DE1006930B - Elektrischer Drehschalter mit Schleifkontaktknoepfen, insbesondere fuer wissenschaftliche Geraete - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Drehschalter von solcher Art, die eine Reihe von kreisförmig angeordneten Schleifkontaktknöpfen, einen konzentrisch hierzu vorgesehenen Schleifkontaktring oder eine Schleifkontaktscheibe und eine drehbare Schleifkontaktbrücke aufweisen, die von Knopf zu Knopf bewegbar ist, um einen jeweils ausgewählten Knopf mit dem Schleifkontaktring bzw. der Schleifkontaktscheibe zu verbinden. Insbesondere betrifft die Erfindung Drehschalter dieser Art, die in Widerstandskästen, Dämpfungseinrichtungen und ähnlichen zum (wissenschaftlichen) Messen und Prüfen dienenden Apparaten verwendet werden sollen, wo elektrische Messungen höchster Genauigkeit erforderlich sind.

In wissenschaftlichen Apparaten, für welche der erfindungsgemäße Schalter gedacht ist, besteht die Möglichkeit, Widerstände so einzustellen, daß sie bis auf 0,01 °/o ihres Normalwertes genau sind. Infolge eintretender Abweichungen in den elektrischen Charakteristiken des Widerstandsdrahtes und von Deformationen des Trägermaterials können sich solche Widerstände, selbst wenn sie mit großer Sorgfalt hergestellt worden sind, im Laufe der Jahre leicht verändern. Infolge der neuzeitlichen Technik ist es indessen möglich, solche Widerstände mit der annehmbaren Sicherheit herzustellen, daß sie für einen langen Zeitraum mit Abweichungen von weniger als 0,05% ihres Normalwertes konstant bleiben.

Unter neuzeitlichen Bedingungen ist das schnelle Auswählen von Widerstandswerten mittels Schaltern erforderlich. Dies birgt eine weitere Fehlerquelle in sich, weil bei einem Schalter ein gewisser Kontaktwiderstand unvermeidlich ist. Wenn dieser Kontaktwiderstand konstant ist, so kann er in Anrechnung gebracht werden. Bei den bisher bekannten Schaltern ändert sich der Kontaktwiderstand jedoch im Laufe der Zeit recht beträchtlich, und dies kann zu Fehlern führen, die größer sind als die Höchstfehler der Widerstände.

Apparate der genannten Art können auch bei Wechselstrom benutzt werden. Daher ist es wichtig, daß die Eigenkapazitanz des Schalters so gering wie möglich ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Schalter zu schaffen, der einen sehr niedrigen anfänglichen Kontaktwiderstand aufweist und der insbesondere die Eigenschaft aufweist, daß sein Kontaktwiderstand über einen langen Zeitraum hinweg konstant bleibt, und der überdies eine geringe Eigenkapazitanz besitzt.

Bekannterweise weist eine gut gearbeitete ebene Fläche kleine Unregelmäßigkeiten auf, die bei genügender Vergrößerung sichtbar werden, und wenn zwei solche Flächen gegeneinandergedrückt werden, so

mit Schleifkontaktknöpfen,

insbesondere für wissenschaftliche Geräte

Anmelder:

Muirhead & Co. Limited,
Beckenham, Kent (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. J. Ingrisch, Patentanwalt,
Wuppertal-Elberfeld, Neustr. 16

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. November 1952 und 20. Oktober 1953

kommt ein Kontakt nur zwischen den erhöhten Stellen der Flächen zustande. Der elektrische Widerstand zwischen den beiden Flächen steht also in einem bestimmten Verhältnis zu den Kontaktflächen dieser miteinander in Berührung stehenden erhöhten Stellen. Wenn der Druck zwischen den Flächen erhöht wird, so werden diese in dichtere Berührung miteinander gebracht, die gesamte Kontaktfläche wird vergrößert und der Widerstand dementsprechend verringert. Wenn indessen der Druck zwischen den Flächen über ein gewisses Maß hinaus erhöht wird und eine Fläche über die andere hinweggleiten muß, so werden die Flächen infolge der Wirkung der erhöhten Stellen rissig und rauh. Durch ein solches Aufrauhen wird jedoch der elektrische Kontaktwiderstand der Flächen verändert.

Bei einer bekannten Schalterart ist es üblich, eine Schleifkontaktbrücke vorzusehen, die aus einer Vielzahl von Metallstreifen besteht, deren Enden rechtwinklig zu ihrem Mittelteil abgebogen sind und die so angeordnet sind, daß diese Enden mit den Schleifkontaktknöpfen und dem Schleifkontaktring den Kontakt herstellen. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Metallstreifen entstehen mehrere parallele Kontakte, und die Kontaktfläche mit einem Schleifkontakt-So knopf oder dem Schleifkontaktring hängt von der Dicke und Breite der Metallstreifen sowie von deren Anzahl ab. Um den erforderlichen elektrischen Kontakt herzustellen, wird üblicherweise ein Druck auf die Mitte der Schleifkontaktbrücke ausgeübt, wodurch

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der Mittelteil der Schleifkontaktbrücke durchgebogen wird, so daß die Größe der Kontaktfläche sichändert. Bei dieser Schalterart ist der Kontaktdruck zwischen den Metallstreifenenden und dem jeweiligen Schleifkontaktknopf bzw. dem Schleifkontaktring verhältnismäßig hoch, und da es nicht möglich ist, die wirkliche Kontaktfläche zu steuern oder einen einheitlichen Druck auf der tatsächlichen Kontaktfläche sicherzustellen, kann der Druck an gewissen Stellen sehr

fänglichen Kontaktwiderstand aufweist und bei dem der Kontaktwiderstand über lange Zeiträume hinweg im wesentlichen konstant bleibt.

Um die Nachgiebigkeit der Kontaktbrücke zu erhöhen, ist deren Mitte vorzugsweise herausgenommen. Durch die Verwendung einer genügend nachgiebigen Kontaktbrücke ist eine Anordnung möglich, bei der die Kontaktauflage auf dem Schleifring an einer

hat. Dabei kann durch Herstellung der Kontaktauflagen aus einem Material, das sein eigenes Schmiermittel enthält, beispielsweise aus gesintertem Silber mit Graphitgehalt, eine beständige und gleichbleibende Trockenschmierung erzielt werden.

Da Schraubenfedern mit einem hohen Grad von Genauigkeit herstellbar sind, kann bei Benutzung einer solchen Feder zur Erzielung des Anpreßdrucks für die Kontaktauflagen unter Zwischenschaltung des

hoch sein, so daß die Metallstreifen dazu neigen, in io Bügels dieser Anpreßdruck genau gesteuert werden, die Schleifkontaktknöpfe einzuschneiden. Dieser Nach- Dadurch kann der Anpreßdruck genügend hoch geteil kann nur bis zu einem gewissen Grade dadurch wählt werden, um einen geringen Kontaktwiderstand ausgeglichen werden, daß die Kanten der Metall- zu gewährleisten, und dabei doch so begrenzt werden, streifen unter einem gewissen Winkel zu ihrer Bewe- daß kein Zerkratzen oder keine ungebührliche Abgungsrichtung über die Schleifkontaktknöpfe hinweg 15 nutzung eintreten kann. Auf diese Weise kann ein eingestellt werden. Trotzdem erfolgt eine Abnutzung Schalter hergestellt werden, der einen geringen anverhältnismäßig schnell, und die Kontaktoberflächen
müssen in gewissen Zeitabständen erneuert und geschmiert werden. Es hat sich herausgestellt, daß bei
solchen Schaltern die Kontaktwiderstände Schwan- 20
kungen unterworfen sind und sich plötzlich ändern,
wenn die Kontaktflächen erneuert und geschmiert
worden sind. Außerdem können Staub und abgeschliffene Masse auf dem Schmiermittel haftenbleiben
und auf den Kontaktflächen abgelagert werden. Um 25 Stelle angreift, die dem Kontaktknopf unmittelbar einige dieser Mängel zu beseitigen, wird in einer gegenüberliegt, auf dem die andere Kontaktauflage anderen bekannten Schalterart eine Kontaktbrücke angreift. Dies gewährleistet eine geringstmögliche verwendet, deren Schleifkontaktflächen einen Teil Eigenkapazitanz.

einer Kugeloberfläche bilden. In diesem Falle entsteht Weitere Merkmale werden an Hand der Zeichnung,

anfänglich nur eine punktförmige Kontaktstelle, wäh- 3° in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenrend des Gebrauchs bilden sich jedoch auf den Schleif- Standes veranschaulicht ist, wie folgt beschrieben. Es kontakten, durch Abnutzung flache Stellen, so daß eine
stufenweise Änderung des Kontaktwiderstandes eintritt. Zudem sind derartige Schleifkontakte gewöhnlich auf einer starren Brücke angebracht, und wenn 35
infolge einer Formveränderung des Schalterkörpers
die Kontaktflächen des Schleifkontaktknopfes und des
Schleifkontaktringes nicht genau in einer Ebene liegen, ändert sich beim Betätigen des Schalters die
Größe der wirksamen Kontaktfläche und damit auch 40
der Kontaktdruck je Flächeneinheit. Infolgedessen
ändert sich der Kontaktwiderstand fortlaufend.

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter, bei dem wie bei der einen bekannten Schalterart ebenfalls eine

federnde Schleifkontaktbrücke verwendet ist, werden 45 rungsformen des Bügels, die vorbeschriebenen Mängel dadurch beseitigt, daß 1 und l^a sind Teile des Schalterkörpers. Um die

an der federnd nachgiebigen Schleifkontaktbrücke zentrale Schleifkontaktscheibe 3 sind Schleifkontaktzwei Kontaktauflagen mit ebenen Kontaktflächen be- knöpfe2 angeordnet, die beide Silberüberzüge4 und 4^a festigt sind, um so den Kontakt zwischen den Schleif- aufweisen, um den Einfluß der Oxydation auf den kontaktknöpfen und dem Schleifkontaktring herzu- 50 Widerstand des Schalters herabzusetzen. Die Schleifstellen, und daß durch unabhängige Mittel ein Feder- kontaktbrücke 5 besteht aus dünnem Kupferblech und druck auf die Mitten von den beiden Kontaktauflagen trägt Kontaktauflagen 6. Die Kontaktauflagen 6 sind ausgeübt wird. Vorzugsweise wird dabei der Feder- vorzugsweise aus gesintertem Silber hergestellt, das druck auf die Kontaktauflagen durch einen feder- einen geringen Prozentsatz Graphit enthält, so daß belasteten Bügel ausgeübt, dessen einer Schenkel auf 55 sie keiner weiteren Schmierung bedürfen. Die Schraudie eine und dessen anderer Schenkel auf die andere benfeder 7 liefert den nötigen Kontaktdruck, und der Kontaktauflage drückt. Dies kann beispielsweise da- Bügel 8 gibt den Druck der Feder 7 gleichmäßig auf durch erreicht werden, daß der Bügel auf der einen die Kontaktauflagen 6 weiter.

Kontaktauflage an zwei Punkten, die gleich weit von Es ist erkennbar, daß der Bügel 8 drei Füße 9 hat,

der Mitte derselben liegen, und bei der anderen genau ^6o die sicherstellen, daß der Bügel selbst einwandfrei in der Mitte angreift, so daß der Bügel sozusagen drei auf der Schleifkontaktbrücke 5 sitzt und daß der

zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Antriebswelle eines Drehschalters mit Schleifkontaktknöpfen,

Fig. 2 eine schaubildliche Teilansicht desselben in vergrößertem Maßstab und in sogenannter Explosivdarstellung,

Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes von rechts, teilweise weggeschnitten,

Fig. 4 eine entsprechende Ansicht von links, teilweise weggeschnitten;

Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes und Fig. 7 bis 9 verschiedene beispielsweise Ausfüh-

Füße hat und nicht kippen kann. Durch diese Zwischenschaltung des Bügels wird nicht nur auf beide Kontaktauflagen ein genau bemessener gleicher Druck ausgeübt, sondern der Druck verteilt sich auch bei jeder Kontaktauflage gleichmäßig über die ganze Kontaktfläche. Gleichzeitig können sich diese Kontaktflächen auch genau mit den Kontaktflächen der Kontaktknöpfe und des Schleifringes ausrichten,

Federdruck ungefähr auf der Mittellinie derjenigen Kontaktauflage 6 wirksam ist, die auf den Schleifkontaktknöpfen 2 aufliegt.

Die aus dünnem Material bestehende und mit einer mittigen Ausnehmung versehene Schleifkontaktbrücke 5 hat eine hinreichende Rückstellkraft, um die Auflagen 6 zur sicheren Anlage an der Oberfläche der Schleifkontaktknöpfe 2 und der Schleifkontaktscheibe 3

selbst dann, wenn sich der Schalter etwas verformt 7° zu bringen, wobei jedoch ihr Querschnitt derart ist,

daß der elektrische Widerstand und die Eigenkapazitanz zweckmäßig gering sind.

Die Schleifkontaktbrücke 5 wird von einem oder mehreren Vorsprüngen 10 geführt, die ihre mittlere Ausnehmung durchgreifen und. die an dem Dreharm 11 befestigt sind oder ein Teil desselben bilden. Dieser Arm 11 wird durch die Welle 12 und den Handschalt knopf 13 angetrieben, wodurch die Schleifkontaktbrücke 5 in Drehung versetzt wird. Die Ausladungen 10 dienen ebenfalls dazu, den Bügel 8 in der richtigen Lage zur Schleifkontaktbrücke 5 zu führen, in dem sie in Kerben an den Seiten des Bügels 8 eingreifen.

Die Welle 12 kann mit einer Verzahnung 14 und einer Haltefeder 15 in bekannter Weise versehen sein, um das drehbare Schalterteil in jeder Raststellung festzuhalten.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 kann die Kontaktanordnung 5 und 6 gebohrt oder so hergestellt sein, daß sich in der Kontaktauflage 6 eine Aushöhlung ergibt, auf deren Grund der einzelne Fuß 9 des Bügels 8 drückt. Diese Konstruktion hat eine höchst stabile Lage der Kontaktauflage zur Folge.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 hat die Schleifkontaktbrücke 5 statt der Kontaktauflagen 6 zwei tiefe Eindrückungen, an denen durch geeignete Mittel ein Minimum des hochwertigen Kontaktmaterials als Kontaktauflage aufgebracht ist.

Die Schleifkontaktbrücke 5 kann auch aus anderem Material als Kupfer hergestellt werden, z. B. vorzugsweise aus Beryllium-Kupferblech.

Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag kann die Schleifkontaktbrücke 5 auch aus Silber-Phosphor-Bronze-Bimetallblech mit auf der Silberseite aufgebrachten Kontaktauflagen 6 bestehen. Diese Anordnung hat den Vorzug, wegen des Silbers den geringstmöglichen Widerstand aufzuweisen in Verbindung mit der Rückstellkraft und Stärke der Phosphor-Bronze-Stütze.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Schleifkontaktbrücke5 aus zwei oder mehr Blechlagen bestehen.

in 1>ezug auf die Konstruktion des Bügels 8, wie sie in Fig. I bis 3 mit drei Füßen bzw. Druckpunkten veranschaulicht ist, kann dieser auch — wie in Fig. 7 bis 9 dargestellt — mit zweckmäßigen Erhebungen versehen sein oder gewölbte Druckpunkte haben, und zwar müssen die Erhebungen so sein, daß der Bügel tatsächlich die Flachlage der Kontaktbrücke gewähr leistet, während diese sowohl mit den Schleifkontakt knöpfen als auch mit dem Schleifkontaktring Kontakt hat.

Wahlweise können die Kontakte der Schleifkontaktbrücke nicht rund, sondern quadratisch oder rechteckig sein, und andererseits kann das Teil, das die Schleifkontaktbrücke mit dem Schleifkontaktring in Verbindung bringt, mit zwei Knöpfen versehen sein. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen möglich.

Claims (9)

Patentansprüche-

1. Elektrischer Drehschalter, insbesondere für wissenschaftliche Geräte od. dgl., mit kreisförmig angeordneten Schleifkontaktknöpfen und einem konzentrischen Schleifkontaktring, wobei Schleifkontaktknöpfe und Schleifkontaktring ebene Kontaktflächen haben, ferner mit einer federnden Schleifkontaktbrücke, um zwischen jedem gewählten Kontaktknopf und dem Schleifkontaktring eine leitende Verbindung herzustellen, und schließlich mit federnden Mitteln, um den erforderlichen Kontaktdruck herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß an der nachgiebig federnden Kontaktbrücke zwei Kontaktauflagen mit ebenen Kontaktflächen befestigt sind, um so den Kontakt zwischen den Schleifkontaktknöpfen und dem Schleifkontaktring herzustellen, und daß durch unabhängige Mittel ein Federdruck auf die Mitten von den beiden Kontaktauflagen ausgeübt wird.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federdruck auf die Kontaktauflagen durch einen federbelasteten Bügel ausgeübt wird, dessen einer Schenkel auf die eine und dessen anderer Schenkel auf die andere Kontaktauflage drückt.

3 Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel die eine Kontaktauflage in ihrem Mittelpunkt und die andere an zwei von ihrem Mittelpunkt gleich weit entfernten Stellen angreift.

4. Schalter nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktauflagen von gleichem Durchmesser sind und der Federdruck auf den Bügel mittels einer Schraubenfeder ausgeübt wird, die auf die Bügelmitte einwirkt, um so auf die beiden Kontaktauflagen gleiche Drücke auszuüben.

5. Schalter nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktauflagen aus einer gesinterten Mischung aus Metali mit niedrigem elektrischem Widerstand und einem Trockenschmiermittel, wie Graphit, besteht.

6. Schalter nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke aut> einem Bimetallblech besteht, dessen eine Seite aus einem Metall mit niedrigem elektrischem Widerstand und dessen andere Seite aus einem nachgiebig federnden Metall gebildet ist, wobei die Kontaktauflagen auf der Seite mit niedrigem elektrischem Widerstand befestigt sind.

7. Schalter nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke in ihrem Mittelteil eine Ausnehmung besitzt und so angeordnet ist, daß, wenn eine Kontaktauflage mit einem Kontaktknopf in Kontakt steht, die andere Kontaktauflage mit dem Teil des Schleifringes in Kontakt steht, der dem genannten Kontaktknopf unmittelbar benachbart ist.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke und der Bügel durch einen oder mehrere Vorsprünge in Stellung gehalten oder in Drehung versetzt werden, die an jeweils einer Seite des Bügels vorbei- und durch das freie Mittelteil der Kontaktbrücke hindurchgehen und die befestigt sind an oder aus einem Stück bestehen mit einem Dreharm, der seinerseits durch eine Welle mit Handschaltknopf angetrieben wird.

9. Schalter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke mit zwei tiefen Eindrückungen ausgebildet ist, an denen die Kontaktauflagen befestigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 570 960, 2 481 649;
britische Patentschrift Nr. 569 027;
französische Patentschrift Nr. 930 723.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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