Kontakteinrichtung mit Schwingzunge Die Erfindung betrifft eine Kontakteinrichtung mit wenigstens einer Schwingzunge, welche einseitig in eine Haltevorrichtung eingespannt ist und die an ihrem freien Ende eine Schwingmasse trägt. Ein z.B. mit der Schwing zunge verbundenes Kontaktelement berührt bei jeder Ausschwingung der Schwingzunge ein gegenüber dem Kontaktelement angeordnetes Kontaktstück und stellt dadurch einen elektrischen Kontakt her. Kontakteinrich tungen dieser Art sind als Resonanzrelais, Schwingzun- genunterbrecher usw. bekannt und finden mannigfache Anwendungen.
Für gewisse Anwendungsfälle solcher Relais ist es wünschenswert, dass die Zeitdauer, während welcher der elektrische Kontakt geschlossen ist, länger bemessen ist als die Zeitdauer seines bei erregtem Relais geöffneten Zustandes. Diese Forderung ist nicht einfach zu erfüllen, wenn eine einwandfreie und genau definierte Lage der Schaltpunkte in bezug auf eine Referenzgrösse verlangt wird. Als Referenzgrösse dient in der Regel die Frequenz einer Wechselspannung, mit welcher ein Elek tromagnet erregt wird, dessen Wechselfeld die Schwing zunge zu stationären Schwingungen anregt.
Bei einer Kontakteinrichtung mit wenigstens einer einseitig eingespannten Schwingzunge, die an ihrem der Einspannstelle gegenüberliegenden Ende eine im Kraft feld eines Elektromagneten angeordnete, permanent ma gnetisierte Schwingmasse aufweist und die nahe der Einspannstelle ein Kontaktelement trägt, das einem mit einer Haltevorrichtung für die Schwingzunge starr ver bundenen Kontaktstück gegenüberliegt, ist die gestellte Aufgabe gemäss der Erfingung dadurch gelöst, dass in einem gemeinsamen Tragrahmen gegenüber einem einzi gen Elektromagneten zwei Schwingzungen parallel ne beneinander angeordnet und ihre Kontakte elektrisch parallel verbunden sind.
Ein Ausführungsbeispiel der hier definierten Einrich tung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrie ben.
Es zeigen: Fig. 1 ein Raumbild der Kontakteinrichtung und Fig. 2 ein Diagramm. In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Tragrahmen, der aus Blech oder Kunststoff als einheitlicher Formkörper gebil det ist. Vorzugsweise besteht der Tragrahmen 1 aus ferromagnetischem Werkstoff; einem allenfalls verwen deten Kunststoff kann also beispielsweise weichmagneti scher Pulverwerkstoff beigemengt sein. Ein Teil des Tragrahmens 1 besteht dabei aus möglichst verlustarmem ferromagnetischem Werkstoff und bildet einen Kern 2 eines Elektromagneten 3.
Am Tragrahmen 1 sind über Isolierplatten 4, 5 und 6 zwei Schwingzungen 7 und 8 aus federelastischem Werk stoff befestigt, die an ihrem freien Ende je eine Schwing masse 9 und 10 und nahe der Einspannstelle, das bei den Isolierplatten 4 und 5, je ein Kontaktelement 11 und 12 tragen, deren eines, 12, in der Zeichnung verdeckt ist. Den Kontaktelementen 11 und 12 liegen im Abstand von einigen Zehntel Millimetern, z.B. von 0,2 bis 0,3 mm, Kontaktstücke 13 und 14 gegenüber, welche auf einer zwischen den Isolierplatten 5 und 6 eingespannten elek trisch leitenden Kontaktplatte 15 befestigt sind; die Bemessungsangabe für den Kontaktabstand bezieht sich auf den Ruhezustand der Schwingzungen (7, 8).
Die beiden Schwingzungen 7 und 8 weisen an ihrem zwischen den Isolierplatten 4 und 5 eingespannten Ende eine elektrisch leitende Verbindung auf. Vorzugsweise sind beide Schwingzungen aus einem einheitlichen Stück federelastischen, elektrisch leitenden Werkstoffes gebil det, wobei der Werkstoff an der Einspannstelle zusam menhängt. Ebenfalls leitend verbunden mit beiden Schwingzungen 7 und 8 ist eine Anschlussfahne 16, die als Stromzuführung für die beiden Kontaktelemente 11 und 12 dient. Ebenso weist die Kontaktplatte 15 eine Anschlussfahne 17 auf. Zwei Schrauben 18 und 19 oder ähnliche Befestigungselemente dienen dem Zusammen halt der zuletzt beschriebenen Teile.
Die Schwingmassen 9 und 10 sind permanent magne tisch polarisiert und bestehen vorzugsweise aus kunst- harzgebundenem Pulvermagnetwerkstoff oder aus Ma gnetkeramik. Um die gegenseitige Beeinflussung der magnetisch polarisierten Schwingmassen 9 und 10 weitge hend auszuschalten, ist zwischen den beiden Schwing massen 9 und 10 ein Schirmblech 20 angeordnet, das beispielsweise am Spulenkörper des Elektromagneten 3 befestigt sein kann.
Anstatt die beiden Schwingmassen 9 und 10 als Dauermagnete auszubilden, ist es auch möglich, zu beiden Seiten des Schwingzungenpaares 7, 8 je einen Dauermagneten 21 und 22 am Tragrahmen 1 oder am Spulenkörper des Elektromagneten 3 zu befestigen, allen falls mittels einer bekannten Klebeverbindung. Bei geeig neter Ausbildung des Spulenkörpers des Elektromagne ten 3 und/oder des Tragrahmens 1 können diese Dauer magnete 21 und 22 ohne Anwendung zusätzlicher Befe stigungsmittel in Aussparungen oder dergleichen im Tragrahmen 1 oder zwischen Tragrahmen 1 und Spulen körper gehalten werden. Die Schwingmassen 9 und 10 bestehen dann aus weichmagnetischem Werkstoff und werden durch die Flüsse der Dauermagnete 21 und 22 polarisiert.
Infolge der hierbei herrschenden Feldgeome trie ist die gegenseitige Beieinflussung der beiden bei spielsweise entgegengesetzt polarisierten Schwingmassen 9, 10 nicht erheblich, so dass das Schirmblech 20 entfallen kann. Aus der konstruktiven Gestaltung der Schwingzungen 7, 8 und der Kontaktplatte 15 innerhalb der Einspannstelle ergibt sich eine elektrische Parallelver bindung der aus den Kontaktelementen 11 und 12 mit den ihnen gegenüberliegenden Kontaktstücken 13 und 14 gebildeten Tastkontakte 23 und 24.
Wird der Tragrahmen aus ferromagnetischem Werk stoff hergestellt, so dient er auch als magnetische Ab schirmung des Schwingsystems gegen Fremdfeldeinflüsse. Um das Anschwingen zu erleichtern, sind die Schwing zungen 7, 8 bzw. die Schwingmassen 9, 10 gegenüber dem Kern 2 des Elektromagneten 3 in Schwingungsrichtung leicht versetzt angeordnet.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kontaktein richtung dient das Diagramm der Fig. 2. Der dargestellte Kurvenzug zeigt den zeitlichen Verlauf der als Speise spannung für den Elektromagneten 3 (Fig. 1) dienende Wechselspannung, die in der Regel einem Wechselspan nungsnetz mit einer Netzfrequenz von z.B. 50 Hz ent nommen wird.
Durch geeignete, an sich bekannte Ab stimmung der Schwingzungen 7 und 8 auf die Erregerfre quenz und deren Phasenlage derart, dass das Schliessen und öffnen eines Tastkontaktes 23; 24 jeweils bei zwei aufeinanderfolgenden Maxima der Erregerwechselspan nung erfolgt, lässt sich beispielsweise eine Kontakt schliessungsdauer einstellen, die gerade der Dauer einer Periode der Erregerwechselspannung entspricht. Wegen des sehr geringen Kontaktabstandes ist der Tastkontakt 23 bzw. 24 annähernd während der Dauer einer Halbpe riode einer Schwingung der zugehörigen Schwingzunge geschlossen und während der anderen Halbperiode geöff net.
Beispielsweise wird der von der Schwingzunge 7 betätigte Tastkontakt 23 beim Spannungsmaximum 25 (Fig.2) schliessen und beim Spannungsmaximum 26 wieder öffnen. Dieses Kontaktspiel wiederholt sich bei den Spannungsmaxima positiver Zählrichtung 27 und 28 sowie 29 und 30 und so fort. Ist die Schwingmasse 10 beispielsweise entgegengesetzt magnetisch polarisiert wie die Schwingmasse 9, so schwingen beide Schwingzungen 7 und 8 mit einem Phasenunterschied, welcher der Dauer einer halben Periode der Erregerwechselspannung ent spricht.
Die Schaltpunkte des von der Schwingzunge 8 gesteuerten Tastkontaktes 24 liegen mithin bei den Spannungsmaxima negativer Zählrichtung, die in der Fig.2 mit 31 bis 35 bezeichnet sind. Die schraffierten Felder in der Fig. 2 deuten die Zeitdauer an, während welcher die Tastkontakte 23 und 24 geschlossen sind, und zwar gehören die Felder auf der positiven Diagrammhälf- te beispielsweise zum Tastkontakt 23, die Felder im negativen Bereich zum Tastkontakt 24.
Durch die elektrische Parallelverbindung der Tast- kontakte 23 und 24 ergibt sich nun ein Kontaktschluss vom positiven Spannungsmaximum 25 bis zum negativen Spannungsmaximum 32. Damit entspricht die Zeitdauer, während welcher die Anschlussfahnen 16 und 17 durch mindestens einen der Tastkontakte 23 und 24 leitend verbunden sind, der Zeitdauer von eineinhalb Perioden der Erregerwechselspannung, während die Kontaktunter brechung bei erregtem Elektromagneten 3 nur eine halbe Periodendauer der Erregerwechselspannung beträgt.
Das Verhältnis der Kontaktdauer zur Kontaktpause erreicht hier also einen Wert von 3 : 1, wenn die Eigenschwin gungszahl der beiden Schwingzunge 7 und 8 halb so gross ist wie die Frequenz der Erregerwechselspannung, im vorliegenden Beispiel also 25 Hz.
Bei einer Abstimmung der Schwingzungen 7 und 8 auf eine Eigenschwingungszahl, die ein Drittel der Fre quenz der Erregerwechselspannung beträgt, also bei spielsweise auf 16 3/3 Hz, lässt sich die gewünschte Verlängerung der Kontaktdauer erzielen, wenn die bei den Schwingmassen 9 und 10 gleichgerichtet magnetisch polarisiert werden. In diesem Fall ist das Schirmblech 20 nicht vorzusehen. Wegen der abstossenden Wirkung der beiden gleichpolarisierten Schwingmassen 9 und 10 schwingen die beiden Schwingzungen 7 und 8 nicht in Phase.
Infolge des Phasenunterschiedes der Schwingun gen der Schwingzungen 7 und 8 schliessen sich die Tastkontakte 23 und 24 mit einem zeitlichen Abstand von einer Periodendauer der Erregerwechselspannung, und jeder der beiden Tastkontakte 23 und 24 bleibt für die Dauer von eineinhalb Perioden der Erregerwechsel spannung geschlossen. Mithin ist während einer Zeitdau er, die zweieinhalb Perioden der Erregerwechselspannung entspricht, mindestens einer der Tastkontakte 23 und 24 geschlossen, beispielsweise also für 50 Millisekunden, während nur innerhalb einer Halbperiode der Erreger wechselspannung beide Tastkontakte gleichzeitig geöffnet sind.
Das Verhältnis der Kontaktdauer zur Kontaktpause beträgt bei diesem Beispiel also 5 : 1.
Bei beiden besprochenen Beispielen ist es ohne Be lang, ob der Schaltzyklus des einen der beiden Tastkon- takte 23, 24 dem Schaltzyklus des anderen Tastkontaktes vor- oder nacheilt; dies bleibt dem Zufall überlassen, so dass statistisch jede der beiden Tastkontakte 22 und 24 fünfzig Prozent der Ein- und Ausschaltvorgänge über nimmt, wodurch eine gleichmässige Kontaktbelastung und -abnützung sichergestellt ist.
Die Vorteile der beschriebenen Kontakteinrichtung kommen besonders zur Geltung bei deren Verwendung als Tastschalter zum periodischen Anschalten eines elek trischen Schwingungskreises an ein Wechselstrom-Ener- gieverteilungsnetz zum Zwecke der Erzeugung von Ton frequenzsignalen, die in bekannten Fernwirkeinrichtun- gen als Steuersignale benützt werden. Bei dieser Anwen dung wird durch das günstige Einschaltverhältnis der Kontakteinrichtung eine Verlängerung der Signalimpulse erzielt, was eine wesentliche Erhöhung des Energieeinhal- tes der einzelnen Signale bedeutet.
Contact device with oscillating tongue The invention relates to a contact device with at least one oscillating tongue which is clamped on one side in a holding device and which carries an oscillating mass at its free end. E.g. Contact element connected to the vibrating tongue touches a contact piece arranged opposite the contact element with each oscillation of the vibrating tongue and thereby establishes an electrical contact. Contact devices of this type are known as resonance relays, oscillation circuit breakers, etc. and have a wide variety of applications.
For certain applications of such relays it is desirable that the period of time during which the electrical contact is closed is longer than the period of time of its open state when the relay is energized. This requirement is not easy to meet if a perfect and precisely defined position of the switching points in relation to a reference variable is required. The reference variable is usually the frequency of an alternating voltage with which an elec tromagnet is excited, the alternating field of which excites the vibrating tongue to stationary vibrations.
In a contact device with at least one vibrating tongue clamped on one side, which at its end opposite the clamping point has a permanently magnetized oscillating mass arranged in the force field of an electromagnet and which carries a contact element near the clamping point that is rigidly connected to a holding device for the vibrating tongue Contact piece is opposite, the set object is achieved according to the invention in that two vibrating tongues are arranged parallel to each other in a common support frame opposite a single electromagnet and their contacts are electrically connected in parallel.
An embodiment of the device defined here Einrich is described below with reference to the drawing ben.
1 shows a spatial image of the contact device and FIG. 2 shows a diagram. In Fig. 1, 1 means a support frame, which is gebil det made of sheet metal or plastic as a uniform molded body. The support frame 1 is preferably made of ferromagnetic material; any plastic used can thus be added, for example, soft magnetic powder material. A part of the support frame 1 consists of a ferromagnetic material with the lowest possible loss and forms a core 2 of an electromagnet 3.
On the support frame 1, two vibrating tongues 7 and 8 made of resilient material are attached via insulating plates 4, 5 and 6, each of which has a vibrating mass 9 and 10 at its free end and near the clamping point, which is a contact element in the insulating plates 4 and 5 Wear 11 and 12, one of which, 12, is hidden in the drawing. The contact elements 11 and 12 are at a distance of a few tenths of a millimeter, e.g. from 0.2 to 0.3 mm, contact pieces 13 and 14 opposite, which are attached to an electrically conductive contact plate 15 clamped between the insulating plates 5 and 6; the dimensioning information for the contact distance refers to the idle state of the vibrating tongues (7, 8).
The two vibrating tongues 7 and 8 have an electrically conductive connection at their end clamped between the insulating plates 4 and 5. Preferably, the two vibrating tongues are formed from a single piece of resilient, electrically conductive material, the material being connected together at the clamping point. Also conductively connected to the two vibrating tongues 7 and 8 is a connecting lug 16 which serves as a power supply for the two contact elements 11 and 12. The contact plate 15 also has a connection lug 17. Two screws 18 and 19 or similar fasteners are used to hold together the parts described last.
The oscillating masses 9 and 10 are permanently magnetically polarized and preferably consist of synthetic resin-bonded powder magnetic material or magnetic ceramic. In order to switch off the mutual influence of the magnetically polarized oscillating masses 9 and 10 weitge starting, a shield plate 20 is arranged between the two oscillating masses 9 and 10, which can be attached to the coil body of the electromagnet 3, for example.
Instead of designing the two oscillating masses 9 and 10 as permanent magnets, it is also possible to attach a permanent magnet 21 and 22 to the support frame 1 or to the coil body of the electromagnet 3 on both sides of the pair of oscillating tongues 7, 8, if necessary by means of a known adhesive connection. With appro priate training of the bobbin of the electromagnet 3 and / or the support frame 1, these permanent magnets 21 and 22 can be held in recesses or the like in the support frame 1 or between the support frame 1 and the coil body without using additional fasteners. The oscillating masses 9 and 10 then consist of a soft magnetic material and are polarized by the fluxes of the permanent magnets 21 and 22.
As a result of the field geometry prevailing here, the mutual influence of the two oscillating masses 9, 10, which are polarized in opposite directions, is not significant, so that the shield plate 20 can be omitted. The structural design of the vibrating tongues 7, 8 and the contact plate 15 within the clamping point results in an electrical parallel connection of the pushbutton contacts 23 and 24 formed from the contact elements 11 and 12 with the contact pieces 13 and 14 opposite them.
If the support frame is made of ferromagnetic material, it also serves as a magnetic shield for the oscillating system against external field influences. In order to facilitate the oscillation, the vibrating tongues 7, 8 and the vibrating masses 9, 10 are arranged slightly offset in relation to the core 2 of the electromagnet 3 in the direction of vibration.
The diagram of FIG. 2 serves to explain the mode of operation of the contact device. The curve shown shows the time course of the alternating voltage serving as the supply voltage for the electromagnet 3 (FIG. 1), which is usually an alternating voltage network with a network frequency of e.g. 50 Hz is taken.
By suitable, known from tuning of the vibrating tongues 7 and 8 to the excitation frequency and their phase position such that the closing and opening of a pushbutton contact 23; 24 takes place at two successive maxima of the alternating exciter voltage, a contact closure duration can be set, for example, which corresponds precisely to the duration of one period of the alternating exciter voltage. Because of the very small contact spacing, the push button contact 23 or 24 is closed approximately during the duration of a half period of an oscillation of the associated vibrating tongue and geöff net during the other half period.
For example, the pushbutton contact 23 actuated by the oscillating tongue 7 will close at the voltage maximum 25 (FIG. 2) and open again at the voltage maximum 26. This contact play is repeated at the voltage maxima in the positive counting direction 27 and 28 as well as 29 and 30 and so on. For example, if the oscillating mass 10 is magnetically polarized in the opposite direction to the oscillating mass 9, both oscillating tongues 7 and 8 oscillate with a phase difference which corresponds to the duration of half a period of the alternating exciter voltage.
The switching points of the pushbutton contact 24 controlled by the oscillating tongue 8 are therefore at the voltage maxima in the negative counting direction, which are denoted by 31 to 35 in FIG. The hatched fields in FIG. 2 indicate the period of time during which the pushbutton contacts 23 and 24 are closed, specifically the fields on the positive half of the diagram belong, for example, to the pushbutton contact 23, the fields in the negative area to the pushbutton contact 24.
The electrical parallel connection of the push button contacts 23 and 24 now results in a contact closure from the positive voltage maximum 25 to the negative voltage maximum 32. This corresponds to the period of time during which the terminal lugs 16 and 17 are conductively connected by at least one of the push button contacts 23 and 24, the duration of one and a half periods of the alternating exciter voltage, while the contact interruption when the electromagnet 3 is energized is only half a period of the alternating exciter voltage.
The ratio of the contact duration to the contact pause thus reaches a value of 3: 1 if the natural frequency of the two vibrating tongues 7 and 8 is half the frequency of the alternating excitation voltage, i.e. 25 Hz in the present example.
If the vibrating tongues 7 and 8 are matched to a natural frequency that is a third of the frequency of the alternating exciter voltage, i.e. 16 3/3 Hz, for example, the desired extension of the contact duration can be achieved if the vibrating masses 9 and 10 are rectified be magnetically polarized. In this case, the shield plate 20 is not to be provided. Because of the repulsive effect of the two equally polarized oscillating masses 9 and 10, the two oscillating tongues 7 and 8 do not oscillate in phase.
As a result of the phase difference between the vibrations of the vibrating tongues 7 and 8, the pushbutton contacts 23 and 24 close with a time interval of one period of the alternating exciter voltage, and each of the two pushbutton contacts 23 and 24 remains closed for a period of one and a half periods of the alternating exciter voltage. Therefore, during a period of time corresponding to two and a half periods of the alternating exciter voltage, at least one of the push button contacts 23 and 24 is closed, for example for 50 milliseconds, while both push button contacts are open simultaneously only within a half period of the alternating exciter voltage.
In this example, the ratio of the contact duration to the contact pause is 5: 1.
In the two examples discussed, it is irrelevant whether the switching cycle of one of the two pushbutton contacts 23, 24 leads or lags the switching cycle of the other pushbutton contact; this is left to chance, so that statistically each of the two pushbutton contacts 22 and 24 takes over fifty percent of the switch-on and switch-off processes, whereby an even contact load and wear is ensured.
The advantages of the contact device described come into their own when it is used as a push button switch for periodically connecting an electrical oscillating circuit to an alternating current energy distribution network for the purpose of generating audio frequency signals that are used as control signals in known telecontrol devices. In this application, the favorable switch-on ratio of the contact device results in a lengthening of the signal pulses, which means a significant increase in the energy content of the individual signals.