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Kontakt anordnung insbesondere Relais
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-Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Derartige Kontaktanordnungen werden insbesondere bei Relais eingesetzt
und haben gegenüber anderen Anordnungen erhebliche Vorteile. Die elektrischen Anschlüsse
sind unmittelbar in einer Trägerplatte eingelassen, die in der Regel aus Kunststoff
gefertigt ist. Dadurch bedarf es keiner besonderen manuellen Montage der elektrischen
Anschlüsse. Die ortsfeste Kontakte der Kontaktanordnung bestehen aus einem starren
Material und befinden sich in kurzem Abstand von der Trägerplatte. Es sind keine
besonderen Elastizitätsanforderungen an diese ortsfesten Kontakte zu stellen. Durch
Ausbildung des beweglichen Kontaktes als Federelement, das mit seinem elektrischen
Anschluß in der Trägerplatte befestigt ist, ist einerseits spielfreie Bewegbarkeit
des Kontaktes gegeben, der über eine Kontaktfläche mit den kurzen, ortsfesten Kontakten
zusammenarbeitet und andererseits keine zusätzliche elektrische Leitung, z.B. Kupferlitze
zwischen elektrischem Anschluß und Kontaktniete erforderlich. Außerdem stellt sich
der Kontakt als Federelement selbsttätig zurück, so daß keine zusätzliche Rückholfeder
erforderlich ist.
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Derartige Kontaktanordnungen sind bekannt aus DGM 1 906 109 und DE-AS
12 78 009 und DE-OS 25 56 748.
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Die DGM g 906 109 beschreibt,eine Kontaktfeder, die aus einem haarnadelförmigem
Draht gebildet ist, der einseitig an einem ortsfesten elektrischen Anschluß befestigt
ist und dessen anderes Ende durch ein Kontaktbetätigungselement im wesentlichen
in der durch die Haarnadelform gebildeten Ebene zu einem ortsfesten Kontakt hin
bewegt wird. Zusätzlich ist die Kontaktfeder an ihrem freien Ende abgewinkelt, um
während des Andrucks an den ortsfesten Kontakt einer zusätzlichen Torsion des haarnadelförmigen
Federteils zu unterliegen.
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Eine derartige Anordnung weist ein mehrfach gebogenes Federelement
auf, wobei die Biegungen vor der Montage vorgenommen worden sein müssen.
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Die DE-AS 12 78 009 zeigt ein einseitig ortsfest eingespanntes Federelement
das aus einer mehrfach gebogenen Blattfeder besteht. Durch die mehrfache Biegung
wird unter eingeschränkten Platzverhältnissen die wirksame Feder länge der oben
einseitig betätigten Kontaktfeder verlängert. Die Kontaktfläche wird von einem Betätigungselement
auf einen Kreisausschnitt mit Ankerlager-Mittelpunkt bewegt. Das Federelement weist
mehrfache Biegestellen auf, die vor der Montage ausgebildet werden und besteht zudem
aus zwei Teilen.
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Die DE-AS 25 56 748 zeigt eine Kontaktanordnung, bei der das Federelement
aus einem V-förmig gebogenen Federblech besteht, daß an seinem freien Ende eine
Kontaktfläche trägt, die durch ein Betätigungselement in der Ebene, die von der
V-Form gebildet wird, bewegt wird.
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Das V-förmige Federelement weist zwei Biegestellen ar, die vor der
Montage ausgebildet werden müssen.
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Bieeostellen an Federelementen sind nachteilig. Zunächst kann ein
Federelement nicht in Form des Rohmaterials verwendet werden, in de es bezogen wird.
Mindestens ein zusätzlicher Arbeitsgang für die Ausformung der Biegestellen ist
erforderlich. Biegestellen verändern die Struktur des Federmaterials, so daß die
Federeigenschaften nicht die gleichen des Ausgangsmaterials sind. Eine evtl. notwendige
Temperung nach der Biegung ändert die Federeigenschaften nochmals. Durch Biegestellen
bekommt daher das Federelement nicht exakt voraussagbare Federeigenschaften, worunter
die Reproduzierbarkeit der Kontaktbetägigungskräfte leidet. An Biegestellen ist
zudem das Federmaterial einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt, so daß Materialermüdungen
an diesen Stellen zusätzlich auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktanordnung gemäß
der Gattung des Oberbegriffes anzugeben, die ein Federelement ohne Biegestellen
aufweist und damit die Nachteile vermeidet, die mit Biegestellen verbunden sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Kennzeichnungsteil
des Hauptanspruches.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß ein ebenes Federelement
verwendet wird, daß durch einen Schlitz in zwei Teile aufgespalten ist, die sich
durch den Angriff des Betätigungselementes zu einer V-Form elastisch verformen lassen.
Die Bewegung erfolgt senkrecht zur Ebene des als Blattfeder ausgebildeten Federelementes.
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Eine derartige Ausformung des Federelementes ist vorteilhaft.
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Durch eine Ausführung als im wesentlichen ebene Blattfeder von im
wesentlichen rechteckiger Form wird erreicht, daß bei Herstellung des Federelementes
unmittelbar vom Rohmaterial ausgegangen werden kann und keine zusätzliche iegevorrichtung
notwendig ist. Eine dreieckige Form bietet gleiche Vorteile.
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Durch räumliche Nähe von Befestigungspunkt und Kontaktfläche wirken
sich Rohmaterialungleic}iinäßigkeiten nur unbedeutend aus.
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Dadurch, daß keine vorgeformten Biegestellen notwendig sind, entfallen
alle Nachteile, die mit der Vorformung der Biegestellen auftreten. Durch einen Schlitz
zwischen Kontaktfläche und elektrischem Anschluß wird die Beweglichkeit der Kontaktfläche
gegenüber dem ortsfesten elektrischen Anschluß ohne großen Raumbedarf und mit geringen
Kräften erreicht, da sich die wirksame Federlänge bei gleicher Längsabmessung etwa
verdoppelt.
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Dadurch, daß der Schlitz in einer im wesentlichen kreisförmigen Öffnung
endet, wird erreicht, daß Spannungskräfte beim elastischen Verformen der Blattfeder
am oberen Ende gering bleiben und damit die Torsionskräfte.
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Durch Angriff des Betätigungselementes nahe der Kontaktfläche wird
erreicht, daß mit besonders kleiner Kraft ein großer Kontaktweg ausgeführt werden
und die Andruckkraft der Kontaktflächen trotzdem groß sein kann. Die aufzubringenden
Kräfte sind zu Anfang der elastischen Verformung besonders gering, was einem magnetischen
Antrieb des Betätigungselementes entgegenkommt. Die mechanischen Daten des Kontaktes
sind daher gut reproduzierbar, die notwendige Magnetkraft gering.
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Dadurch, daß die im wesentlichen kreisförmige Öffnung am Ende des
Schlitzes so ausgebildet ist, daß die beiden durch den Schlitz gebildeten Federflächen
sich in zueinander
parallelen Geraden schneiden, wird erreicht,
daß sich die Kontaktfläche im wesentlichen senkrecht auf den Gegenkontakt zu bewegt.
Wegen der einseitigen Befestigung des Federelementes am elektrischen Anschluß und
der V-artigen elastischen Verformung der durch den Schlitz getrennten Federflächen
wird erreicht, daß neben einer Bewegung der Kontaktfläche senkrecht zum ortsfesten
Gegenkontakt eine Bewegung in Richtung senkrecht zu der Hauptbewegungsrichtung und
senkrecht zu den zueinander parallelen Schnittgeraden für die Kontaktfläche auftritt.
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Eine derartige Bewegung liegt im wesentlichen parallel zur Berührungsebene
von ortsfestem Kontakt und Kontaktfläche, wodurch erreicht wird, daß kleine Verschweißungen,
die während eines Stromflusses auftreten können, leicht abgeschert werden.
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Dadurch, daß die Blattfeder zusammen mit dem Schlitz und der im wesentlichen
kreisförmigen Öffnung in einem Arbeitsgang aus leitendem Federmaterial geformt werden,
ist eine einfache und preiswerte Herstellung möglich. Dadurch, daß keinerlei plastische
Verformung erforderlich ist, bleiben die Federeigenschaften des Ausgangsmaterial
unverändert erhalten, so daß reproduzierbare und berechenbare Federeigenschaften
für das als Blattfederelement gegeben sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung
eines Ausührungsbeispieles.
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Eii. schlitz 6 erstreckt sicK von der Rechteckseite 7 nach oben und
endet in einer kreisförmigen Öffnung 8. Es entstehen durch den Schffiitz 6 drei
federnde Teile 9, 10, 11.
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Das federnde Teil 9 ist, wie bereits erwähnt, an dem elektrischen
Anschluß 2 über eine Punktschweißverbindung elektrisch leitend mechanisch befestigt.
Zur Kontaktgabe wird das federnde Teil 11 durch das Betätigungselement senkrecht
zur Ebene der Figur 1 elastisch verformt. Das federnde Teil 10 wird dabei auf Torsion
beansprucht. Es ist vorteilhaft, wenn das federnde Teil 10 überwiegend auf Torsion
beansprucht wird. Das ist dann der Fall, wenn das federnde Teil 10 eine relativ
geringe Flächenerstreckung in Richtung des Schlitzes 6 aufweist. Dazu dient eine
möglichst große kreisförmige Öffnung 8. Unterstützt wird die Torsionsbewegung des
federnden Teils 10 durch abgerundete Ecken 5.
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Am in Figur 1 unteren Ende des federnden Teils 11 ist eine Kontaktfläche
12 elektrisch leitend befestigt. Diese Kontaktfläche 12, die auch als Kontaktniete
ausgebildet sein kann, besteht aus etwa 0,5 mm starkem Kontaktmaterial, vorzugsweise
aus AgCdO, das einen Plächendurchmesser von ca. 3 mm aufweist. Die Kontaktfläche
12 ist punktiert gezeichnet, da sie von vorn nicht sichtbar ist.
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Hinter der Kontaktfläche 12 befindet sich die Kontaktfläche 12' und
ein ortsfester Kontakt 13, der ebenfalls in die Trägerplatte 3 eingebettet ist.
Er trägt in der Höhe, in der ihn die Kontaktfläche 12 bei elastischer Verformung
der federnden Teile 9, 10, 11 trifft, eine nicht dargestellte Kontaktfläche etwa
der gleichen Größe, wie die Kontaktfläche 12. Das Material dieser Kontaktfläche
ist ebenfalls AgCdO. Das Trägermaterial des ortsfesten Kontaktes 13 besteht wie
das des elektrischen Anschlusses 2 aus Messing.
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Es zeigen Figur 1 ein Federelement der Kontaktanordnung mit Blick
auf die im wesentlichen ebene Fläche desselben.
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Figur 2 Die Kontaktanordnung in seitlicher Ansicht beim Zusammenwirken
mit einem Betätigungselement.
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Figur 3 Ein Federelement in Dreiecks-Ausführung.
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Bei einem Federelement 1 ist ein elektrischer Anschluß 2 gemäß Figur
1 in eine Kontaktträgerplatte 3 eingebettet.
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Die Kontaktträgerplatte 3 hat etwa eine Stärke von 3 mm.
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Der elektrische Anschluß 2 besteht aus Messing. Sein in Figur 1 unterer
Teil in bezug auf die Trägerplattte 3 ist zum Anlöten oder Aufstecken Van elektrischen
Leitungen eingerichtet. Der obere Teil des elektrischen Anschlusses 2, der etwa
eine Länge Von 5 mm aufweist, ist dadurch eine Punktschweißverbindung mit einer
Blattfeder 4 verbunden, die das wesentliche Teil des Federelementes 1, darstellt.
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Diese Blattfeder wird aus praktisch ebenem Bandmaterial hergestellt.
Das Material hat eine Stärke von etwa 0,2 mm und kann vorzugsweise aus einer Kupfer-Zirkon
Legierung bestehen. Das ebene Rohmaterial wird in Rollenform angeliefert, so daß
es möglicherweise nicht ganz eben ist, sonder eine leichte Krümmung aufweist, die
jedoch für den Anwendungsfall nicht stört und nicht verändert zu werden braucht.
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Durch bekannte Stanz- oder Ätzverfahren wird die Form des Federelements
1 ausgebildet. Sie ist im wesentlichen rechteckig, was bedeutet, daß durchaus Abweichungen
von strenger Rechteckform möglich sind. So kann das Federelement auch trapezförmig
ausgebildet sein. An seinem in der Figur 1 oberen Ende brauchen keine scharfen Ecken
5 vorhanden zu sein. Die Ecken 5 können auch abgerundet sein, was gestrichelt in
Figur 1 dargestellt ist. Eine solche Ausbidlung hat zusätzliche Vorteile, wie weiter
unter dargestellt werden wird.
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Bei Kontaktgabe werden gemäß Figur 2 die federnden Teile 9, 10, 11
wie beschrieben elastisch verformt. Die federnden Teile 9 und 11 stellen im wesentlichen
ebene Flächen dar, die sich in einer Geraden 14 und 14' schneiden, die in etwa von
der Torsionsachse des federnden Teils 10 gebildet wird.
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Diese Gerade liegt im Ruhestand des Federelementes 1 dort, wo in Figur
2 die Gerade 14 gestrichelt eingezeichnet worden ist. Die Geraden 14, 14' verschieben
sich bei elastischer Verformung des Federelementes 1 durch ein Betätigungselement
15 parallel zueinander.
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Das Betätigungselement 15 besteht aus einem Stift, der an einem größeren
Körper eines Ankers eines Relais befestigt ist, wobei sowohl der Anker als auch
das Relais nicht dargestellt sind. Der Angriffspunkt 16 des Betätigungselementes
15 am federnden Teil 11 liegt etwa 80 % der Länge des federnden Elements von den
Geraden 14, 14' entfernt. Dadurch greift das Betätigungselement 15 möglichst nahe
an der Kontaktfläche 12 an und kann geforderte Kontaktkräfte erzeugen. Eine weitere
Verschiebung des Betätigungselementes nach unten ist unzweckmäßig, da gewährleistet
sein muß, daß ein gewisser Kontaktnachlauf gegeben ist. Unter Kontaktnachlauf wird
eine Durchbiegung des unterhalb des angreifenden Betätigungselementes 15 liegenden
federnden Teils 11 bezeichnet. Der Nachlauf ist erforderlich, damit Kontaktabbrand
an den einander zugeordneten Kontaktflächen 12, 12' ausgeglichen werden kann.
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Bei Kontaktgabe und damit paralleler Verschiebung der Geraden 14,
14', bewegen sich nicht nur die Kontaktflächen aufeinander zu, sondern führen eine
Bewegung aus, die senkrecht zu den Geraden 14, 14' verläuft. Diese Bewegung ist
in den Figuren 1 und 2 als Auf- und Ab-Bewegung der Kontaktflächen gemäß einem Doppelpfeil
17 dargestellt. Die Kontaktflächen 12, 12' reiben also beim Berührungsvorgang aufeinander.
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Dadurch wird eine Einschalt-Kontaktreinigung erreicht und beim Ausschalten
bewirkt, daß kleine Verschweißungen zwischen den stromführenden Teilen der Kontaktflächen
12, 12'
abt scher werden, was leichter ist als ein Auseinanderreißen
derartiger Verschweißungen.
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Gemäß Figur 3 kann ein Federelement 18 auch dreiecksförmig ausgebildet
sein, das seinerseits wiederum an einem elektrischem Anschluß 2a durch Punktschweißung
befestigt ist.
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Der elektrische Anschluß 2a ist zusammen mit einem elektrischen Kontakt
13a ortsfest in einer Trägerplatte 3a befestigt. Das Federelement 17 weist einen
Schlitz 6a auf, der es in drei federnde Teile 9a, 10a, und 11a, aufteilt.
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An der in der Figur 3 unteren Dreieckseite 7a ist eine Kontaktfläche
12a befestigt, die mit dem ortsfesten Kontakt 13a über eine von ihm getragene, nicht
dargestellte Kontaktfläche zusammenarbeitet. Eine derartige Ausbildung des Federelementes
18 hat gegenüber einer im wesentlichen rechteckigen Form den Nachteil, daß die Torsionsachse
des federnden Teils 10a ungünstiger verläuft, wodurch die Bewegung der Kontaktflächen
zueinander nicht mehr so günstig ist.
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Eine Ausführung nach Figur 3 stellt mithin eine verschlechterte Ausführungsform
eines im wesentlichen rechteckig ausgebildeten Federelementes dar. Vorteilhaft ist
jedoch, daß Materialeinsparungen gegeben sind.
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Rechteckiges Federelement 1 und dreieckiges Federelement 18 werden
jeweils aus als Rohware angeliefertem Blattfeder-Material in einem Arbeitsgang geformt.
Da keine bleibenden Biegestellen vorgesehen werden müssen, ist nach einem solchen
Arbeitsgang das Federelement bis auf das Anpunkten an einen elektrischen Anschluß
2, 2a und das Anbringen einer Kontaktfläche 12, 12a fertig. Die Eigenschaften der
Rohware bleiben erhalten, so daß die Rohware mit bekannten Federeigenschaften, Kontaktfeder
mit definierten Kontaktkräften und räumlich definierten Kontaktflächen bei günstigen
Herstellkosten ergeben.
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Zusammenfassung: Bei einer Kontaktanordnung insbesondere für Relais
mit mindestens 2 Kontakten sind die elektrischen Anschlüsse ortsfest in einer im
wesentlichen ebenen Trägerplatte befestigt und ortsfeste, starre Kontakte in kurzem
Abstand von der Trägerplatte angeordnet, wobei ein mit den ortsfesten Kontakten
über eine Kontaktniete zusammenarbeitender beweglicher Kontakt als Federelement
ausgebildet ist, an dem ein Betätigungselement angreift, ist zur Vermeidung von
Biegestellen das Federelement als eine im wesentlichen ebene Blattfeder 4 von im
wesentlichen rechteckiger Form ausgebildet, wobei der ortsfeste elektrische Anschluß
2 des Federelementes 1 und die Kontaktfläche an einer Rechteckseite angeordnet sind
und die Blattfeder beginnend von dieser Rechteckseite 7 zwischen Kontaktfläche 12
und elektrischem Anschluß 2 in Richtung zur gegenüberliegenden Seite geschlitzt
ist.