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Kontaktbetätigungsvorrichtung besonders für Relais
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Die Erfindung betrifft eine Kontaktbetätigungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Kontaktbetätigungsvorrichtungen haben die Aufgabe, einen betätigten
federnden Kontaktanschluß gegen einen feststehenden Kontaktanschluß zu bewegen und
dort zu halten, wobei sich an der Kontaktstelle ein elektrischer Übergang bildet.
Zum Auftrennen dieses elektrischen Überganges wird der betätigte federnde Kontakt
vom feststehenden Kontakt mittels Kontaktbetätigungsvorrichtung wieder entfernt.
Auf die Kontaktbetätigungsvorrichtung können magnetische Kräfte zum Herstellen des
elektrischen Überganges an der Kontaktstelle rund Federkräfte zum Aufbrechen der
elektrischen Verbindung wirken. Der betätigte federnde Kontaktanschluß ist dabei
fest mit der Betätigungsvorrichtung verbunden insofern, als er jeder Bewegung derselben
unmittelbar folgt.
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Durch die Elastizität des betätigten federnden Kontaktanschlusses
ist ein sogenannter Kontaktnachlauf gegeben, der dafür sorgt, daß ein Anpressdruck
zwischen betätigtem federnden Kontaktanschluß und feststehendem Kontaktanschluß
auch dann erhalten bleibt, wenn ein gewisser Kontaktabbrand an der Kontaktstelle
im Laufe des Betriebes aufgetreten ist.
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Die Kräfte, die auf die Kontaktbetätigungsvorrichtung wirken und deren
Bewegung veranlassen, können vielfältiger Natur sein. Häufig ist es so, daß die
Kontaktbetätigungsvorrichtung mittels magnetischer Kräfte zu einem Schließen der
Kontaktanschlüsse an der Kontaktstelle führt und das Öffnen der Kontaktanschlüsse
mittels Federkräften vorgenommen wird.
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Aber auch das Umgekehrte ist denkbar. Auch durch Taststifte können
Kräfte auf Kontakte ausgeübt werden.
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Die feste Einspannung des betätigten federnden Kontaktanschlusses
hat Nachteile. Sollte im Verlauf des Betriebes des Kontaktes ein Verschweißen an
der Kontaktstelle auftreten, so ist die mechanische Festigkeit dieser Verbindung
so groß, daß die Kontaktbetätigungsvorrichtung in ihrer Bewegung gehemmt wird, da
die auf sie wirkenden Kräfte so abgestimmt sind, daß sie zwar zur Kontaktbetätigung
ausreichen, nicht jedoch zum Aufbrechen einer verschweißten Kontaktstelle.
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Andere betätigte federnde Kontaktanschlüsse, die von derselben Kontaktbetätigungsvorrichtung
betätigt werden, werden in ihrer Bewegung beeinträchtigt. Eine Trennung der ihnen
entsprechenden Kontaktstellen ist nur insoweit möglich, als es die elastische Verformung
des verschweißten Kontaktanschlusses und das Aufheben der Nachlauf-Verformung ein
Abheben der noch zu öffnenden Kontaktstellen zuläßt. Die noch nicht verschweißten
Kontaktstellen öffnen daher nur auf eine geringe Strecke und nicht auf den konstruktiv
vorgegebenen Kontaktabstand. Die Trennsicherheit einer derartigen Kontaktanordnung
ist begrenzt und ein Verschweißen der noch freien Kontakte wahrscheinlich; da Lichtbogen-Bildungen
möglich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktbetätigungsvorrichtung anzugeben,
die ein Aufhämmern eines verschweißten Kontaktes zuläßt und damit die Betriebssicherheit
eines mit einer derartigen Kontaktbetätigungsvorrichtung ausgestatteten Relais,
Schützes, usw. erheblich verbessert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils
des Hauptanspruches.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß durch die erfindungsgemäße
Ausbildung der Kontaktbetätigungsvorrichtung von derselben
beim
Auftrennen einer Kontaktstelle Energie, die von den auf die Kontaktbetätigungsvorrichtung
wirkenden Kräfte als kinetische Energie bei der Bewegung der.Kontaktbetätigungsvorrichtung
gesammelt wird, beim Auftreffen der Kontaktbetätigungsvorrichtung auf ein die Bewegung
hemmendes Hindernis impulsmäßig abgegeben wird. Die kinetische Energie, die unter
Wirkung der normal auf die Kontaktbetätigungsvorrichtung wirkenden Kräfte auf langem
Weg aufgenommen wird, wird als Produkt von Kraft und Weg auf kurzem Weg als potentielle
Energie abgegeben Die hierbei auftretenden Kräfte sind ein vielfaches der Kräfte,
die während der normalen Bewegung auf die Kontaktbetätigungsvorrichtung wirken.
Die erreichten erheblichen Kräfte sind in der Lage, verschweißte Kontaktstellen
aufzubrechen oder aufzuhämmern.
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Die einzelnen Patentansprüche bringen folgende Vorteile: Dadurch,
daß die Betätigungsanschläge Abstände aufweisen, die im wesentlichen dem Kontaktabstand
entsprechen, vermag die Kontaktbetätigungsvorrichtung einen großen Weg frei zurückzulegen,
bevor nach Berührung des betätigten federnden Kontaktanschlusses mit einem der Betätigungsanschläge
Berührung mit dem anderen zugehörigen Betätigungsanschlag stattfindet. Während dieser
freien Bewegung vermag die Kontaktbetätigungsvorrichtung Energie durch die auf sie
wirkenden Kräfte zu sammeln. Dadurch, daß die Betätigungsanschläge nahe an der Kontaktstelle
liegen, wird die Wirkung auf eine verschweißte Kontaktstelle sehr groß.
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Eine elastische Verformung des betätigten federnden Kontaktanschlusses
kann bis zum Anschlagpunkt nur klein sein, so daß auftretende Kräfte aufgrund des
kleinen Weges sehr hoch sind.
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Anspruch 2 zeigt eine vorteilhafte Bemessung der Abstände von Kontaktanschlägen
und Kontaktabstand in Bezug auf ihre Anordnung längs des betätigten federnden Kontaktanschlusses
insofern, als mit dieser Bemessung eine optimale freie Bewegung der Kontaktbetätigungsvorrichtung
gegeben ist.
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Anspruch 3 macht eine Angabe zur vorteilhaften Bemessung der Anordnung
längs des betätigten federnden Kontaktanschlusses unter Berücksichtigung des notwendigen
Kontaktnachlaufes.
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Anspruch 4 zeigt eine weitere Optimierung der Impuls-Ubertragungs-Eigenschaft
durch Energietransformation auf zwei unterschiedlichen Wegen dadurch, daß bei nur
einer Kontaktart, also nur Schließer oder nur Öffner nur in einer Betätigungsrichtung
Kontaktnachlauf notwendig ist.
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Dadurch, daß nach Anspruch 5 der betätigte Kontakt nicht nur eine
eleastische Eigenschaft zur Erzeugung eines Kontaktnachlaufes, sondern eine Eigen-Rückstellkraft
aufweist, wird erreicht, daß andere Kontakte, die nicht verschweißt sind, und ebenfalls
Eigenrückstellkraft aufweisen, und von der derselben Kontaktbetätigungsvorrichtung
bewegt werden, innerhalb der Lose, die durch den Abstand der Betätigungsanschläge
gegeben ist, voll zurückstellen können und damit den konstruktiv vorgegebenen Kontaktabstand
erreichen.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen Fig. 1 eine Kontaktbetätigungsvorrichtung mit Wechsel-Kontakt.
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Fig. 2 eine Kontaktbetätigungsvorrichtung mit betätigten federnden
Kontaktanschlüssen mit Eigen-Rückstellkraft.
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Bei einer Kontaktbetätigungsvorrichtung 1, gemäß Fig. 1, ist ein betätigter
federnder Kontaktanschluß 2 mittels Umspritzung in einem Formkörper 3 eingesetzt,
der 2 Betätigungsanschläge 4, 5 aufweist. Zwei feste Kontaktanschlüsse 6, 7 bilden
mit Kontaktplättchen 8 Kontaktstellen 9, 10, wenn der betätigte federnde Kontaktanschluß
2 von einem der Betätigungsanschläge 4, 5 gegen einen der festen Kontaktanschlüsse
6, 7 gedrückt wird. Der Druck, den die Kontaktplättchen 8 auf eine der Kontaktstellen
9, 10 ausüben, stammt von der Kraft, die auf die Kontaktbetätigungsvorrichtung 1
entweder mittels Magnetkräften aus einem Magnetbügel 11 oder mittels Federkräften
einer Spiralfeder 12, die als Rückholfeder dient und einen mit dem Formkörper 3
verbundenen Anker 13 vom Magnetbügel 11 abzieht, ausgeübt werden.
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In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist angenommen, daß eine vom Magnetbügel
11 ausgehende Magnetkraft den Anker 13 angezogen hat, so daß der Betätigungsanschlag
4 einen elektrischen Kontakt an der Kontaktstelle 9 erzeugt. Dadurch tritt ein Kontaktnachlauf
auf, der als Abweichung des beweglichen Kontaktanschlusses 2 von einer Geraden (gestrichelt
gezeichnet) erkennbar ist, die mit 14 bezeichnet ist. Ein Kontaktabstand 15 ist
konstruktiv vorgegeben. Ein Abstand zwischen den Betätigungsanschlägen 4, 5 ist
mit 16 bezeichnet. Eine Dicke des Kontaktanschlusses 2 in Höhe der Betätigungsanschläge
4, 5 ist mit 17 bezeichnet. Die an der Kontaktbetätigungsvorrichtung 1 angreifenden
Kräfte drehen dieselbe um eine am Magnetbügel 11 vorgesehene Lagerstelle 18. Mit
19 wird ein Lagerabstand der Betätigungsanschläge 4, 5 und mit 20 ein Lagerabstand
der Kontaktstellen 9, 10 bezeichnet. Die Betätigungsanschläge
4,
5 und mit ihnen der Formkörper 3 der Kontaktbetätigungsvorriehtung 1 erhalten eine
optimale Beweglichkeit, wenn der Lagerabstand 19 der Betätigungsanschläge 4, 5 sich
zum Lagerabstand 20 der Kontaktstellen 9, 10 verhält, wie die Summe aus dem Abstand
16 der Betätigungsanschläge 4, 5 und der Dicke 17 des betätigten federnden Kontaktanschlusses
2 an dieser Stelle zum Kontaktabstand 15.
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Optimal b'deutet hierbei, daß eine minimale Energie für eine volle
Aus lenkung der Kontaktbetätigungsvorrichtung 1 von Feder 12 oder Magnetbügel 11
aufgebracht werden muß, um das Kontaktplättchen 8 von einer Kontaktstelle 9 zu anderer
Kontaktstelle 10 und umgekehrt zu bewegen. Es versteht sich, daß eine noch größere
freie Bewegung des Formkörpers 3 möglich wäre, bevor die Betätigungsanschläge wieder
mit dem betätigten federnden Kontaktanschluß in Berührung kommen, doch dafür wäre
zusätzliche Magnetkraft oder Federkraft aufzubringen, was das Ansprechverhalten
z. B. eines Relais nachteilig beeinflussen würde. Sollte es jedoch in besonderen
Anwendungsfällen notwendig sein, der Konaktbetätigungsvorrichtung eine besonders
hohe kinetische Energie mitzugeben, so ist es gemäß der Erfindung durchaus möglich,
den Abstand 16 der beiden Betätigungsanschläge 4, 5 über das Maß des Kontaktabstandes
hinaus zu vergrößern.
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Die Betätigungsanschläge 4, 5 sollen möglichst nahe an den Kontaktstellen
9, 10 liegen, jedoch nur so nahe, wie es der Nachlauf zuläßt. Würden die Betätigungsanschläge
4, 5 zu nahe an die Kontaktstellen 9, 10 herangebracht, so wäre das zwischen diesen
liegende Teilstück des betätigten federnden Kontaktanschlusses zu kurz, um eine
nennenswerte Durchbiegung durch die von Kontaktstelle und Betätigungsanschlag ausgeübten
Kräfte zu erhalten. Eine solche elastische Durchbiegung, die mit Kontaktnachlauf
bezeichnet wird, ist jedoch für einen sicheren Dauerbetrieb notwendig, damit auch
bei Kontaktabbrand eine sichere Kontaktgabe an den Kontaktstellen 9, 10 gegeben
ist.
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Wenn nach dem Schließen an der Kontaktstelle 9 oder während des Schließvorganges
ein VeSschweißen der Kontaktstelle 9 auftritt, so wird dieselbe durch nachfolgende
Öffnungsvorgänge der Kontaktbetätigungsvorrichtung aufgehämmert, Sobald nämlich
die Magnetkraft aus dem Magnetbügel 11 abgeschaltet wird, zieht die Feder 12 die
Kontaktbetätigungsvorrichtung 1 vom Magnetbügel 11 ab, indem sie sie um die Lagerstelle
18 dreht. Hierbei erhält die Kontaktbetätigungsvorrichtung 1 eine kinetische Energie,
die unbeeinflußt von dem jetzt verschweißten Kontakt ist, da sich die Kontaktbetätigungsvorrichtung
frei bewegen kann. Der Betätigungsanschlag 5 schlägt daher mit nennenswerter Geschwindigkeit
gegen den verschweißten betätigten federnden Kontaktanschluß 2 an. Dabei wird die
Bewegung der Kontaktbetätigungsvorrichtung auf kurzem Weg abgebremst. Dieser Weg
ist umso kürzer, je näher der Betätigungsanschlag 5 in Bezug auf die noch verschweißte
Kontaktstelle 9 an dieser angeordnet ist.
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Denn je näher Kontaktstelle 9 und Betätigungsanschlag 5 beieinander
liegen, desto geringer ist die mögliche elastische Auslenkung des betätigten federnden
Kontaktanschlusses 2.
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Die während der freien Bewegung der Kontaktbetätigungsvorrichtung
angesammelte kinetische Energie wird daher auf kurzem Wege in eine potentielle Energie
und damit in eine Kraft umgewandelt, die weit höher ist, als die Kräfte, die während
der freien Bewegung der Kontaktbetätigungsvorrichtung auf dieselbe wirkten. Diese
Kraft wirkt sowohl auf die verschweißte Kontaktstelle 9 als auch auf das andere
Ende des betätigten federnden Anschlusses 2. Die Kräfte, die auf beide Punkte ausgeübt
werden, teilen sich gemäß dem Abstandsverhältnis auf und zwar so, daß der größere
Kraftanteil auf den näher benachbarten Endpunkt des betätigten federnden Kontaktanschlusses
fällt. Daher ist es aus diesem Grunde günstig, den Betätigungsanschlag 5 möglichst
nahe an die noch verschweißte Kontaktstelle 9 heranzubringen. Eine Verbesserung
der Umwandlung von gesammelter kinetischer Energie in potentielle Energie zum Abhämmern
der verschweißten Kontaktstelle 9 kann durch geeignete Materialbeschaffenheit der
Betätigungsanschläge erreicht werden.
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Das Abhämmern der verschweißten Kontaktstelle 9 beim Aufprall des
Betätigungsanschlages 5 an den betätigten federnden Kontaktanschluß 2 braucHt nicht
beim ersten Mal ein Ablösen der verschweißten Kontaktteile zu bewirken. Vielmehr
können dazu mehrere Bewegungsvorgänge der Kontaktbetätigungsvorrichtung notwendig
werden.
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In der Regel wird eine von der Kontaktbetätigungsvorrichtung betriebene
Kontaktanordnung nicht aus einem einzelnen betätigten federnden Kontaktanschluß
bestehen, sondern aus mehreren derselben. Einige der Kontaktstellen, die auf diese
Weise entstehen, werden nicht verschweißt sein. Beim Abheben des Ankers 13 vom Magnetbügel
11 werden daher die noch freien Kontaktstellen getrennt. Die den freien Kontaktstellen
zugeordneten betätigten federnden Kontaktanschlüsse 2 werden von der reder 12 nicht
bis auf den Kontaktabstand 15 getrennt, sondern verharren in der Nähe der festen
Kontaktanschlüsse.
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Beim Verschweißen des Kontaktpunktes 10 folgt ein entsprechender Vorgang,
bei dem nun Anker 13 im Magnetfeld des Magnetbügels 11 bewegt wird. Die Kontaktbetätigungsvorrichtung
erlangt kinetische Energie in diesem Feld und hämmert dadurch die verschweißte Kontaktstelle
10 wieder auf.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Fig. 2 der betätigte federnde
Kontaktanschluß 2 selbst eine Eigen-Rückstellkraft aufweist und daher ohne weder
12 auszukommen ist. In Fig, 2 werden identisch wirkende Teile mit gleichen Ziffern
bezeichnet wie in Fig. 1. Es handelt sich hierbei um eine Schließkontaktstelle 9.
Nach Verschweißen wird die Kontaktstelle 9 von dem Anschlag 5 aufgehämmert. Parallel
dazu arbeitende und von der Kontaktbetätigungsvorrichtung betriebene Kontakte werden
trotz Verschweißung einer Kontaktstelle 9 durch ihre Eigen-Rückstellkraft so weit
geöffnet, daß der konstruktive vorgesehene Kontaktabstand 15 erreicht wird.
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Nach dem Abschalten der Magnetkraft aus dem Magnetbügel 11
ziehen
die nicht verschweißten betätigten federnden Kontaktanschlüsse durch ihre Eigen-Rückstellkraft
die auf den Betätigungsanschlag 4 wirkt, die Kontaktbetätigungsvorrichtung nicht
nur vom Magnetbügel 11 ab, sondern beschleunigen diese so, daß die dabei von der
Kontaktbetätigungsvorrichtung 1 aufgenommene kinetische Energie einen verschweißten
Kontaktpunkt der Kontaktanordnung durch Abhämmern aufbricht.