DE1539888B2

DE1539888B2 - Kontakteinrichtung mit einer einseitig eingespannten schwing zunge

Info

Publication number: DE1539888B2
Application number: DE19661539888
Authority: DE
Inventors: Alex Baar Zug Nyfeler (Schweiz)
Original assignee: Electrometre S A., Zug (Schweiz)
Priority date: 1966-01-13
Filing date: 1966-01-27
Publication date: 1972-01-13
Also published as: CH448270A; AT260341B; US3454910A; BE689489A; FR1501262A; GB1128703A; DE1539888A1

Description

5. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, da- 45 ein elektromagnetisches Schwingzungensystem bedurch gekennzeichnet, daß die Schwingzunge (1) kannt, bei dem im Schwingungsbereich der Resound die Zungenfeder (11) so eingespannt sind, nanzzunge eine Zungenfeder angeordnet ist, die wähdaß sich diese in ihrem entspannten Zustand an rend eines Teiles einer vollen Amplitude der Schwingeiner Auflagestelle (13) leicht berühren, wobei das zunge an dieser anliegt. Nachteilig bei diesem be-Kontaktelement (6) von einem Kontaktstück (8) 5c kannten Schwingzungensystem ist, daß die Schwingeinen Abstand von einigen zehntel Millimetern zunge nicht hinreichend prellfrei und genau arbeitet aufweist. und die Öffnungszeit des Kontaktes größer als die

6. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, da- Schließzeit ist.

durch gekennzeichnet, daß die Zungenfeder (11) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

eine im Vergleich zur Federkonstante der 55 Kontakteinrichtung mit Schwingzunge zum periodi-

Schwingzunge (1) sehr große Federkonstante auf- sehen Anschalten eines elektrischen Schwingungs-

weist. kreises an ein Wechselstrom-Energieverteilungsnetz

7. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, da- zum Zwecke der Signalerzeugung zu schaffen, die durch gekennzeichnet, daß zur Anregung von weitgehend prellfrei und genau arbeitet und bei der Schwingungen der Schwingzunge (1) ein Elektro- 60 der Schaltkontakt innerhalb einer Schwingungsmagnet (12) in Schwingungsrichtung asymmetrisch periode der Schwingzunge langer geschlossen als geversetzt gegen die Längsachse der entspannten öffnet ist, wobei das Schließen und Öffnen des Schwingzunge (1) angeordnet ist. Schaltkontaktes bei unterschiedlichen Momentan-

8. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, werten der Netzwechselspannung, vorzugsweise nahe dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz eines 65 bei Scheitelwerten entgegengesetzter Polarität, erden Elektromagneten (12) erregenden Wechsel- folgen soll.

stromes eine Harmonische der Eigenschwin- Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß

gungszahl der Schwingzunge (1) ist. vorgesehen, daß die Schwingzunge aus einer mit

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einem elektrischen Kontakt versehenen Feder besteht durch die Fertigungstoleranzen fest und kann allen-

und an einem Ende starr eingespannt ist, daß dieser falls durch Verbiegen des Bügels 7 mittels einer

Kontakt während mindestens einer halben Schwin- Justierzange korrigiert werden.

gungsperiode mit einem Gegenkontakt in Berührung Gemäß der einleitend dargelegten Aufgabenstel-

steht und daß dieser Kontakt innerhalb des Abschnit- 5 lung soll die Zeitdauer, in welcher der Tastkontakt 9

tes zwischen Einspannstelle und der Berührungsstelle geschlossen ist, langer sein als die Zeitdauer, in wel-

zwischen Schwingzunge und Zungenfeder und auf der eher er geöffnet ist. Einem solchen Verhalten steht

dieser Berührungsstelle entgegengesetzten Blattseite jedoch die vorhin erwähnte, für eine einwandfreie

der Schwingzunge angeordnet ist. Funktion der Kontakteinrichtung unerläßliche Maß-

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen io nähme entgegen, daß die Schwingzunge 1 beispiels-

Einrichtung ist die lange Schließzeit des Schaltkontak- weise über einen Teil des Kontaktelementes 6 unter

tes, wodurch Tonfrequenzimpulse hoher Energie zur leichter Vorspannung am Anschlag 15 der Haltevor-

Verfügung gestellt werden können. richtung 5 anliegt. Diese Schwierigkeit ist nun bei der

Einige Ausführungsbeispiele der hier definierten hier beschriebenen Ausbildung der Kontakteinrich-

Einrichtung sind nachstehend an Hand der Zeich- 15 tung umgangen, indem die Schwingungsdauer des

nung beschrieben. Es zeigen schwingungsfähigen Systems während der HaIb-

F i g. 1 und 2 je eine Kontakteinrichtung und schwingung, in welcher der Tastkontakt 9 geöffnet ist,

F i g. 3 ein Schaltbild. durch Einwirkung der Zungenfeder 11 auf die

In der F i g. 1 bedeutet 1 eine Schwingzunge, die Schwingmasse 5 verkürzt wird.

an einer Einspannstelle 2 in eine Haltevorrichtung 3 20 Die Schwingungsdauer des schwingungsfähigen eingespannt ist und deren der Einspannstelle 2 gegen- Systems der Kontakteinrichtung setzt sich bei der gec\ überliegendes Ende 4 eine aus ferromagnetischem troffenen Anordnung aus zwei Teilbeträgen zusam- ^J Werkstoff bestehende Schwingmasse5 aufweist. Die men; es sind dies, ausgehend von der in der Fig. 1 Schwingzunge 1 trägt nahe der Einspannstelle 2 ein dargestellten neutralen Lage, einmal eine erste HaIb-Kontaktelement 6, das einem auf einem mit der 25 periode, während welcher z. B. die Zungenfeder 11 Haltevorrichtung 3 starr verbundenen Bügel 7 be- wirksam ist, dann ein kurzer Abschnitt der zweiten festigten Kontaktstück 8 gegenüberliegt. Das Kon- Halbperiode, während dessen Dauer die Schwingtaktelement 6 und das Kontaktstück 8 bilden zusam- masse 5 einen dem Kontaktabstand entsprechenden men einen Tastkontakt 9. Als Stromzuführung für das Weg zurücklegt, wobei die volle Länge der Schwing-Kontaktelement 6 der Schwingzunge 1 dient ein über 30 zunge 1, das ist die Federlänge von der Schwingdie Einspannstelle 3 hinausragender Teil 10 der masse 5 bis zur Einspannstelle 2, wirksam ist, und Schwingzunge 1. außerdem der übrige Teil der zweiten Halbperiode, Im Schwingungsbereich, vorzugsweise in der par- in dem die Schwingzunge 1 praktisch mit dem Kon- '·■ allel zur Zeichnungsebene liegend zu denkenden takt 9 als Einspannpunkt frei schwingt, bei der in der j Schwingungsebene der Schwingzunge 1 ist parallel zur 35 F i g. 1 dargestellten Lage nach unten.
Schwingzunge 1 eine Zungenfeder 11 mit der Halte- Die Eigenschwingungszahl des schwingungsf ähivorrichtung 3 fest verbunden; ihr freier, in Richtung gen Systems ergibt sich als reziproker Wert der zueines Elektromagneten 12 weisender Endteil 13 liegt s ammengesetzten Schwingungsdauer. Durch geeig- ; an der Schwingmasse 5 an einer vorzugsweise nahe nete Wahl der Federkonstanten der Schwingzunge 1 dem Massenschwerpunkt gelegene Auflagestelle 13 40 _und der Zungenfeder 11 sowie durch entsprechende j derselben. Zweckmäßig ist die Zungenfeder 11 an der Bemessung der Schwingmasse 5 und Anordnung des Auflagestelle 13 in geeigneter Weise gerundet. Die Tastkontaktes 9 läßt sich beispielsweise eine Schwinfeste Verbindung der Zungenfeder 11 mit der Halte- gungsdauer einer ersten Halbwelle von 10 Millisekun- h J vorrichtung 3 wird beispielsweise durch ein Klemm- den (entsprechend 50 Hz) und eine Schwingungs- ; stück 14 hergestellt. Mit Vorteil sind die Schwing- 45 dauer der folgenden zweiten Halbwelle von 30 Millizunge 1 und die Zungenfeder 11 in der Haltevorrich- Sekunden (entsprechend 16²/3 Hz) einstellen, so daß tung 3 so eingespannt, daß sich diese in entspanntem die gesamte Schwingungsdauer für eine volle Periode Zustand beider Federn an der Auflagestelle 13 leicht einer Schwingung des schwingungsfähigen Systems berühren. Dabei hat das Kontaktelement 6 einen de- 40 Millisekunden, entsprechend einer Eigenschwinfinierten, möglichst kleinen Abstand vom Kontakt- 50 gungszahl von 25 Hz beträgt. Diese Frequenz von stück 8. Dieser Kontaktabstand beträgt einige zehntel 25 Hz kann durch Speisung des Elektromagneten 12 Millimeter, beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm. In beson- mit Netzwechselstrom von 50 Hz angeregt werden, ders gearteten Fällen kann die Schwingmasse 5 in Selbstverständlich sind auch verschiedene andere Wegfall kommen; die Zungenfeder 11 liegt dann un- Abstimmungen des schwingungsfähigen Systems mittelbar an der Schwingzunge 1 an. 55 denkbar, beispielsweise derart, daß die Eigenschwin-Das zwischen dem Kontaktelement 6 und der Ein- gungszahl eine Harmonische zur Frequenz des den spannstelle 3 liegende Teilstück der Schwingzunge 1 Elektromagneten 12 erregenden Wechselstromes bilweist eine leichte Vorspannung auf, so daß ein Teil det. Vorzugsweise ist die Frequenz des den Elektrodes Kontaktelementes 6 bei beliebigen Gebrauchs- magneten 12 erregenden Wechselstromes jedoch eine lagen der Kontakteinrichtung an einem Anschlag 15 60 Harmonische zur Eigenschwingungszahl der Schwingder Haltevorrichtung 3 anliegt. Eine aus der F i g. 1 zunge 1, d. h. des die Schwingzunge 1 aufweisenden ersichtliche asymmetrisch versetzte Anordnung des schwingungsfähigen Systems. Bei gegebener Frequenz Elektromagneten 11 gegenüber der Schwingmasse 5 des Erregerwechselstroms läßt sich eine Abstimmung stellt ein günstiges Anschwingverhalten der Schwing- auf gewisse niedrige Eigenschwingungszahlen einfach zunge 1 sicher. Selbstverständlich können Justier- 65 erzielen, wenn die Schwingmasse 5 permanent magnet mittel, z. B. Stellschrauben, vorgesehen werden, um tisch polarisiert wird. Als Schwingmasse 5 dient in den Kontaktabstand des Tastkontaktes 9 beliebig ein- diesem Fall ein Dauermagnet,
zustellen. In der Regel liegt die Einstellung jedoch Da der Kontaktabstand des Tastkontaktes 9 nur

sehr klein ist, befindet sich dieser Kontakt während annähernd 30 Millisekunden, das ist ³U der gesamten Schwingungsdauer, in geschlossenem Zustand, in welchen er wegen seiner geringen Geschwindigkeit nahezu prellfrei übergeht. Die Anordnung des Elektromagneten 12 ist vorzugsweise 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 F i g. 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 schwingungsfähigen Systems sicherstellt.

Eine etwas vereinfachte Ausführungsform der Kontakteinrichtung zeigt die F i g. 2, in der gleiche Teile wie in der Fig. 1 gleiche Bezugszahlen tragen. Bei dieser Anordnung sind die Funktionen des in der F i g. 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 F i g. 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 F i g. 1 beschriebenen entspricht.

Über 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 erkennen. Der Tastkontakt 9 liegt elektrisch in Reihe mit einem aus einem Kondensator 17 und einer Spule 18 bestehenden elektrischen Schwingkreis 19 an einer Wechselspannungsquelle, beispielsweise an einem Wechselspannungsnetz mit einer Netzfrequenz 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 ÄC-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 Millisekunden, 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 gleichzeitig 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 mit einem Spannungsmaximum der Netzwechselspannung zeitlich zusammenfällt.

Der gesamte Netzkomplex des Wechselstromnetzes dämpft den Schwingkreis 19 verhältnismäßig 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 Nockentastkontakten zu bewältigen war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 9. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 5, Patentansprüche: gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Federkonstanten von Schwingzunge (1) und

1. Kontakteinrichtung mit einer einseitig ein- Zungenfeder (11), daß die Eigenschwingungszahl gespannten Schwingzunge, die an ihrem der Ein- 5 der Schwingzunge (1) allein 16²/s Hz und während spannstelle gegenüberliegenden Ende eine aus ihres Anliegens an der Zungenfeder (11) 50 Hz ferromagnetischem Werkstoff bestehende, im beträgt.

Kraftfeld eines Elektromagneten angeordnete 10. Kontakteinrichtung nach Ansprüchen 7

Schwingmasse und ferner ein Kontaktelement und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro-

trägt, das einem mit einer Haltevorrichtung für io magnet (12) in Richtung der Zungenfeder (11)

die Schwingzunge starr verbundenen Kontakt- versetzt angeordnet ist.

stück gegenüberliegt, wobei im Schwingungs- 11. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 3,

bereich der auf eine bestimmte Eigenschwin- dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingzunge

gungszahl abgestimmten Schwingzunge eine in (1) bzw. die Schwingmasse (5) magnetisch per-

der Haltevorrichtung eingespannte Zungenfeder 15 manent polarisiert ist.

angeordnet ist, die während eines Teiles einer 12. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, Schwingungsperiode der Schwingzunge anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschwindadurch gekennzeichnet, daß die gungszahl eine Harmonische zur Frequenz des Schwingzunge (1) aus einer mit einem elektrischen den Elektromagneten (12) erregenden Wechsel-Kontakt (6) versehenen Feder besteht und an 20 stromes ist.

einem Ende starr eingespannt ist, daß dieser Kon- 13. Kontakteinrichtung nach Ansprüchen 1 takt (6) während mindestens einer halben bis 12, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Schwingungsperiode mit einem Gegenkontakt (8) Schalter zum periodischen Anschalten eines elekin Berührung steht und daß dieser Kontakt inner- irischen Schwingkreises (19) an ein Wechselspanhalb des Abschnittes zwischen Einspannstelle (3) 25 nungsnetz.
und der Berührungsstelle zwischen Schwingzunge

(1) und Zungenfeder (11) und auf der dieser Be-

rührungsstelle entgegengesetzten Blattseite der
Schwingzunge angeordnet ist.

2. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, da- 30 Die Erfindung betrifft eine Kontakteinrichtung mit durch gekennzeichnet, daß die Zungenfeder (11) einer einseitig eingespannten Schwingzunge, die an parallel zur Schwingzunge (1) in deren Schwin- ihrem der Einspannstelle gegenüberliegenden Ende gungsebene angeordnet ist. eine aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende,

3. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, da- im Kraftfeld eines Elektromagneten angeordnete durch gekennzeichnet, daß die Zungenfeder (11) 35 Schwingmasse und ferner ein Kontaktelement trägt, an einer der Schwingzunge (1) befestigten das einem mit einer Haltevorrichtung für die Schwing-Schwingmasse (5), vorzugsweise möglichst in zunge starr verbundenen Kontaktstück gegenüber-Nähe des Massenschwerpunktes derselben, an- liegt, wobei im Schwingungsbereich der auf eine liegt. bestimmte Eigenschwingungszahl abgestimmten

4. Kontakteinrichtung nach Ansprüchen 1 40 Schwingzunge eine in der Haltevorrichtung einge- und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen- spannte Zungenfeder angeordnet ist, die während feder (11) an ihrem an der Schwingzunge (1) bzw. eines Teiles einer Schwingungsperiode der Schwingan der Schwingmasse (5) anliegenden Teil gerun- zunge anliegt.

dete Kanten aufweist. Aus der USA.-Patentschrift 3 221120 ist bereits