DE1564011A1

DE1564011A1 - Kontaktelemente fuer elektrische Schalt- und Schleifkontakte

Info

Publication number: DE1564011A1
Application number: DE19661564011
Authority: DE
Inventors: Savage Robert Hull
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-06-21
Filing date: 1966-06-18
Publication date: 1970-01-22
Also published as: CH459330A; GB1141474A; US3290472A; DE1564011B2; JPS4630537Y1; FR1483421A

Description

PcdentanwaU

Dr.-Ing. Wilhelm Beicnel Frankfurt/Main-1

Parksiraßel3 4754

General Electric Company, Schenectady N.Y_e/USA

Kontaktelemente fUr elektrische Schalt- und Schleifkontakte

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kontaktelemente zum Abnehmen und Zuführen von Strom in elektrischen Geräten und insbesondere auf Schalt- und Schleifkontakte, die derartige Kontaktelemente enthalten»

Wegen ihrer natürlichen Schmierfähigkeit werden zum Abnehmen und Zuführen von elektrischem Strom in weitem HaBe. Kohlebürsten verwendet, Bas verwendete Material, im allgemeinen Graphit, besitzt jedoch den Navhteil, daß es keim Gebrauch schnell verschleißt und einen höheren elektrischen Kontaktwiderstand als beispielsweise die Metalle Kupfer, Silber, Gold, Palladium oder Platin aufweist„ Es ist versucht worden, den übernormalen Verschleiß von Kohlebürsten dadurch herabzusetzen, daß man das Graphit durch Einlagerune von Metallen, z.B. Kupfer oder Silber, durch Zugabe fester Schmiermittel, z*B. MolybdändisulfId^oder durch das^Einbringen organischer Verbindungen in die Kontätkörper imprägniert. Der Grund für die verschiedenen Modifikationen der Kohlebürsten mag zwer unterschiedlich sein, doch wird im allgemeinen das gleiche Ziel erreicht, nämlich eine Verringerung der Verschleißgeschwindigkeit· Die Verringerung der Versohleißgeschwindlgkeit kann entweder durch direkte Schmierwirteutt^ oder durch Verringerung des elektrischen Ausbrennens aufgrund einer verbesserten Stromleitung bewirkt werden.

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Metallkontakte In Schalt» oder Schleifkontakten haben den Nachteil, daß, well sie nicht schmierfähig sind, ein fortwährendes Verschweißen zwischen dem Kontaktelement und der Oberfläche, von der der Strom abgenommen weden soll, auftritt. Das Fehlen der Schmierwirkung kann außerdem zu Bogenbildur.gßn führen, wobei rauhe Bereiche In der Metalloberfläche entstehen und dadurch weitere Bogenbl!düngen hervorgerufen werden, was schließlich zu einer Selbstzerstörung führt. Kontakte]emente aus Metall haben jedoch, obwohl sie nicht zufriedenstellend arbeiten, den Vorteil, daß sie gute elektrische leiter sind.

Nach der Erfindung ist daher, ein zusammengesetztes Kontakt element zur Stromabnahme mit einer blanken Kontaktfläche vorgesehen, deren äußerer Bereich pus Metall besteht, das ein frei liegendes Konzentrat aus einem elektrisch leitenden Material geringen Haftvermögens umgibt, welches einen höheren elektrischen Widerstand als das Metall aufweist. Außerdem ist nach der Erfindung ein stromübertrageiler Kontakt mit zwei gegenüberliegenden und gegeneinander bewegbaren Kontaktelementen vorgesehen, wobei das eine Kontätelement das oben beschriebene zusammengesetzte Kontaktelement 1st. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieses stromübertragenden Kontaktes enthält das andere Kontaktelement einen gegen das eiste Kontaktelement gerichteten vorspringenden Teil, der beim Schließen des Kontaktes gegen des Material geringen Haftvermögens unter Bildung eines elektrischen Kontaktes anliegt, bevor der äußere Bereich mit dem restlichen Teil des zweiten Kontaktelementes in Berührung gelangt. Das Material geringen Haftvermögens enthält vorzugsweise Graphit oder ein festes Schmiermittel.

Die Kontaktelemente nach der Erfindung lassen sich sowohl in Schleifkontakten als auch in Schaltkontakten verwenden, wobei

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eln guter elektrischer Leiter in Form einer Metallhttlso mit einem Kern aus einem elektrisch leitenden Material geringen Haftvermögens kombiniert wird, der weder an der Kontaktfläche klebt, wenn der Strom durch einen Gleitkontakt abgenommen wird, noch verdampft oier verspritzt, wenn er den verschiedenen elektrischen Störungen ausgesetzt ist, die für Schaltkontakte charakteristisch sind.

Die Kontakt elemente nach, der Erfindung werden auch zur Herstellung zusammengesetzter Schaltkontaktelemente verwendet, die eine äußere Metellhülee und einen Kern aus einem elektrisch leitenden, schmierfähigen Material enthalten, welches beim Schließen des Kontaktes mit einem bewegbaren Teil eine» angrenzenden Kontaktelementes in Berührung gelangt. Dadurch bestdi tier Kontakt im geschlossenen Zuetand des elektrischen Schaltkonteües, nachdem dieser zunächst einmal durch den Kern aüb leitendem schmierfähigen Material geschlossen ist, zwischen dem Metallteil des angrenzenden Kontaktelementes, und der Metallhülse des zusammengesetzten Kontaktelementea.

Dies? und weitere vorteilhafte Kontakte erhält man erfindungsgemäß durch Verwendung kleiner metallener Kontaktelemente, bei denen ein großer Teil des Querschnitte aus einem elektrisch leitenden, schmierfahlgen Material besteht. Die Hentellung der Kontaktelemente gesohleht In der Weise, daß entweder in einem Metallkontekt eine Aussparung vorgesehen wird, die «an dann mit des aohmlerfählgen Kern füllt, indem man einen Stab aus sohmlerfählgem Material hineinpreßt, oder daß irgendein enderes wirtschaftliches Verfahren gewählt wird. Dieses kann darin bestehen, daß man einen Metallzylinder mit einem Kern aus elektrisch leitendem, schmierfähiger Materiel füllt, die Enden des Zylindere mit einem Stöpsel versieht, das Ganze euf einen kleineren Durchmesser einschnürt urd

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In einen kleinen Draht mit des erforderlichen zusammengesetzten .' Querschnitt auszieh+. Hoch dom Aueziehen zu einen Draht kann »en dlefiön ant din eifnSn^i \he Länge schneiden. Die äußeren Kontakt* hüleen der zusaEmsragese^stun Drähte bestehen In allgemeinen sue · KUjfer und Silber, doch können auch andere Metalle verwendet werden. Der Kern besteht *.B, aus Graphit, Molybdlndlsulfld (welches modifiziert wird, un es el&rlsch leitend tu machen) oder Mischungen aus Silber und Graphit«

Die Erfindung wird nun euch anhand der belllegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zu? itfsÜHg der Aufgabe Im Sinne dor Erfindung beitragen können und mit den Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Die Figo 1 zeigt einen kleinen zusammengesetzten lontaktlpjf mit einer Metallhülse und eine« Graphitkern·

Die Flg. 2 zeigt ein kleines Stück eines sueammengeeetzeii Dreht β ο rail einer abgeprägten Kont ktfläohe.

Die Pigr 3, die aue din Fig. 3a, 3b und 3c besteht, zeigt

Verfahreii&schrltte bei der Herstellung der zusammengese^rter. T>rHhie nach der Fi£_o ?.»

Die Figc 4 zeigt öle Verwendung oines Koni»ktelementes nach der Fif ? -Jr einem RohaJikontfkfc, und

b steigt <Ί·? Zuwendung eines zuiunm angesetzten D^8htes nach der Fi^. 2 in Verbindung mit einer Zeitg^bersoheihe ^ur Steuerung eines Motors.

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Der kleine Kontektknopf Io nach der Flg. 1 entsteht aus olnem Metallknopf, Indes man In diesem eine Aussparung 11 ausb:.ldet und dann einen eng sitzenden Kohlestab 12 In die Aussparung hineinpreßt. Babel erhält man ein zusammengesetztes Kontakt element mit einem Querschnitt, der zu einem hohen Prozentsatz aus Meterla1 geringer Haftfähigkeit besteht, welches als notwendiges Schmiermittel für die MetallJlttlse dient, die mit derjenigen Oberfläche in Berührung gebracht wird, von der der Strom abgenommen werden solle Das feste Hineinpressen des Graphitstabes 12 In die Aussparung 11 stellt einen guten elektrischen Kontakt awiβcheη dsm Graphitkern und der Metallhülse 13 her₉ Die Metρ11-hülse 13 besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Silber, obwohl auch andere Metalle oder Legierungen verwendet werden können»

In ähnlicher Weise besteht nach der Figo 2 der zusammengesetzte Draht 16 aus einer MetelXhülse 17$ die als guter elektrischer leiter wirkt, und aus einem Kern 18 aus elektrisch leitendem, schmierfähigen Material» Ein weiterer besonderer Vorteil der Verwendung eines Metalls als Außenwand für den Draht besteht darin, daß auf mechanischem Wege, ZoB. durch Löten oder Schweißen« leicht Anschlußse hergestellt werden können_o Der Außendurahmesser des Drahtes hängt von der besonderen Anwendung ab» Gemäß der Erfindung sind jedoch Drahtdurchmesser zwischen o,o25 und o,15 mm (10 - 60 mils) geeignet. Das Verhältnis des Kerndurohmossers zur Wandstärke der Metal:hülse beträgt vorzugsweise 1:1 bis 20sl,

Das für den Kern zu verwendende Material läßt sich relativ einfach finden«. Es muß frei sein von korrodierenden Verunreinigungen und darf selbst nicht korrodierend sein, damit die umgebende Metallhülse nicht beschädigt wird» Xm kompakten Zustand sollte das Material des Kerns weiterhin einen Reibungskoeffizienten

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gegen das Material selbst oder gegen Kupfer oder Silber aufweisen,der kleiner als etwa o,5 ist und vorzugsweise zwischen o,25 und o,o5 liegt, und sollte einen spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ohm · cm besitzen«

Materialien mit diesen Eigenschaften sind Graphit, eine Misohung von Graphit mit Silber oder Kupfer, Mischungen von Graphit mit einem festen Schmiermittel wie Molybdän- oder WolframdisuXfId' und leitendes Molybdän oder WolframdisulfId_o

Die Fig. 3 zeigt die einzelnen Verfahreneschritte bei der Herstellung des Drahtes nadh der Fig, 2„ Zunächst wird ein zylindrischer Körper oder Barren 20 (Fig. 3a) hergestellt, welcher aus einem Rohr 21 besteht, das mit gepreßtem Pulver oder körnigem Material 22 gefüllt 1st, welches den Kern darstellt. Das Füllmaterial, z.B. Graphit, wird während der folgenden Einsehnür- und Ziehvorgänge mittels Kappen oder Stöpseln 23 und 24, ie an den Enden des zylindrischen Körpers am Rohr 21 angeschweißt oder anders befestigt sind, im zylindrischeα Körper festgehalten. Der zylindrische Körper wird dann so stark eingeschnürt, daß nachfolgende Ziehvorgänge möglich sind. Anschließend wird der zusammengesetzte Körper, dessen Durchmesser schon verkleinert ist, mehreren Ziehprozessen unterworfen, die in den FIg₉ 3b und 3c gezeigt sind und die einen zusammengesetzten Draht ergeben, dessen endgültiger Querschnitt klein 1st. Die Verkleinerung des Rohrs und des Kerns von der ursprünglichen Größe auf die Drahtgröße sollte etwa 90 i> betragen. Der fertige zusammengesetzte Draht kann nun je nach Bedarf In unterschiedliche längen geschnitten werden.

Die Verwendung der Kontaktelemente nach der Erfindung 1st Mspielhaft in den Flg. 4 und 5 gezeigt. In der Flg. 4 wird aln

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Kontaktknopf 10 nach der Fig· 1 In einem Sohaltkontakt verwendet. Er let dazu auf einem elastisch bewegbaren Tedererm 31 befestigt. Bin Motor 32 wird in Abhängigkeit von den Befehlen eine» Zeitgebers 33 betätigt, wie es z.B. in automatischen Waschmaschinen üblich 1st. Der Zeitgeber 33 wird von einer Weohselspannungsciuelle von UO ToIt gespeist, die auch den Motor 32 betreiben soll. Auf Befehl des Zeitgebers 33 wird eine Spule 34 betätigt, die den feder« arm 31 anzieht. Dabei wird der Kern 12 des Kontaktelementes Io gegen einen eindrückbaren Stift 36 eines ortsfesten Kontaktelementes gedrückt, wodurch der Stift 36 gegen die Wirkung einer Feder 3? nach Innen bewegt wird, welche In einem Hohlraum 38 des ortsfesten Kontaktelementθβ 39 ruht. Auf diese Art wird der elektrische Kontakt Bwlsohen den Kern 12 und dem eindrückbaren Stift 36 geschlossen. Danach, wenn der Stift 36 nach innen gedrückt 1st, liegt die sylindrieche Netallhülse 13 des zusammengesetzten Kontaktelementes Io, die den Kern 12 umgibt, an der Stirnfläche des ortsfesten Kontaktelementes 39 an. Wegen dee geringeren elektrischen Widerstandes übernimmt die Metallhülse dann die Aufgabe der Stromübertragung durch den Schalter; Wenn der Sohaltkontakt geschlossen 1st, liegt die erforderliche Spannung am Motor 32ο Auf Befehl des Zeitgebers 33 wird der Kreis unterbrochen, indem die Met^11hülse 13 des susammengesetzten Kontaktelementes von der StirnflUohe des ortsfesten Kontaktelementes 39 wegbewegt wird, wVbel keine Bogenblldungen stattfinden können» we:.l immer noch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kern 12 und dem eindrückbaren Stift 36 besteht. Durch die Verwendung einer derartigen Einrichtung kann der Kern 12 dazu verwendet werden, die Schaltfunktionen auszuüben, während im geschlossenen Zustand dann ein Metall-Kontakt aufrecht erhalten wird.

Die in den Pig« 1 und 2 gezeigten Kontakt elemente sind sum Zwecke der Stromabnahme beliebig austauschbar und daher gelten die Anwendungsbeispiele gleichermaßen für beide AusführiLagsbelsplele.

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Zn der fig· 5 «teilt eine Zeltgebereeheibe 41 einen Teil einee Zeitgebers der, wie er ».B. in automatischen Waschmaschinen verwendet wird (nicht geselgt). An der Zeltgebersohelbe 41 * liegt ein susammengesetster Dreht en, wie er in der Tig. 2 geselgt ist. Der Schleifkontakt 42 wird in ort »feet er lege gehalten, dealt bei einer Drehung der Zeitgebersehelbe 41 die Mitgebenden Kontaktflächen 47 mit dem Sohleifkontekt 42 in Berührung gelengen· Die Zeitgeberseheibe 41 selbst besteht aus nichtleit«tea Materiel, während die Kontaktflächen 43 aus leitende« Material sind. Die Bogenlänge der einseinen Kontaktflächen 43 bestimmen suesmmen ■it der Drehgeschwindigkeit der Zeltgebersoheibe 41 die Zeitspannen, während denen irgendein automatischer Vorgang ausgeführt werden soll, well irgendein elektrischer Schaltkreis über eine Sinfelelektrode 44, eine Zuleitung 46, die spezielle Kontaktfläche 43 und den Sohleifkontekt 42 geschlossen 1st. Eine Unterbrechung des Betriebs des Motors tritt ein, wenn die elektrisch nichtleitenden felle der Drehscheibe 41 gegen den Sohleifkontekt 42 anliegen.

Die Verwendung des KusammengeeetEten Drehtee nach der flg. 2 1st besonders vorteilhaft, da durch Ihn swel Aufgeben gelöst werden. Wegen der Schmierfähigkeit des Kerns und «einer elektrisch« Leitfähigkeit: kenn eine Metellhülse verwendet vrtrten, die den Kern umgibt und den susammengesetsten Draht mechanisch stibll macht, und die in direkter elektrischer Berührung mit der Kontaktoberfläche steht, so daβ eine wirkungsvolle Strom* ebnehee möglich 1st.

Die beschriebenen Iont Afc element·, die eine neue, vorteilhefte Kontaktierung ermöglichen, sind besonders nutBlich, well durch Auswahl geeigneter Materialien gleichseitig eine Sohmlerwlrkuag eine gute elektrische Leitfähigkeit erreicht wir*.

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Claims

Fs tentansprüche

Zusammengesetztes elektrisches Kontakt element zur Stromabnahme mit einer blanken Kontakt fläche, dadurch gekennzeichnet;, daß die Kontaktfläche einen äußeren Bereich (13) aus Metall aufweist, der mit einem freiliegenden, elektrisch leitenden Material (12) geringer Haftfähigkeit ausgefüllt ist, welches einen höheren elektrischen Widerstand als des Mntall bssits*·

2ο Elektrischer Kontakt mit zwei gegeneinander bevregbaron
Kantaktelementen₉ von atmen das eine ein Kontaktelement nach Anspruch 1 istj, ds-dureh gek sanse iein nt, daß des andere Kon takt element (39) einen gegen das erst»;
Eontaktelement (lo) vorspringen«!©» Stift (36) aufweist ₉
der beim Schließan des lonfsktes gegen das Materiel geringer Haftfähigkeit anliegt, feev©r der äußer© Bereich (13) ei*-- dem restlichen Teil £39) ^©® eiadaren Kontalctelamentes in
Bertikrimg kommt _e

3 ο El&ktrisoher Kontakt nach Ansprüchen 1 oder 2, de durch gekennzeioh met? daß das Material geringer Heftfähigkeit Grephi oder ein festes Schmiermittel enthält

BADORiGfNAL,

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L e e r s e i t e