- artigem Material mit dem ihn tragenden Be tätigungselement verblinden wird. Es können dann im allgemeinen die feststehenden Kon takte vollkommen starr ausgeführt werden, so fern dafür Sorge getragen wird, dass die Auf- treffgeschwindigkeit des beweglichen Kon taktes etwa 30 cm/s nicht überschreitet.
Will man höhere Auftreffgeschwindigkeiten ver wenden oder die Geräuschbildung noch weiter verringern, so kann es zweckmässig sein, die feststehenden Kontakte elastisch nachgiebig auszuführen, zum Beispiel in der Art, wie es im Hauptpatent an Hand der Fig.1, 2 und 4 beschrieben ist, wobei die Federanordnungen keine besonders grosse Reibung mehr aufwei sen müssen, da diese Aufgabe nun von dem gummiartigen Material übernommen wird.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei benspiels- weise Ausführungsformen der Erfindung dar gestellt, und zwar gilt die Anordnung nach Fig. l für einen mechanisch betätigten Kon takt, wie er beispielsweise bei Kontaktumfor mern Verwendung findet, während Fig. 2 ins besondere für elektromagnetische Gleichrich ter von Vorteil ist. In beiden Ausführungs formen ist der eingangs genannte Beschleuni gungsweg x gleich dem Schaltweg, den das bewegliche Kontaktstück aus der Ruhelage bis zu seiner Berührung mit den feststehenden Kontaktstücken zurücklegt.
In Fig. 1 bedeuten: 1 und 2- die festste henden, starr ausgeführten Kontakte, 3 die bewegliche Schaltbrücke, die über den Stössel 4, der beispielsweise durch einen nicht gezeichneten Exzenter angetrieben sein kann, betätigt wird; 5 das gummiartige Ma terial, das zwischen der Schaltbrücke 3 und dem 'Teller 6 liegt.
Es kann mit den 'Teilen 3 und i6 zusammenvulkanisiert sein. Für sili- conartiges Material sind Klebeverfahren be kannt, die ebenfalls eine sichere Verbindung mit Metallteilen gewährleisten. Mit 8 ist eine Druckfeder bezeichnet, womit die mittlere Einschaltkraft K gemäss der eingangs aufge- führten Formel erzeugt wird.
Zum Schutze der Kontaktanordnung dient ein zylindri sches Isoliergehäuse 0, das mit Hilfe der Schrauben 10 und 11 an den feststehenden Kontakten 1 und 2. befestigt ist und das einen einschraubbaren Deckel 12: aufweist, der die Vorspannung der Feder 8 einzustellen ge stattet.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bewegt sich die Betätigungsstange 4 nach unten, so- setzt sieh die .Schaltbrücke 3 auf die feststehenden Kontakte 1 und 2. Die gummiartige Masse 5 war bis zu diesem Augenblick entsprechend der Kraft der Fe der 8 vorgespannt. Da nun die Masse des Tellers 6 und die entsprechende Ersatzmasse der Feder 8 das Bestreben haben, sich in Einschaltrichtung weiter zu bewegen, wird die gummiartige Masse 5 noch mehr zusam mengedrückt. Dadurch steigt, dynamisch ge sehen, die Kraft K entsprechend an und ein Abheben der Schaltbrücke 3 wird praktisch vermieden.
Würde nun aber die gummiar tige Masse 5 vollkommen dämpfungsfrei ar beiten, so könnte bei der Umkehrbewegung, die die Masse des Tellers. 6 bei der Schwin- gLing ausführt, trotzdem eine Kontaktabhe bung zustande kommen. Dies wird nun gemäss dem Zweck der Erfindung durch die innere Dämpfung der Gummimasse 5 verhindert. Zudem wird durch den zwischengeschalteten CTilmmikörper 5 der Schlag und damit der Abrieb beim Auftreffen der Schaltbrücke 3 auf die feststehenden Kontakte 1 und 2 sehr stark gemildert.
Bei genügend -exakter Füh- rung der Schaltbrücke 3, durch die eine Bewe gung quer zur ;Schaltrichtung verhindert wird, kann daher der Abrieb praktisch voll kommen vermieden werden. Ein weiterer Vor teil der Anordnung besteht darin, dass die Geräuschbildung wesentlich geringer ist.
In Fig. 2, die eine Kontaktanordnung für elektromagnetischeGleichrichter zeigt, bedeu ten: 20 und 2@1 die starr ausgebildeten Strom zuführungen, 22 und 23 die Pole des Betäti- gungsmagnetsystems, 24 und 25 elastisch nach giebige Kontakte, die sich an ihren vordern Enden auf die mit den Kontakten 24, 2,5 und den :Stromzuführungen 20, 21 verbundenen gummiartigen:
Polster 26 und<B>27</B> abstützen, '.38 die elektrisch gutleitende Strombrücke, die mit dem Magnetanker 29 fest verbunden ist, der seinerseits an der Blattfeder 30 befestigt ist. Diese ist über Isolierstücke 31, 32 mit Hilfe der 'Schrauben 33, 34 an den starren Zuführungen 20, 21 befestigt.
Die Wirkungsweise der Anordnung ' ist folgende: Beim Auftreffen der .Strombrücke 2 & auf -die Kontakte 24, 25 werden diese etwas nach unten durchgedrückt, wobei die Gummipolster <B>26,27</B> entsprechend zusammen gepresst werden.
Genügen nun die Feder systeme 24, 26 und 25, 27 der im Haupt patent angeführten Bedingung, so kann, wie Versuche gezeigt haben, prellfrei eingeschal tet werden. Durch die elastische Nachgiebig keit der Kontakte 24, 25. wird zudem die Materialbeanspruchung in der Kontaktfläche wesentlich verringert, so dass auch kein merk barer mechanischer Kontaktverschleiss auf tritt. Da die magnetische Zugkraft bei der Annäherung des Ankers an die Polschuhe 22, 23 zunimmt, wächst auch die Kraft K, was sich wiederum günstig in bezug auf prell- freies Schalten auswirkt.
Auch wird durch die nie vermeidbaren Wirbelstromverluste noch eine zusätzliche Dämpfung und damit eine Vergrösserung von (p <I>(x)</I> bewirkt.
Neben den gezeigten Beispielen lassen sich selbstverständlich noch eine Reihe weiterer Kombinationen. von elastisch gedämpften Federsystemen angeben. So ist es zum Bei spiel bei der Ausführung nach Fig.2 ohne Schwierigkeiten möglich, auch noch die Schalt brücke 28 über gummiartiges Material mit dem Magnetanker 29 zu verbinden.
Da im allgemeinen .Silberkontakte bevorzugt werden, muss darauf geachtet werden, dass die gummi- artige Masse schwefelfrei ist, da andernfalls eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes ent stehen kann.
Contact arrangement for electrical switching devices The main patent relates to a contact arrangement for electrical switching devices, in particular for: electromagnetically actuated switching rectifiers and the like, in which at least one movable contact is moved under the influence of a switching force against at least one stationary contact and thereby one. Circuit closes and in which there is a damped spring system to prevent contact bouncing.,
where between the mean spring constant c and the impact function (p <I> (x) </I> of the spring system, the effective mass of which is at most 1/5 of the masses moved by the switching force, the acceleration path x of the movable contact and the component b 'of the average closing force acting on the moving contact and acting perpendicular to the plane of contact of the contacts, the relationship applies:
<I> c </I> # <B>99</B> <I> (x)
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</I> In the various exemplary embodiments of the main patent, spring systems are described in which irreversible losses arise either through friction between the spring leaves or when rolling. These arrangements have certain disadvantages, since it is difficult to make the friction sufficiently large and yet constant; In addition, as tests have shown, a certain, albeit very slight, wear occurs due to the friction.
The present invention relates to a particularly advantageous Ausfüh approximately form, with the purpose of avoiding the aforementioned disadvantages by fiction according to the spring system is constructed from rubber-like material. As is known, most types of rubber, especially the new, silicon-based rubber-like materials, the so-called silicones, have a mechanical hysteresis that may be considerable, which means that the force-displacement curve closes at a full.
The circular process includes a certain area that is directly related to the losses that occur during compression and subsequent relief, where these hysteresis losses are not associated with any material wear, provided that adequate heat dissipation is ensured.
Another advantage is that the specific weight of rubber-like masses is only slightly different from 1, in particular considerably smaller than that of metals. It therefore lets see the condition; that the effective mass of the spring system should be small, meet particularly easily.
In principle it is possible to equip either the fixed or the movable contacts with a spring system made of rubber-like material; Both contacts can also have such a spring system.
However, there are particularly advantageous conditions when the movable contact, which in itself is supposed to have a small mass, is blinded to the actuating element carrying it via a spring system made of rubber-like material. In general, the fixed contacts can then be designed to be completely rigid, provided that care is taken that the impact speed of the movable contact does not exceed about 30 cm / s.
If you want to use higher impact speeds or reduce the noise even further, it may be useful to make the fixed contacts resilient, for example in the way described in the main patent with reference to FIGS. 1, 2 and 4, wherein the spring assemblies no longer have to have a particularly high level of friction, since this task is now taken over by the rubber-like material.
In FIGS. 1 and 2, two exemplary embodiments of the invention are shown, namely the arrangement according to FIG. 1 applies to a mechanically actuated contact, as is used, for example, in contact converters, while FIG. 2 in particular applies to electromagnetic rectifier ter is advantageous. In both execution forms, the aforementioned acceleration path x is equal to the switching path that the movable contact piece covers from the rest position until it touches the stationary contact pieces.
In Fig. 1: 1 and 2- the fixed existing, rigidly designed contacts, 3 the movable switching bridge, which is operated via the plunger 4, which can be driven, for example, by an eccentric (not shown); 5 the rubber-like material that lies between the switching bridge 3 and the plate 6.
It can be vulcanized together with parts 3 and 6. Adhesive processes are known for silicone-like material which also ensure a secure connection with metal parts. A compression spring is denoted by 8, with which the mean switch-on force K is generated according to the formula given at the beginning.
To protect the contact arrangement, a cylindri cal insulating housing 0 is used, which is attached to the fixed contacts 1 and 2 with the help of screws 10 and 11 and which has a screw-in cover 12: which allows the bias of the spring 8 to be adjusted.
The mode of operation of the arrangement is as follows: If the actuating rod 4 moves downwards, see the .Schaltbrücke 3 on the fixed contacts 1 and 2. The rubber-like mass 5 was pretensioned according to the force of the Fe of 8 up to this moment. Since now the mass of the plate 6 and the corresponding equivalent mass of the spring 8 strive to move further in the switching direction, the rubber-like mass 5 is pressed together even more. As a result, see dynamically ge, the force K increases accordingly and lifting of the switching bridge 3 is practically avoided.
But if the gummiar term mass 5 would work completely without damping, so could the reverse movement that the mass of the plate. 6 at the SchwingLing executes, a contact removal can still be made. According to the purpose of the invention, this is now prevented by the internal damping of the rubber compound 5. In addition, the impact and thus the abrasion when the switching bridge 3 hits the stationary contacts 1 and 2 is very much reduced by the interposed C film body 5.
With sufficient exact guidance of the switching bridge 3, by which a movement transversely to the switching direction is prevented, the abrasion can be practically completely avoided. Another advantage of the arrangement is that there is much less noise.
In Fig. 2, which shows a contact arrangement for electromagnetic rectifiers, 20 and 2 @ 1 denote the rigidly designed power supplies, 22 and 23 the poles of the actuating magnet system, 24 and 25 resilient contacts which are at their front ends to the rubber-like connected to the contacts 24, 2,5 and the: power supply lines 20, 21:
Support pad 26 and <B> 27 </B>, '.38 the electrically good conductive current bridge, which is firmly connected to the magnet armature 29, which in turn is attached to the leaf spring 30. This is attached to the rigid feeds 20, 21 via insulating pieces 31, 32 with the aid of the screws 33, 34.
The mode of operation of the arrangement is as follows: when the current bridge 2 & contacts the contacts 24, 25, these are pressed down somewhat, the rubber cushions 26, 27 being correspondingly pressed together.
Now, if the spring systems 24, 26 and 25, 27 satisfy the condition stated in the main patent, then, as tests have shown, bounce-free can be switched on. The elastic resilience of the contacts 24, 25 also significantly reduces the stress on the material in the contact surface, so that no noticeable mechanical contact wear occurs. Since the magnetic tensile force increases as the armature approaches the pole shoes 22, 23, the force K also increases, which in turn has a favorable effect with regard to bounce-free switching.
The eddy current losses, which cannot be avoided, also result in additional damping and thus an increase in (p <I> (x) </I>.
In addition to the examples shown, a number of other combinations can of course be made. of elastically damped spring systems. For example, in the embodiment according to FIG. 2, it is possible without difficulty to connect the switching bridge 28 to the armature 29 via rubber-like material.
Since silver contacts are generally preferred, it must be ensured that the rubber-like compound is sulfur-free, otherwise the contact resistance can increase.