DE1539888A1

DE1539888A1 - Kontakteinrichtung mit Schwingzunge

Info

Publication number: DE1539888A1
Application number: DE19661539888
Authority: DE
Inventors: Nyfeler Alex Baar
Original assignee: ELECTROMETRE; Electrometre SA
Current assignee: ELECTROMETRE; Electrometre SA
Priority date: 1966-01-13
Filing date: 1966-01-27
Publication date: 1969-09-04
Also published as: CH448270A; GB1128703A; FR1501262A; US3454910A; AT260341B; BE689489A; DE1539888B2

Description

Dr. ExpL

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EIEOTROMETRE 'SA, ZTJG (Schweiz)

Kontakteinrichtung mit Schwingzunge

Gegenstand der Erfindung ist eine elektromechanisch^ Eontakteinrichtung mit einem Schaltkontakt zum periodischen Sohliessen und Oeffnen eines elektrischen Stromkreises. Als Betätigungsorgan des Schaltkontaktes dient dabei eine von einem magnetischen Wechselfeld zu Schwingungen angeregte Zunge aus f ederelasitischem Werkstoff.

Kontakteinrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Bauformen bekannt und finden in Resonanzrelais, Stremrichtera» Induktoren usw. Verwendung. Ferner sind Einrichtungen zur Erzeugung vor Tonfrequenz impuls en. bekannt, die einen elektrischen f^liwlKgungskreie als Tonfrequenzquelle besitzen, welcher durch eine Eontektein-

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richtung mit Schwingzunge periodisch an eine Spannungsquelle angeschaltet wird. Als Spannungsquelle dient dabei z„B. ein Wechselstrom-Energieverteilungsnetz, in welchem die erzeugten 3?onfrequenzimpulse for.tgeleitet und nach Auskopplung an einer anderen Stelle des Netzes als Signale ausgewertet werden. Informationselemente solcher Signale sind z.B, die Frequenz des elektrischen Schwingungskreises , die Sehaltfrequenz der Kontakteinrichtung, ein Impulstelegramm oder eine Kombination dieser Elemente»

Eine Kontakteinrichtung mit Schwingzunge zum periodischen Anschalten eines elektrischen Sciiwingungskreises an ein Wechselstrom-Energieverteilungsnetz sum Zwecke der Signalerzeugung muss weitgehend prellfrei und sehr genau arbeit ε:«=, Zudem ist es zur Erzielung einer möglichst hohen Energie der ^füs>nfrequenzimpulse wiinf-3ΪΛ8Μ,3γ:ί<~Α-tr dass der Schaltkontakt innerhalb einer Schwlngungsperiofie dsr Sehwingsimge länger geseliiosaea als geöffnet ist, und daes das Solilieeeea vnii Oeffnen dea Seiialtksntaktss !sei unter-» soMedlieiieji lomentasrseyisii dar letzweehselspa-ßKiing erfolgt „ vorsugsweiise aalit "bei Selieitelirerteii eatgegsagesstste? Polarität. Alle eiiss© foräei«iig©ix laaeea sich, mit feekaantaa, meefeaEigeiien KontakteiJiyieiitimgQÄ aiüiit Mnyeiehencl erfüllgiic B©siialö wird im folgenden eliis Koatakteiariclitiiig vorgessfclagea^ die "bei sehr seiieja Aafbao, alle Te-.vl'C'j.gtei?, ligesassliaStsa i3ssi*st_£

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vorrichtung für die Schwingzunge starr verbundenen Kontaktstück gegenüberliegt, ist erfindungsgemäss dadurch, gekennzeichnet, dass im Schwingungsbereich der auf eine bestimmte Eigenschwingungszahl abgestimmten Schwingzunge eine in der Haltevorrichtung eingespannte Zungenfeder angeordnet ist, die mindestens während eines Teiles einer vollen Schwingungsperiode der Schwingzunge ausserhalb des zwischen der Einspannstelle und dem Kontaktelement liegenden Abschnittes der Schwingzunge an dieser anliegt.

Einige Ausführungsbeispiele der hier definierten Einrichtung sind nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen

Pig. 1 und 2 je eine Kontakteinrichtung und Mg. 3 ein Schaltbild.

In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Schwingzunge, die an einer Einspannstelle 2 in eine Haltevorrichtung 3 eingespannt ist und deren der Einspannstelle 2 gegenüberliegendes Ende 4 eine aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende Schwingmasse 5 aufweist. { Die Schwingzunge 1 trägt nahe der Einspannstelle 2 ein Kontaktelement 6, das einem auf einem mit der Haltevorrichtung 3 starr verbundenen Bügel 7 befestigten Kontaktstück 8 gegenüberliegt. Das Kontaktelement 6 und das Kontaktstück 8 bilden zusammen einen Tastkontakt 9. Als Stromzuführung für das Kontaktelement 6 der Schwingzunge 1 dient ein über die Einspannstelle 3 hinausragender Teil 10 der Schwingzunge 1.

Im Schwingungsbereich, vorzugsweise in der parallel zur Zeichnungsebene liegend zu denkenden Schwingungsebcne der Schwingzunge 1 ist parallel zur Schwingzunge 1 eine Zungenfeder 11 mit

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der Haltevorrichtung 3 fest verbunden; ihr freier in Richtung eines Elektromagneten 12 weisender Endteil 13 liegt an der Schwingmasse 5 an einer vorzugsweise nahe dem Massenschwerpunkt gelegener Auflagestelle 13 derselben. Zweckmässig ist die Zungenfeder 11 an der Auflagestelle 13 in geeigneter Weise gerundet. Die feste Verbindung der Zungenfeder 11 mit der Haltevorrichtung 3 wird beispielsweise durch ein Klemmstück 14 hergestellt. Mit Vorteil sind die Schwingzunge 1 und die Zungenfeder 11 in der Haltevorrichtung 3 so eingespannt, dass sich diese in entspanntem Zustand beider Federn an-der Auflagestelle 13 leicht berühren. Dabei hat das Kontaktelement 6 einen definierten, möglichst kleinen Abstand vom Kontaktstück 8. Dieser Kontaktabstand beträgt einige Zehntel Millimeter, beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm. In besonders gearteten Fällen kann die Schwingmasse 5 in Wegfall kommen; die Zungenfeder 11 liegt dann unmittelbar an der Schwingzunge 1 an.

Das zwiechen dem Kontaktelement" 6 und der Einspannstelle 3 liegende Teilstück der Schwingzunge 1 weist eine leichte Vorspannung auf, so dass ein Teil des Kontaktelementes 6 bei beliebigen Gebrauchslagen der Kontakteinrichtung an einem Anschlag 15 der Haltevorrichtung 3 anliegt. Eine aus der Fig. 1 ersichtliche asymmetrisch versetzte Anordnung des Elektromagneten 11 gegenüber der Schwingmasse 5 stellt ein günstiges Anschwingverhalten der Schwingzunge 1 sicher. Selbstverständlich können Justiermittel, z.B. Stellschrauben, vorgesehen werden, um den Kontaktabstand des Tastkontaktes 9 beliebig einzustellen. In der Regel liegt die Einstellung jedoch durch die Fertigungstoleranzen fest und kann allenfalls durch Verbiegen des Bügels 7 mittels einer Justierzange korrigiert werden.

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Gemäss der einleitend dargelegten Aufgabenstellung soll die Zeitdauer, in welcher der Tastkontakt 9 geschlossen ist, langer sein als die Zeitdauer, in welcher er geöffnet ist. Einem solchen Verhalten steht jedoch die vorhin erwähnte, für eine einwandfreie

Punktion der Kontakteinrichtung unerlässliche Massnahme entgegen, dass die Schwingzunge 1 beispielsweise über einen Teil des Kontaktelementes 6 unter leichter Vorspannung am Anschlag 15 der Haltevorrichtung 5 anliegt. Diese Schwierigkeit'ist nun bei der hier beschriebenen Ausbildung der Kontakteinrichtung umgangen, indem die Schwingungsdauer des schwingungsfähigen Systems während der Halbschwingung, in welcher der Tastkontakt 9 geöffnet ist, durch Einwirkung der Zungenfeder 11 auf die Schwingmasse 5 verkürzt wird.

Die Schwingungsdauer des schwingungsfähigen Systems der Kontakteinrichtung setzt sich b,e.i der getroffenen Anordnung aus zwei Teilbeträgen zusammen} es sind dies, ausgehend von der in der Pig. 1 dargestellten neutralen lage, einmal eine erste Halbperiode, während welcher z.B. die Zungenfeder 11 wirksam ist, dann ein kurzer Abschnitt der zweiten Halbperiode, während dessen Dauer die Schwingmasse 5 einen dem Kontaktabstand entsprechenden Weg zurücklegt, wobei die volle Länge der Sohwingzunge 1, daB iet die Federlänge von der Schwingmasse 5 bis zur Einspannstelle 2, wirksam ist, und auaserdem der übrige Teil der zweiten Halbperiode, in dem die Schwingzunge 1 praktisch mit dem Kontakt 9 als Einspannpunkt frei schwingt, bei der in der Fig. 1 dargestellten Lage nach unten.

Die Eigenschwingungszahl des sebwingungsfähigen Systems ergibt eich als reziproker Wert der zusammengesetzten oühwlftgnngadauer.

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Durch geeignete Wahl der Federkonstanten der Schwingzunge 1 und der Zungenfeder 11, sowie durch entsprechende Bemessung der Schwingmasse 5 und Anordnung des Tastkontaktes 9 lässt sich beispielsweise eine Schwingungsdauer einer ersten Halbwelle von 10 Millisekunden (entsprechend 50 Hz) und eine Schwingungsdauer der folgenden zweiten Halbwelle von 30 Millisekunden (entsprechend 16 2/3 Hz) einstellen, so dass die gesamte Schwingungsdauer für eine volle Periode einer Schwingung des schwingungsfähigen Systems 40 Millisekunden, entsprechend einer Eigenschwingungszahl von 25 Hz beträgt. Diese Frequenz von 25 Hz kann durch Speisung des Elektromagneten 12 mit Neteweehselstrom von 50 Hz angeregt werden» Selbstverständlich sind aush verschiedene andere Abstimmungen des seiiwisgungsfähigen Syetesias denkbar, beispiels«* weise d?.rspt, aase die EigenschwingungszaM. eine Harmonische zur STsquans des den Elektromagneten 12 erregenden Wechselstromes "bildet. Vorzugsweise ist die Frequenz des den Elektromagneten 12 erregeaclea Weohselstromes jedoeli eine Harmonische zur Eigenschwingungszahl der Sohwingzunge 1, d.h., des die Schwingzunge 1 aufweisenden schwingungsfähigen Systems. Bei gegebener Frequenz des Erregerwechselstromes lässt sich eine Abstimmung auf gewisse niedrige Eigenschwingungszahlen einfach erzielen* wenn die Schwing- , masse 5 permanent magnetisch polarisiert wird. Als Schwingmasse 5 dient in diesem Falle ein Dauermagnet«

Da der Kontaktafestaaä des Taetteöstakt©3 3 nur eete klein ist, befindet eicli äieaer loa.takt während anasksrad 30 Mil eise ist 3/4· c!@'f gesaetea geiiwijigsiiii@de,wsr in gssefcl stand» in w©l©fe®s ®τ wegen soiaes geriagsa §©@ßk»iiieiigl£si"s fia^es |@fet₈ Bie lEQ^imiag i®s H 2

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zugsweise so gewählt, dass dieser das schwingungsfähige System auf die Seite mit der kürzeren Schwingungsdauer anwirft. Erregerfrequenz und Resonanzfrequenz sind auf dieser Halbwelle "beispielsweise gleich, wodurch sehr gute Starteigenschaften erzielt werden. In der Fig. 1 ist der Elektromagnet 12 daher in Richtung der Zungenfeder 11 versetzt dargestellt. Die Reibung an der Auflagestelle 13 der Zungenfeder 11 auf der Schwingmasse 5 bewirkt eine schwache Dämpfung, die ein rasches Ein- und Ausschwingen des BChwingungsfähigen Systems sicherstellt.

Eine etwas vereinfachte Ausführungsform der Kontakteinrichtung zeigt die Fig. 2, in der gleiche Teile wie in der Fig. 1 gleiche Bezugszahlen tragen. Bei dieser Anordnung sind die Funktionen des in der Fig. 1 beschriebenen Anschlages 15 mit denjenigen der Zungenfeder 11 vereinigt.

Zur Verkürzung der mit dem geöffneten Zustand des Kontaktes 9 korrespondierenden Halbperiode der Schwingungsdauer des schwingungsfähigen Systems dient bei der Anordnung nach der Fig. 2 eine Bügelfeder 16, die eine gegenüber der Federkonstante der Schwingzunge 1 relativ hohe Federkonstante aufweist und die mit der Haltevorrichtung 3 fest verbunden ist. Die Wirkung der Bügelfeder 16 beruht vorwiegend auf der Verkürzung der freien Länge des schwingungsfähigen Systems während der Dauer einer Halbperiode. Auf diese Weise wird eine Wirkung erzielt, die qualitativ der unter der Fig. 1 beschriebenen entspricht.

üeber die erwähnte Verwendung der neuen Kontakteinrichtung gibt die Fig. 3 Auskunft. In der Fig. 3 ist wieder die Kontakteinrichtung mit Schwingzunge 1, Tastkontakt 9 und Elektromagnet 12 zu

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erkennen. Der Tastkontakt 9 liegt elektrisch in Reihe mit einem aus einem Kondensator 17 und einer Spule 18 bestehenden elektrischen Schwingkreis 19 an einer We chs el Spannungsquelle, "beispielsweise an einem Wechselspannungsnetz mit einer Netζfrequenz von 50 Hz. An die gleiche WechselSpannungsquelle ist der Elektromagnet 12 über einen Schalter 20 angeschlossen. Zur Funkenlöschung wird dem Tastkontakt 9 in der Regel ein RO-Glied elektrisch parallel geschaltet.

.Beim Schliessen des Schalters 20 beginnt die Schwingzunge 1 zu schwingen, wobei,'wie bereits als Beispiel angegeben, der Tastkontakt 9 für 30 Millisekunden je Schwingungsperiode der Kontakteinrichtung geschlossen wird. -Legt man durch geeignete Abstimmung den Zeitpunkt der Kontaktschliessung so, dass er stets mit einem z.B. positiven Spannungsmaximum der 50 Hz-Netzwechselspannung zusammenfällt, so erfolgt die Kontaktöffnung gerade beim grössten negativen Momentanwert der Netzwechselspannung. Beträgt die Schwingungsdauer des schwingungsfähigen Systems der Kontakteinrichtung, wie als Beispiel ebenfalls angegeben, insgesamt 40 Millisekungen, dann schliesst sich der Tastkontakt 9 wieder im positiven Netzspannungs-Maximum. Bei jedem Schliessen des Tastkontaktes 9 wird nun der elektrische Schwingkreis 19 zu gedämpften tonfrequenten Schwingungen angeregt, deren Erstamplitude proportional ist der Summe aus dem Momentanwert der Netzwechselspannung zum Zeitpunkt des Schliessens des Tastkontaktes 9 und der zu diesem Zeitpunkt am Kondensator 17 anliegenden Restspannung. Diese Erstamplitude kann ihren möglichen Grösstwert nur erreichen, wenn das. Schliessen des Tastkontaktes 9 bei einem Scheitelwert der Netzwechselspannung erfolgt und der Kondensator 17 gleich-

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zeitig wenigstens annähernd auf den Scheitelwert der Netzwechselspannung mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen ist. Diese Verhältnisse ergeben sich, wenn die Zeitdauer, während welcher der Tastkontakt 9 geschlossen ist, dem einfachen Wert oder einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Periodendauer der Netzwechselspannung entspricht, wie dies bei der beschriebenen Kontakteinrichtung der Fall ist. Durch mechanische und allenfalls elektrische Abstimmung durch einen Phasenschieber lässt sich erreichen, dass das Schliessen des Tastkontaktes 9 Eiit einem Spannungsmaximum der Netzwechselspannung zeitlich zusammenfällt.

Der gesamte Netzkomplex des Wechselstromnetzes dämpft den Schwingkreis 19 verhältnis-mässig wenig, so dass dessen Tonfrequenzschwingungen nur relativ langsam abklingen. Infolge der mit der beschriebenen Kontakteinrichtung erzielbaren langen Anschaltdauer, bzw. dem günstigen Einschaltverhältnis, das ist das Verhältnis der Zeitdauer während welcher der Tastkontakt 9 geschlossen ist, zur Zeitdauer, während welcher dieser Tastkontakt geöffnet ist, wird der grösste Teil der Energie-der Tonfrequenzschwingungen als Signalenergie nutzbar gemacht. Dadurch löst die beschriebene Kontakteinrichtung eine Aufgabe, wie sie bisher nur mit wesentlich komplizierteren motorangetriebenen Nockentastkohtakten zu bewältigen war.

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Claims

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1. Kontakteinrichtung mit einer einseitig eingespannten Schwingzunge, die an ihrem der Einspannstelle gegenüberliegenden Ende eine aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende, im Kraftfeld eines Elektromagneten angeordnete Schwingmasse und nahe der Einspannstelle ein Kontaktelement trägt, das einem mit einer Haltevorrichtung für die Schwingzunge starr verbundenen Kontaktstück gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Schwingungsbereich der auf eine bestimmte Eigenschwingungszahl abgestimmten Schwingzunge (1) eine in der Haltevorrichtung (3) eingespannte Zungenfeder (11) angeordnet ist, die mindestens während eines Teiles einer vollen Schwingungsperiode der Schwingzunge (1) aus-. serhalb des zwischen der Einspannstelle (2) und dem Kontaktelement (6) liegenden Abschnittes der Schwingzunge {1) an dieser anliegt.

2. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungenfeder (11) parallel zur Schwingzunge 0) in deren Schwingungsebene angeordnet ist.

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3. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungenfeder (11) an einer der Bchwingzunge (1) befestigten Schwingmasse (5), vorzugsweise möglichst in Nähe des Massenschwerpunktes derselben, anliegt.

4. Kontakteinrichtung nach· Ansprüchen 1 und 3 > dadurch gekennzeichnet, dass die Zungenfeder (11) an ihrem an der Schwingzunge (1) bzw. an der Schwingmasse (5) anliegenden Teil gerundete Kanten aufweist. λ

5. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingzunge (1) und die Zungenfeder (11) so eingespannt sind, dass sich diese in ihrem entspannten Zustand an einer Auflagestelle (13) leicht berühren, wobei das Kontaktelement (6) von einem Kontaktstück (8) einen Abstand von einigen Zehntel Millimetern aufweist.

6. Kontakteinriahtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich·» net, dass die Zungenfeder (11) eine im Vergleich zur Federkon- : stante der Schwingzunge (1) sehr grosse Federkonstante aufweist. "

7. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anregung von Schwingungen der Schwingzunge (1) ein Elektromagnet (12) in Schwingungsrichtung asymmetrisch versetzt gegen die Längsachse der entspannten Schwingzunge (1) angeordnet ist.

8. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz eines den Elektromagneten (12) erregenden Wechselstromes eine Harmonische der Eigenschwingungszahl der Schwingzunge (1) ist.

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9. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Federkonstanten von Schwingzunge (1) und Zungenfeder (11), dass die Eigenschwingungszahl der Schwingzunge (1) allein 16 2/3 Hz und während ihres Anliegens an der Zungenfeder (11) 50 Hz beträgt.

10. Kontakteinrichtung nach Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (12) in Richtung der Zungenfeder (11) versetzt angeordnet ist.

11. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dia Schwingzunge (1) bzw. die Schwingmasse (5) magnetisch permanent polarisiert ist.

12. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingungszahl eine Harmonische zur Frequenz des den Elektromagneten (12) erregenden Wechselstromes ist.

13. Kontakteinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Schalter zum periodischen Anschalten

™ eines elektrischen Schwingkreises (19) an ein Wechselspannungsnetz.

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