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Anordnung zur Führung schwingender Glieder, insbesondere der Kontaktbrücken
von mechanischen Umformern Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Führung
schwingender Glieder, insbesondere der Kontaktbrücken von mechanischen Stromumformern.
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Bei Kontaktumformern (mechanischen Stromumformern) bestehen die Kontakteinrichtungen
in der Regel aus zwei festen Kontaktstücken, die durch eine bewegliche Kontaktbrücke
periodisch miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden. Die Kontaktbrücke
wird dabei durch einen Stößel angetrieben, der seinerseits durch einen Exzenterantrieb
in schwingende Bewegung versetzt wird. Der erforderliche Kontaktdruck wird meist
durch eine Schraubenfeder hergestellt, die auf eine bewegliche Kontaktbrücke wirkt.
Diese Anordnung ist insofern nachteilig, als die Schraubenfeder während der transversalen
Bewegung der Kontaktbrücke ein Drehmoment auf die Brücke ausüben kann, so daß die
Kontaktbrücke nicht völlig senkrecht, sondern mit einer drehenden und damit schleifenden
Bewegung auf die festen Kontaktstücke auftrifft. Außerdem kann es in gewissem Umfange
zu Kippbewegungen der Kontaktbrücke gegenüber den festen Kontaktstücken kommen.
Diese unerwünschten Bewegungen der Kontaktbrücke können zur Bildung von Metallstaub
aus dem Material der Kontakte, z. B. Silberstaub, führen. Dadurch wird die Lebensdauer
der Kontakte vermindert. Ferner kann der Silberstaub zu Rückzündungen und zu Veränderungen
der Kontaktflächen führen, durch die Schaltzeitpunkte verschoben werden.
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Zur Verhütung dieser Erscheinung ist es bekannt, die Kontaktbrücke
mittels einer Blattfeder zu führen, die an ihren Endpunkten an ortsfesten Teilen
befestigt ist und die Kontaktbrücke in ihrer Mitte trägt. Diese Anordnung hat den
Nachteil, daß sie bei gegebener Auslenkung der Kontaktbrücke verhältnismäßig viel
Raum erfordert.
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Bei einer Anordnung zur Führung schwingender Glieder, insbesondere
der Kontaktbrücken von mechanischen Umformern, unter Verwendung einer ebenen Blattfeder,
die das schwingende Glied in ihrer Mitte trägt und symmetrisch zu diesem Glied an
mindestens zwei Stellen an ortsfesten Teilen befestigt ist, ist daher, um die bekannten
Nachteile zu vermeiden, nach der Erfindung die wirksame Federfläche der Blattfeder
über die Befestigungspunkte hinaus ausgedehnt, und zwischen dem maximal ausgelenkten
Punkt und den Befestigungspunkten ist sie derart geschlitzt, daß sich eine in sich
zurückspringende Feder großer wirksamer Länge ergibt.
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Die Anordnung nach der Erfindung hat gute Führungseigenschaften, eine
große Auslenkbarkeit, eine niedrige Eigenfrequenz und daher Widerstandsfähigkeit
gegen Stöße, eine lange Lebensdauer bezüglich Ermüdung und Bruch und einen kleinen
Raumbedarf.
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Nach einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens kann die Blattfeder
aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. einem Melaminharz, bestehen. Eine
isolierende Blattfeder ist insbesondere bei Kontaktumformern von Vorteil. Außerdem
schwingen Blattfedern aus Isoliermaterial im Gegensatz zu metallischen Blattfedern
mit großer Dämpfung, so daß ihre Eigenfrequenz bei einer zwangsgeführten Schwingung
anderer Frequenz nicht störend in Erscheinung treten kann.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist nicht nur bei mechanischen Umformern,
sondern auch bei anderen schwingenden Einrichtungen, wie z. B. einem Lautsprecher,
anwendbar.
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In den Fig. 1 bis 7 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der
Anwendung bei einem Kontaktumformer erläutert.
In Fig.1 ist eine
perspektivische Ansicht zweier Kontaktgeräte eines mechanischen Umformers mit ihrem
Antrieb dargestellt.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein Kontaktgerät gezeigt, in Fig.
3 eine Aufsicht auf die in der Anordnung nach Fig.2 verwendete Führungs-Blattfeder.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform. einer Führungs-Blattfeder;
in den Fig. 4a und 4b sind verschiedene Bewegungsstadien der Blattfeder nach Fig.4
dargestellt.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen einer Führungs-Blattfeder
mit vierzähliger Symmetrie bezüglich einer zur Federebene senkrechten Achse.
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In Fig. 7 ist ein Kontaktgerät dargestellt, bei dem die Kontaktbrücke
an einer Führungsstange befestigt ist, die ihrerseits durch zwei Blattfedern geführt
ist.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht die Mechanik eines Kontaktumformers
in dreiphasiger Brückenschaltung, wobei jedoch die Kontakteinrichtungen und der
Stößelantrieb nur für eine Phase a dargestellt sind; die Einrichtungen für die Phasen
b und c sind gleichartig ausgebildet.
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Ein Synchronmotor 22 bewegt über eine Welle 23 eine Exzentereinrichtung
24, die ihrerseits über einen Winkelhebel 29 die Stoßstangen 18 und 19 abwechselnd
auf- und abwärts bewegt. Die Stößel 18
und 19 betätigen gleichartig aufgebaute
Kontaktgeräte 170 bzw. 171. Jedes Kontaktgerät besteht aus festen Kontaktstücken
25, 27 und 26, 28 und einer beweglichen plattenförmigen Kontaktbrücke 131. Die Kontaktbrücke
131 wird durch eine Schraubenfeder 151 in Schließstellung gedrückt. Das feste Kontaktstück
26 ist jeweils mit einer Gleichstromschiene 20 bzw. 21, das feste Kontaktstück 28
mit einer Wechselstromschiene 10 a verbunden. Mit 17 ist ein Schneckentrieb
zur Veränderung der Stößellänge bezeichnet.
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Das Kontaktgerät 170 ist in Fig. 2 im Schnitt dargestellt; das Kontaktgerät
171 ist entsprechend ausgebildet. Das Kontaktgerät 170 ist von einem Gehäuse 150
umgeben, das eine schachtelartige Form hat und vorzugsweise aus Isoliermaterial
besteht. Innerhalb des Gehäuses ist zwischen dem Brückenkontaktstück 131 und dem
Abstandsstück 152 eine Schraubenfeder 151 angebracht. Das Abstandsstück 152 ist
vorgesehen, damit die richtige Spannung der Schraubenvorspannfeder 151 erhalten
wird; es kann aus Messing bestehen.
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Die festen Kontaktstücke 26 und 28 sind am Gehäuse mit Hilfe von Befestigungsschrauben
153 befestigt, welche durch eine Bohrung 154 im Gehäuse 150 geführt sind, wobei
die Bohrung 154 am oberen Ende des Gehäuses austritt, wie es am besten in Fig.1
zu sehen ist. Jede der vier Bohrungen 154 nimmt eine Befestigungsschraube 153 auf.
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Das Gehäuse 150 besitzt einen unteren Teil 155 und 156, welcher als
Führungsunterlage für die Blattfeder 160 dient. Wie man am besten aus den Fig. 3
und 4 sieht, sind die Blattfedern 160 mit Löchern 157 versehen, die mit den Bohrungen
154 übereinstimmen, wenn die Blattfedern sich zwischen den Führungsunterlagen 155,
156 und dem Gehäuse 150 befinden.
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Jedes der festen Kontaktstücke 26 und 28 ist mit zwei Sätzen von Gewindebohrungen
versehen, die die Gewindeenden der Befestigungsschrauben 153 aufnehmen. Die Befestigungsschrauben
153 dienen daher, wenn das Kontaktgerät 170, wie Fig. 2 erläutert, zusammengesetzt
ist, dazu, die Blattfeder 160, die Führungsunterlagen 155 und 156 und die festen
Kontaktstücke 26 und 28 zusammenzuhalten. Bei der Anordnung stehen daher zur Unterstützung
vier feste Punkte bei der Führung nach Fig. 3 und zwei feste Punkte bei der Führung
nach Fig. 4 zur Verfügung. In der in der Fig.2 erläuterten Stellung liegt das Brückenkontaktstück
131 auf den zugehörigen festen Kontaktstücken 26 und 28 auf. Bei der Öffnung des
Kontaktes wird das Brückenkontaktstück 131, wie bereits im Zusammenhang mit Fig.
1 bemerkt wurde, mit Hilfe der Stoßstange 18 bzw. 19 gegen die Spannung der Schraubenfeder
151 von den festen Kontaktstücken 26 und 28 abgehoben.
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Die Blattfeder 160 besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Material,
so daß zwischen dem beweglichen Kontaktstück 131 und den festen Kontaktstücken 26
und 28 kein metallischer Leitweg besteht, wenn die zusammenwirkenden Kontaktstücke
in Trennstellung sind. Die Blattfeder 160 soll auch eine geringe hygroskopische
Verformung aufweisen und widerstandsfähig gegen Öl sein. Alle diese Eigenschaften
können durch Herstellung der Blattfeder aus Melaminharz erreicht werden. Besonders
widerstandsfähig gegen Belastungen sind Blattfedern, die aus einem isolierenden
Glasfaser-Schichtpreßstoff hergestellt sind. Ferner ist es bei Herstellung der Blattfeder
160 aus einem Isoliermaterial statt z. B. aus Metall möglich, harmonische Schwingungen
der Feder so wesentlich herabzusetzen, daß sie nur mit der Frequenz schwingt, die
ihr infolge der vertikalen Schwingung des Stoßstangenapparates mitgeteilt wird.
Die Blattfeder ist daher auch unempfindlich gegen Stoß.
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Das bewegliche Kontaktstück 131 ist mit einem Oberteil 132 versehen,
das einen verminderten Querschnitt besitzt und durch eine Öffnung 161 in der Mitte
der Blattfeder 160 geführt ist. Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist die Öffnung
161 für das Kontaktstück unrund, so daß das bewegliche Kontaktstück 131 nur in einer
Stellung an der Blattfeder 160 befestigt werden kann.
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Die Blattfeder 160 besitzt langgestreckte Schlitze 162 und 163, welche
entweder den beweglichen Punkt 161 (wie nach Fig. 3) oder die festen Punkte 157
(wie nach Fig. 4) umgeben.
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Man sieht, daß die langgestreckten Schlitze 162 und 163 in beiden
Ausführungsformen zwischen dem beweglichen Punkt 161 und den festen Punkten 157
liegen, so daß diese mechanisch voneinander isoliert werden. Mit dieser Formgebung
wird ein vorteilhafter Bewegungsverlauf erreicht, der später noch ausführlich beschrieben
werden wird. Außerdem ist die Blattfeder 160 an den Stellen der festen Punkte
157 mit Öffnungen versehen, die, wie oben bemerkt, die Befestigungsschrauben 153
aufnehmen.
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Wie schon bemerkt, ist die Blattfeder 160 zwischen dem Gehäuse 150
und den Führungsunterlagen 155 und 156 befestigt. Die Flächen 158 und 159 der Feder
160 bleiben an den festen Punkten in Ruhe, da sie zwischen den Führungsunterlagen
155 und 156 und dem Gehäuse 150 eingeklemmt sind. Derjenige Teil der Blattfeder
160, welcher mit dem Brückenkontaktstück 131 beweglich ist, ist mit 149 bezeichnet.
Die Feder 160 besitzt Biegungslinien, welche durch die gestrichelten Linien 164
und 165 angedeutet sind. Die Einschnitte der Feder erlauben es, die Entfernung Y
zwischen der Mitte der beweglichen
Fläche 149 und dem festen Punkt
157 kleiner zu halten als die Entfernung X von der Mitte der beweglichen Fläche
149 zu den Biegungsstellen 164, 165. Die Biegungsstellen 164, 165 beschreiben eine
gekrümmte Bewegung, wie es aus den Fig. 4 a und 4 b ersichtlich ist, da während
eines Zyklus die Feder 160 derart gebogen wird, daß die wirksame Länge zwischen
der Biegungslinie 164 und der Biegungslinie 165 konstant bleibt, wodurch die Spannungsbeanspruchungen,
die innerhalb der Feder 160 entstehen können, auf ein Minimum herabgesetzt werden.
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So folgt z. B. nach den Fig. 4 a und 4 b die Biegungslinie 164 einer
Bewegungskurve 166 und die Biegungslinie 165 einer Bewegungskurve
167. Die äußersten rechten und linken freien Enden 168, 169 der Feder 160
bleiben während des vollen Bewegungszyklus parallel, aber sie folgen einer gekrümmten
Bewegungskurve, ähnlich wie 166 und 167.
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Die Fig. 4 a stellt die äußerste obere, die äußerste untere und die
neutrale Stellung der Feder 160 dar; wie aus dieser Figur deutlich zu ersehen ist,
folgen die Biegungslinien 164 und 165 den gekrümmten Kurven 166 bzw. 167, so daß
die wirksame Länge zwischen diesen beiden Linien konstant bleibt und dadurch die
Spannungsbeanspruchungen innerhalb der Blattfeder 160 wesentlich herabgesetzt
werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Feder 160 ebenfalls mit Schlitzen
172 und 173 versehen, damit die gekrümmte Bewegung erleichtert und die Beanspruchung
weiter herabgesetzt wird. Fig. 4b erläutert eine Mehrzahl von Stellungen, die die
Feder 160 durchläuft, wenn sie sich durch einen vollen Zyklus bewegt.
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Man sieht weiterhin, daß bei der Feder nach den Fig. 3 und 4 nicht
nur die Spannungsbeanspruchungen innerhalb der Feder weitgehend herabgesetzt sind,
sondern daß es auch möglich ist, die Feder in einem verhältnismäßig begrenzten Raum
unterzubringen.
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Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 wirkt die Blattfeder
160 derart, daß sie das Kippen des beweglichen Kontaktstückes 131 um die vertikale
Achse in der Zeichenebene der Fig. 3 und 4 verhindert. Sie kann jedoch das Kippen
des beweglichen Kontaktstückes nicht verhindern bezüglich der horizontalen Achse
in der Zeichenebene der Fig. 3 und 4.
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In den Fig. 5 und 6 ist eine Abwandlung der Blattfeder nach der Erfindung
dargestellt; hier ist die Feder vierzählig symmetrisch (bezüglich einer zur Zeichenebene
senkrechten Achse) ausgebildet. In den Fig.5 und 6 sind entsprechende Teile mit
den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den Fig.3 und 4.
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Ein Bewegungsbild der vierzählig symmetrischen Blattfeder 180 nach
den Fig. 5 und 6 stellt sich sowohl in der horizontalen wie in der vertikalen Achse
in der Zeichenebene der Fig. 5 und 6 ähnlich dar, wie es aus den Fig. 4 a und 4
b ersichtlich ist.
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Bei der Anordnung der vierfach symmetrischen Feder ist es möglich,
das Kippen um irgendeine der Achsen der Feder zu verhindern. Weiterhin entstehen
innerhalb der Feder keine Spannungsbeanspruchungen, da alle sich bewegenden Punkte
in der Lage sind, eine gekrümmte Bewegung auszuführen. Dabei bleibt die wirksame
Federlänge während des gesamten Arbeitszyklus konstant, wie es oben in Verbindung
mit den Fig. 4a und 4b beschrieben wurde. Als weiteres Beispiel ist in Fig. 7 eine
Anwendung der Blattfeder nach der Erfindung gezeigt, wobei die Feder zur Führung
eines Stabes 190, an dem eine oszillierende Kontaktbrücke befestigt ist, verwendet
ist. Diese Figur erläutert weiterhin die Art, in welcher Blattfedern, bei denen
der Erfindungsgedanke verwirklicht ist, miteinander kombiniert werden können, wenn
Teile mit wesentlicher Längenausdehnung geführt werden sollen.
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Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist an dem Bräckenkontaktstück 131 ein
Stab 190 befestigt. Die gesamte Vorrichtung ist von dem Gehäuse 150 eingeschlossen,
welches ein Querstück 191 mit einer Mittelöffnung für den Stab 190 aufweist. Ein
Ende des Stabes 190 ist an dem Brückenkontaktstück 131 und der Blattfeder 182 befestigt,
das andere Ende ist mit der Blattfeder 181 verbunden; es können zweifach
oder vierfach symmetrische Blattfedern miteinander kombiniert werden, wie sie in
den Fig. 3 bis 6 gezeigt sind. Wenn zweifach symmetrische Blattfedern sowohl für
181 wie für 182 verwendet werden, können sie senkrecht zueinander gestellt
werden, so daß ein Kippen in jeder Richtung verhindert wird. Eine Schraubenfeder
151 ist zwischen der Blattfeder 182 und dem Querstück 191 eingespannt, so daß das
Brückenkontaktstück 131 in elektrischen Kontakt mit den festen Kontaktstücken 26
und 28 vorgespannt wird.
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Demnach wird der Stab 190 derart geführt, daß er nicht um seine vertikale
Achse rotieren, nicht um eine dazu senkrechte Achse kippen und sich auch nicht quer
zu seiner Achse verschieben kann. Da das Brückenkontaktstück 131 starr mit seinem
einen Ende verbunden ist, ist das Brückenkontaktstück auf eine Schwingungsbewegung
in gerader Linie beschränkt; es bleibt stets in der vorgeschriebenen Lage und parallel
zu den festen Kontaktstücken 26 und 28.