Kontaktvorrichtung mit Tastkontakt und Schwingzunge Es sind Kontaktvorrichtungen mit einer schwingen den Zunge bekannt, bei welchen nach Erreichung einer bestimmten Schwingungsamplitude der auf elektroma gnetischem Wege erregten Schwingzunge ein Kontakt im Takte der Eigenschwingungszahl der Schwingzunge betä tigt wird.
Als Schwingmasse der Schwingzunge dient dabei in der Regel ein Permanentmagnet. In anderem Zusammenhang ist ferner bekannt, der Prellneigung von Telegraphenrelais dadurch entgegenzuwirken, dass man die freie Federlänge einer Kontaktfeder beim Schliessen des Relaiskontaktes durch Andrücken eines eine be stimmte Kurvenform aufweisenden Schaltarmes an die Kontaktfeder progressiv verkürzt. Ein Nachteil der be kannten Kontakteinrichtungen mit Schwingzunge ist in vielen Anwendungsfällen deren kleines Einschaltverhält nis.
Unter Einschaltverhältnis soll hier das Verhältnis der Zeitdauer innerhalb einer Schwingungsperiode der Schwingzunge, während welcher der Tastkontakt ge schlossen ist, zur Zeitdauer seines geöffneten Zustandes innerhalb der gleichen Schwingungsperiode verstanden werden. Bekannte Kontakteinrichtungen der genannten Art sind ausserdem meist sehr empfindlich gegen unge wollte mechanische Erschütterungen, die zu Fehlschal tungen führen können.
Zur Behebung dieser Nachteile und gleichzeitigen Erzielung eines sehr einfachen Aufbaues ist eine Kon taktvorrichtung mit einem Tastkontakt und einer vom Wechselfeld eines Elektromagneten erregten, ein Kon taktelement des Tastkontaktes tragenden Schwingzunge gemäss der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet, dass die eine permanent magnetisierte Schwingmasse aufweisende Schwingzunge im Ruhezustand unter Vor spannung an einem als Anschlagkurve geformten Kon struktionsteil in der Nähe des Befestigungsortes des Kontaktelementes tangential anliegt.
Einzelheiten ergeben sich aus dem anhand der Zeich nung nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Figur, die eine Kontaktvorrichtung mit Tast- kontakt und Schwingzunge in räumlicher Darstellung zeigt, bedeuten 1 eine werkstoffsparend gestaltete Grund platte mit einem abgewinkelten Konstruktionsteil 2, das aus dem gleichen Werkstoff wie die Grundplatte 1, vorzugsweise aus einem Kunststoff besteht und an das eine Anschlagkurve 3 angeformt ist. Die Grundplatte 1 und die Anschlagkurve 3 können somit in einem einzigen Arbeitsgang und mit gleichbleibender Formgenauigkeit hergestellt werden.
Am Konstruktionsteil 2 ist mittels eines Klemmstük- kes 4 eine aus federelastischem Werkstoff gefertigte Schwingzunge 5 so befestigt, dass sie unter leichter Vorspannung an einem annähernd geradlinigen Bereich 6 der Anschlagkurve 3 anliegt, und zwar insbesondere möglichst nahe derjenigen Stelle, an welcher das Kon taktelement 7 beispielsweise durch eine Nietverbindung auf der Schwingzunge 5 Halt findet.
Zur Aufnahme eines in der Zeichnung nicht sichtbaren Nietkopfes des Kon taktelementes 7 der Schwingzunge 5 besitzt das Kon struktionsteil 2 auf der Seite der Anschlagkurve 3 eine Ausnehmung 8 in Form einer Nut, welche ein glattes Anliegen der Schwingzunge 5 an der Anschlagkurve 3 erlaubt und ein übermässiges Ausbiegen der Schwingzun ge 5 beim Zusammenbau der Kontaktvorrichtung verhin dert.
Das Kontaktelement 7 bildet zusammen mit einem Kontaktniet 9 einen Tastkontakt 10. Mit Vorteil ist der Kontaktniet 9 auf einem starr mit der Grundplatte 1 verbundenen Kontaktträger 11 angeordnet, welcher bei spielsweise aus einem Z-förmig abgewinkelten Blechteil mit einer Lötfahne 12 besteht, die mindestens einen seitlich angeformten Lappen 13 aufweist. Nach dem Durchstecken der Lötfahnen 12 durch einen Durchbruch der Grundplatte 1 wird der Kontaktträger 11 lediglich durch Verwinden des nun auf der Unterseite der Grund platte 1 liegenden Lappens 13 in dieser befestigt, wo durch sich eine äusserst einfache und haltbare Verbin dung ergibt.
Dieses Verwinden kann sowohl durch Verbiegen des Lappens 13 als auch durch axiales Verdre hen der Lötfahne 12 erfolgen.
Die Justierung des Tastkontaktes erfolgt lediglich durch die Passgenauigkeit der wegen ihrer einfachen Formgebung leicht mit genügend engen Toleranzen her stellbaren Teile so, dass der Abstand des Kontaktelemen tes 7 vom Kontaktniet 9 0,2 bis 0,3 Millimeter beträgt, was für die Arbeitsweise der Kontaktvorrichtung als optimal ermittelt wurde.
In gleicher Weise wie der Kontaktträger 11 ist auch das Klemmstück 4 mit einer Lötfahne 14 versehen, die mindestens einen Lappen 15 aufweist, welcher nach dem Durchstecken der Lötfahne 14 durch einen Durchbruch der Grundplatte 1 verbogen wird. Das Klemmstück 4 besitzt im wesentlichen eine U-förmige Gestalt und ausserdem einen abgewinkelten Steg 16, welcher in eine Nut 17 des Konstruktionsteiles 2 federnd eingreift und damit eine sichere Verankerung der Schwingzunge 5 ermöglicht.
Zwei Ausnehmungen 18 und 19 im Klemm stück 4, in welche abgewinkelte Teile 20 und 21 der Schwingzunge 5 eingreifen, verhindern, dass diese durch das Gewicht einer an der Schwingzunge 5 ebenfalls in vorteilhafter Weise durch abgewinkelte Teile 22, 23, 24 und 25 derselben befestigte Schwingmasse 26 um eine Stelle 27 verdreht werden kann, an welcher die Schwing zunge 5 mit dem Klemmstück 4 vernietet ist.
Die Schwingmasse 26 der Schwingzunge 5 ist vorzugs weise derart magnetisch polarisiert, dass die magnetische Hauptachse in die Schwingungsrichtung der Schwingzun ge 5 weist, dass sie bei der gewählten Darstellung also parallel zur Hauptebene der Grundplatte 1 liegt.
Bei Erzielung günstiger Anschwingeigenschaften der Schwingzunge 5 kann die Schwingmasse 26 mit Vorteil einseitig - wie gezeichnet - an die Schwingzunge 5 angebracht werden; dies vereinfacht auch die bereits geschilderte Befestigungsart durch abgewinkelte Teile 22 bis 25.
Die Schwingmasse 26 besteht vorzugsweise aus keramischem Dauermagnetwerkstoff. Sie kann auch aus kunstharzgebundenem Dauermagnetpulver hergestellt und dabei mit Vorteil unmittelbar an die Schwingzunge 5 i angeg gossen sein. Natürlich lässt sich ein keramischer Dauermagnet anstatt durch abgewinkelte Teile der Schwingzunge 5 auch durch Klebemittel auf dieser haltbar befestigen.
Weiter oben wurde gesagt, dass die Anschlagkurve 3 einen annähernd geradlinigen Bereich 6 aufweist. Dieser reicht vom Klemmstück 4 bis etwa zur Ausnehmung 8 und geht in Höhe der Ausnehmung 8 in einen Bereich 28 von wenigstens annähernd kreisbogenförmiger Gestalt über. Die Kreisbogenform ist leicht herstellbar und ergibt günstige Betriebseigenschaften der Kontaktvorrichtung, jedoch sind auch andere Kurvenformen möglich. Wichtig ist, dass die Schwingzunge 5 an der Anschlagkurve 3 tangential anliegt, und zwar in der Nähe des Befesti gunmortes des Kontaktelementes 7.
Zur Erzeugung eines die Schwingzunge 5 zu Schwin gungen erregenden magnetischen Wechselfeldes ist auf der Grundplatte 1 eine Erregerspule 29 mittels eines Kernbolzens 30 befestigt, der ausserdem zur Befestigung zweier Polbleche 31 und 32 auf je einer von Stirnseiten 33 und 34 der Erregerspule 29 dient.
Durch diese Anord nung ergibt sich eine äusserst einfache Ausbildung und Befestigung des Elektromagnetsystems. Um ein Verdre hen der Polbleche 31 und 32 um den Kernbolzen 30 sicher zu verhindern, besitzen die Polbleche 31 und 32 Ausnehmungen 35 und 36, in welche jeweils ein an der Stirnseite 33 bzw. 34 angeformter Führungsstift, z.B. 37, sowie ein an die Grundplatte 1 angeformter Führungsstift 38 eingreifen. Aus Fertigungsgründen sind beide Polble che 31 und 32 gleichartig geformt; sie liegen der Schwing masse 26 der Schwingzunge 5 in deren Schwingungsrich tung etwas versetzt gegenüber.
Diese asymmetrische Anordnung begünstigt das Anschwingen vor allem dann, wenn die der Anschlagkurve 3 zugekehrte Polfläche der Schwingmasse 26 von dem der Anschlagkurve 3 näher liegenden der beiden Polbleche 31, 32 im Ruhezustand der Schwingzunge 5 einen geringeren Abstand aufweist als die andere Polfläche der Schwingmasse 26 vom zweiten Polblech 32.
Die Erregerspule 29 besitzt zwei in einem Ansatz 39 des Spulenkörpers vernietete Anschlussstifte 40 und 41.
Wenn die Schwingzunge 5, wie verlangt, an der Anschlagkurve 3 im Bereich 6 unter leichter Vorspan- nung anliegt, so können ungewollt auf die Schwingzunge 5 einwirkende Erschütterungen oder magnetische Fremd felder diese nicht ohne weiteres zu Schwingungen anre gen, die zu einem Schliessen des Tastkontaktes 10 führen. Eine richtige Wahl des Kontaktabstandes zwischen dem Kontaktelement 7 und dem Kontaktniet 9 sowie der Lage der Berührungslinie zwischen der ruhenden Schwingzunge 5 und der Anschlagkurve 3 ist für das Schaltverhalten des Tastkontaktes sehr wichtig.
Bei, wie gezeichnet, einseitiger Befestigung der Schwingmasse 26 an der Schwingzunge 5 entsteht durch die magnetischen Anziehungskräfte eine leichte Verfor mung der Schwingzunge 5 und dadurch eine Unsymme- trie des auf die Polbleche 31 und 32 übergreifenden Dauermagnetfeldes, die das Anschwingen ebenfalls be- günstigt.
Die Eigenschwingungszahl der Schwingzunge 5 ist vorzugsweise auf subharmonische Resonanz oder allen falls auf eine Harmonische einer die Erregerspule spei senden Wechselspannung von z.B. 50 Hz abgestimmt. In derjenigen Halbschwingung der Schwingzunge 5, in wel cher sich diese der Anschlagkurve 3 nähert, wird die wirksame Federlänge der Schwingzunge 5 in Abhängig keit von der Amplitude ihrer Schwingung stetig verkürzt und damit die Federkonstante der Schwingzunge 5 progressiv vergrössert. Dies bewirkt eine Verkürzung der Schwingungsdauer während dieser Halbschwingung.
Bei der entgegengesetzten Halbschwingung wird der Tastkon- takt 10 wegen seines sehr kleinen Kontaktabstandes schon nach einem relativ kleinen Schwingungsweg der Schwingzunge 5 geschlossen und damit nahezu während der vollen Dauer der freien Halbschwingung der Schwingzunge 5 in geschlossenem Zustand gehalten. Weil nun beide Halbschwingungen ungleich lang sind, lässt sich durch richtige mechanische Abstimmung ohne Mühe erreichen, dass der Schwingzungenkontakt etwa für die halbe Zeitdauer einer vollen Periode der Schwingzungen schwingung geschlossen ist, entsprechend einem Ein schaltverhältnis von 1:1.
Ein wesentlicher Teil der Erfindung liegt z.B. in der Erreichung dieses Zieles mit Mitteln, die an Einfachheit kaum mehr zu überbieten sind.
Contact device with tactile contact and vibrating tongue There are contact devices with a swing the tongue known, in which after reaching a certain oscillation amplitude of the vibrating tongue excited by electromagnetic means, a contact at the rate of the natural frequency of the vibrating tongue is actuated.
A permanent magnet is usually used as the oscillating mass of the oscillating tongue. In another context, it is also known to counteract the tendency of telegraph relays to bounce by progressively shortening the free spring length of a contact spring when closing the relay contact by pressing a switching arm with a certain curve shape onto the contact spring. A disadvantage of the known contact devices with vibrating tongue is their small switch-on ratio in many applications.
The switch-on ratio is to be understood here as the ratio of the duration within an oscillation period of the oscillating tongue, during which the pushbutton contact is closed, to the duration of its open state within the same oscillation period. Known contact devices of the type mentioned are also usually very sensitive to unge wanted mechanical vibrations that can lead to faulty circuits.
To overcome these disadvantages and at the same time achieve a very simple structure, a con tact device with a tactile contact and an oscillating tongue that is excited by the alternating field of an electromagnet and carries a con tact element of the tactile contact according to the present invention is designed in such a way that the oscillating tongue, which has a permanently magnetized oscillating mass, is at rest under tension on a construction part shaped as a stop curve in the vicinity of the attachment point of the contact element rests tangentially.
Details emerge from the embodiment of the invention described below with reference to the drawing voltage.
In the figure, which shows a contact device with tactile contact and vibrating tongue in a spatial representation, 1 mean a material-saving designed base plate with an angled structural part 2, which consists of the same material as the base plate 1, preferably made of a plastic and to one Stop curve 3 is formed. The base plate 1 and the stop curve 3 can thus be produced in a single operation and with constant dimensional accuracy.
A vibrating tongue 5 made of resilient material is fastened to the structural part 2 by means of a clamping piece 4 in such a way that it rests under slight pretension on an approximately straight area 6 of the stop curve 3, in particular as close as possible to the point at which the contact element 7 for example by a riveted connection on the vibrating tongue 5 is held.
To accommodate a not visible in the drawing rivet head of the Kon contact element 7 of the oscillating tongue 5, the construction part 2 on the side of the stop curve 3 has a recess 8 in the form of a groove, which allows a smooth contact of the oscillating tongue 5 on the stop curve 3 and an excessive Bending the Schwingzun ge 5 verhin changed when assembling the contact device.
The contact element 7 forms together with a contact rivet 9 a tactile contact 10. The contact rivet 9 is advantageously arranged on a contact carrier 11 rigidly connected to the base plate 1, which consists of a Z-shaped angled sheet metal part with a soldering lug 12, which has at least one Has laterally molded tabs 13. After inserting the soldering lugs 12 through a breakthrough in the base plate 1, the contact carrier 11 is only fixed by twisting the tab 13 now lying on the underside of the base plate 1 in this, where an extremely simple and durable connec tion results.
This twisting can take place both by bending the tab 13 and by axially twisting the soldering lug 12.
The adjustment of the pushbutton contact is made only by the accuracy of fit of the parts that can be easily adjusted with sufficiently close tolerances because of their simple shape so that the distance of the Kontaktelemen tes 7 from the contact rivet 9 is 0.2 to 0.3 millimeters, which for the operation of the contact device was determined to be optimal.
In the same way as the contact carrier 11, the clamping piece 4 is also provided with a soldering lug 14 which has at least one tab 15, which is bent through an opening in the base plate 1 after the soldering lug 14 has been pushed through. The clamping piece 4 is essentially U-shaped and also has an angled web 16 which engages resiliently in a groove 17 of the structural part 2 and thus enables the oscillating tongue 5 to be securely anchored.
Two recesses 18 and 19 in the clamping piece 4, in which angled parts 20 and 21 of the oscillating tongue 5 engage, prevent the latter from being fastened by the weight of an angled parts 22, 23, 24 and 25 of the same in an advantageous manner on the oscillating tongue 5 Oscillating mass 26 can be rotated about a point 27 at which the oscillating tongue 5 is riveted to the clamping piece 4.
The oscillating mass 26 of the oscillating tongue 5 is preferably magnetically polarized in such a way that the main magnetic axis points in the direction of oscillation of the oscillating tongue 5, so that it is parallel to the main plane of the base plate 1 in the selected representation.
When achieving favorable oscillation properties of the oscillating tongue 5, the oscillating mass 26 can advantageously be attached to the oscillating tongue 5 on one side - as shown; this also simplifies the already described type of fastening by means of angled parts 22 to 25.
The oscillating mass 26 is preferably made of ceramic permanent magnet material. It can also be made from synthetic resin-bonded permanent magnet powder and advantageously cast directly onto the oscillating tongue 5 i. Of course, instead of using angled parts of the oscillating tongue 5, a ceramic permanent magnet can also be permanently attached to the latter by means of adhesive.
It was said above that the stop curve 3 has an approximately straight region 6. This extends from the clamping piece 4 to approximately the recess 8 and, at the level of the recess 8, merges into a region 28 of at least approximately the shape of a circular arc. The circular arc shape is easy to produce and results in favorable operating properties of the contact device, but other curve shapes are also possible. It is important that the oscillating tongue 5 rests tangentially on the stop curve 3, specifically in the vicinity of the fastening gunmortes of the contact element 7.
To generate an alternating magnetic field that excites vibrations in the vibrating tongue 5, an excitation coil 29 is attached to the base plate 1 by means of a core bolt 30, which is also used to attach two pole plates 31 and 32 to one of each end faces 33 and 34 of the excitation coil 29.
This arrangement results in an extremely simple design and attachment of the electromagnet system. In order to reliably prevent the pole plates 31 and 32 from twisting around the core bolt 30, the pole plates 31 and 32 have recesses 35 and 36, in each of which a guide pin formed on the end face 33 or 34, e.g. 37 and a guide pin 38 molded onto the base plate 1 engage. For manufacturing reasons, both pole plates 31 and 32 are shaped identically; they are the vibrating mass 26 of the vibrating tongue 5 in the direction of vibration direction slightly offset.
This asymmetrical arrangement favors the oscillation especially when the pole face of the oscillating mass 26 facing the stop curve 3 is closer to the two pole plates 31, 32, which is closer to the stop curve 3, when the oscillating tongue 5 is at rest than the other pole face of the oscillating mass 26 from second pole sheet 32.
The excitation coil 29 has two connecting pins 40 and 41 riveted in a shoulder 39 of the coil body.
If the vibrating tongue 5, as required, rests against the stop curve 3 in the area 6 with a slight bias, unintentional vibrations or external magnetic fields acting on the vibrating tongue 5 cannot easily induce vibrations that lead to the closing of the tactile contact 10 lead. A correct choice of the contact distance between the contact element 7 and the contact rivet 9 as well as the position of the contact line between the stationary oscillating tongue 5 and the stop curve 3 is very important for the switching behavior of the pushbutton contact.
When the oscillating mass 26 is attached to the oscillating tongue 5 on one side, as shown, the magnetic forces of attraction cause a slight deformation of the oscillating tongue 5 and thus an asymmetry of the permanent magnetic field extending over the pole plates 31 and 32, which also favors the oscillation.
The natural frequency of vibration of the vibrating tongue 5 is preferably set to subharmonic resonance or, if at all, to a harmonic of an alternating voltage of e.g. 50 Hz matched. In that half-oscillation of the vibrating tongue 5, in wel cher this approaches the stop curve 3, the effective spring length of the vibrating tongue 5 is continuously shortened as a function of the amplitude of its oscillation and thus the spring constant of the vibrating tongue 5 progressively increased. This causes a shortening of the oscillation period during this half oscillation.
In the case of the opposite half oscillation, the touch contact 10 is closed after a relatively small oscillation path of the oscillating tongue 5 because of its very small contact spacing, and is thus held in the closed state for almost the full duration of the free half oscillation of the oscillating tongue 5. Because both half-oscillations are now of unequal length, correct mechanical coordination can easily ensure that the tongue contact is closed for about half the duration of a full period of the vibrating tongue, corresponding to an on ratio of 1: 1.
An essential part of the invention is e.g. in achieving this goal with means that are hard to beat in terms of simplicity.