DE3608314A1 - Schaltfeder - Google Patents

Description

Schaltfeder, insbesondere für Schalter-Umschalteinsätze mit Schaltkontakten geringer Kontaktdruckkraft, bestehend aus einem Schaltfederhalteglied, aus einer am Schaltfederhalte­ glied befestigten Kontaktfeder und aus Festkontakten oder Anschlägen, zwischen denen die Kontaktfeder mittels einer am freien Ende der Kontaktfeder angreifenden Betätigungsein­ richtung hin- und herbeweglich ist. Die Schaltfeder wird dabei durch eine Haltefeder in der jeweiligen Endlage gehalten.

Schaltfedern der o. g. Art werden bereits verwendet und haben sich für Schalter mit nicht zu hohem Schaltvermögen bewährt. Problematisch sind derartige Schaltfedern jedoch dann, wenn das Schaltvermögen erhöht werden soll, da kon­ struktionsbedingt derartige Schaltfedern nur geringe Druck­ kraft zwischen den Kontaktpunkten von Schaltfeder und Festkontakt entwickeln und dadurch die Gefahr besteht, daß Prellerscheinungen beim Einschalten nicht ausreichend schnell abklingen, um Verschweißungserscheinungen zwischen den Kontaktpunkten auszuschließen. Bei Einschaltströmen zwischen 150 A und 200 A ist beispielsweise eine Prellzeit von unter 1 ms notwendig, damit nicht durch unerwünschte Verschweißungserscheinungen und Abbrandvorgänge die Funktion und die Lebensdauer des Kontaktes auf der Schaltfeder beeinträchtigt wird.

Da eine Druckkrafterhöhung konstruktionsbedingt nicht oder nur in begrenztem Umfang möglich ist, zumal eine Erhöhung der Druckkraft wieder andere Nachteile mit sich bringt, hat es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, andere Maßnahmen zu finden, durch die die Prellzeit her­ abgesetzt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, bei einer Schaltfeder der eingangs genannten Art diese so auszubilden, daß sich ohne Erhöhung der Druckkräfte eine Prellzeitverringerung ergibt und damit eine Erhöhung des Einschaltstromes möglich wird, ohne daß durch Abbrand- und Verschweißungsvorgänge die Lebensdauer und Funktion des Schalters beeinflußt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Kontaktfeder aus zwei übereinanderliegenden Metallblech­ filmen besteht, die am Schaltfederhalteglied miteinander und mit dem Schaltfederhalteglied vernietet sind und am freien Ende durch einen Schweißpunkt oder Vernietungspunkt zu­ sammengehalten werden.

Durch diese Maßnahmen erfährt die Kontaktfeder bei ihrer Hin- und Herbewegung eine innere Dämpfung, die die Prellzeit gegenüber bisher bekannten Konstruktionen stark verringert. Bei der hier in Rede stehenden inneren Dämpfung handelt es sich um komplizierte gegenseitiger Beeinflussungen der beiden Filme, die bei Längs- und Querschwingungen der Filme gegeneinander beim Schaltvorgang auftreten.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann bei Kontaktfedern, die einen Kontakt tragen, der Vernietungs­ punkt durch diesen Kontakt gebildet sein.

Eine weitere Dämpfungserhöhung hat sich dadurch erreichen lassen, daß die Kontaktfeder zwischen den Vernietungen eine langgestreckte Ausstanzung aufweist, wodurch eine weitere Verringerung der Prellzeit erreicht wird. Dies erfolgt durch eine Veränderung der genannten Längs- und Querschwingungen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, gemäß einer Weiter­ bildung der Erfindung die Kontaktfeder mittels einer die gesamte Federbreite übergreifenden Halteleiste an dem Schalt­ federhalteglied zu befestigen. Eine über die ganze Kontaktfederbreite führende Verschweißung zwischen Kontakt­ feder und Kontaktfederhalteglied führt zu gleichen Ergeb­ nissen.

Als günstig hat sich außerdem erwiesen, den den Kontakt bildenden Niet bezüglich der Federmittelachse asymmetrisch anzuordnen. Durch eine derartige Konstruktion entstehen zusätzliche Querverschiebungen zwischen den beiden Filmen, die zu noch größerer, die Prellzeit reduzierender Dämpfung führen.

Wie durch Versuche ermittelt wurde, ist es weiterhin günstig, wenn der den Kontakt bildende Niet die am Schalt­ federhalteglied beginnende Gesamtlänge der Kontaktfeder in einen ersten, längeren, die Ausstanzung aufweisenden Ab­ schnitt und in einen zweiten, jenseits des Kontaktes frei endenden, kürzeren Abschnitt aufteilt, wobei das Längen­ verhältnis von erstem zu zweitem Abschnitt zwischen 2:1 und 3,5:1, vorzugsweise 2,5:1 und 2,9:1, insbesondere bei etwa 2,7:1 liegt.

Untersuchungen des Einflusses der Haltefeder auf die Dämpfungseigenschaften haben ergeben, daß es günstig ist, wenn das freie Stirnende der Kontaktfeder einen Einschnitt zum Eingriff der Haltefeder aufweist, wobei der Einschnitt vorzugsweise asymmetrisch bezüglich der Federmittelachse angeordnet sein sollte.

Des weiteren hat es sich als günstig erwiesen, wenn dieser Einschnitt an oder jenseits (außerhalb) der Federmittelachse entfernt von dem asymmetrisch angeordnetem Kontakt liegt. Auch hierdurch werden die Schwingungen und damit die Dämpfungseigenschaften beim Schaltvorgang günstig beein­ flußt.

Dabei sollte der Einschnitt sich kegelstumpfartig nach außen erweitern und nur in einen der beiden Filme eingebracht sein, während der andere Film einen gegenüber dem Einschnitt zurückspringenden und dadurch größeren Einschnitt, vor­ zugsweise in Form eines über die halbe Federbreite reichen­ den stufenartigen Rücksprung bildet und dadurch der Halte­ feder ein Schneidenlager verkleinerter Schneidenlagerdicke und damit eine erhöhte Schaltgenauigkeit liefert.

Zwischen die beiden Filme kann ein (oder auch mehrere) weiterer Film eingeschoben sein, was zu weiterer Dämpfungs­ erhöhung und Verbesserung der Prelleigenschaften führen kann, allerdings unter Inkaufnahme vergrößertem Herstel­ lungsaufwandes.

Es hat sich gezeigt, daß die Ausstanzung etwa das 0,3- bis 0,5fache, vorzugsweise das etwa 0,4fache der Kontaktfeder­ breite einnehmen sollte und eine Länge besitzen sollte, die etwa 0,4 . . . 0,6, vorzugsweise 0,5 der frei beweglichen Gesamt­ länge der Kontaktfeder ausmachen sollte.

Es ist dabei günstig, wenn der den Rücksprung aufweisende Film geringfügig schmaler ist als der den Einschnitt auf­ weisende Film, und wenn der Stanzgrat des schmaleren Films nach außen weist. Dies hat den Vorteil, daß die Form des je nach Schärfe des Stanzwerkzeuges unterschiedlichen Stanz­ grates auf die Eigenschaften der Kontaktfeder weniger Einfluß hat.

Günstige Eigenschaften und gleichzeitig eine vereinfachte Herstellung ergeben sich, wenn gemäß einer noch anderen Ausbildung der Erfindung die zwei Filme durch Stanzen und Zusammenbiegen eines einzigen Blechstreifens bzw. Blechfilms gebildet sind.

Versuche haben ergeben, daß für Nennströme von 15 . . . 40 A und Einschaltströme von 150 . . . 200 A Filmstärken von etwa 0,1 . . . 0,2 mm und eine Filmbreite von etwa 10 mm ausreichend ist.

Als Material für die Filme haben sich gängige Kontakt­ materialien als günstig erwiesen, beispielsweise wurde CuCrZr-Legierung als günstiges Material ermittelt.

Die erfindungsgemäße Schaltfeder ist für alle Bereiche, bei denen es auf geringe Prellzeit ankommt, bei denen geringe Kontaktkräfte konstruktionsbedingt vorhanden sein müssen und die ein relativ hohes Einschaltvermögen haben müssen, mit Vorteil einsetzbar, beispielsweise bei Schnappschaltern jeglicher Art, bei Relaisanwendungen und dgl.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen darge­ stellt ist. Es zeigt

Fig. 1 in einer stark vergrößerten, teilweise geschnit­ tenen Draufsicht einen Schalter-Umschalteinsatz, bei dem die erfindungsgemäße Schaltfeder besonders große Vorteile bringt;

Fig. 2 das bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ver­ wendete Schaltfederhalteglied mit der daran angenieteten erfindungsgemäßen Kontaktfeder gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 3 eine besonders günstige Ausführungsform der Kontaktfeder in einer Draufsicht vor dem Vernieten mit dem Schaltfederhalteglied;

Fig. 4 einen Schnitt durch die in Fig. 3 dargestellte Kontaktfeder entlang der Schnittlinie IV-IV;

Fig. 5 einen Schnitt durch die Kontaktfeder der Fig. 3 entlang der Schnittlinie V-V nach Einbringen einer einen Vernietungspunkt bildenden Kontaktes und

Fig. 6 eine Ansicht auf die Befestigungsfläche des Schaltfederhaltegliedes gemäß dem Schnitt VI-VI der Fig. 2 zur Erläuterung der Befestigung der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Kontakt­ feder an dem Schaltfederhalteglied gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist in stark vergrößerter Darstellung (annähernd 5fache Vergrößerung) eine sogenannte Schaltergruppe oder Umschalteinsatz 10 dargestellt, der in an sich bekannter Weise eingesetzt werden kann. In das aus gepreßtem Kunst­ stoff bestehende Gehäuse lassen sich ein Schaltfederhalte­ glied 12 mit einer nur teilweise erkennbaren Anschlußein­ richtung 14 sowie die Festkontakte oder Anschlagglieder 16, 18 einschieben, letztere gleichfalls mit Anschlußeinrich­ tungen 14, hier in Form von Anschlußklemmschrauben.

An dem Schaltfederhalteglied ist eine Kontaktfeder 20 mit ihrem einen Ende starr verbunden, beispielsweise mit Hilfe einer Nietung 22. Die Kontaktfeder 20 ist zwischen von den Festkontakten 16, 18 gebildeten Anschlägen 24, 26 mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Betätigungseinrichtung hin- und herbeweglich. Eine Omega-Feder 28 ist derart in dem Gehäuse des Umschalteinsatzes 10 in einem Schneidenlager 30 gehalten ist, daß sie die Kontaktfeder 20 in den beiden Anschlagpositionen mit einer bestimmten, wenn auch kleinen Druckkraft festhält. Erreicht wird dies dadurch, daß das Schneidenlager 30 für das eine Ende der Omega-Feder genau im Totpunkt der Kontaktfeder 20 liegt, wenn sich diese zwischen den beiden Festkontakten bzw. Anschlägen 24 und 26 befindet, während das andere, freie Ende der Omega-Feder in einem Einschnitt 46 der Kontaktfeder 20 (siehe Fig. 3) gehalten wird und dadurch die Kontaktfeder alternativ in eine der beiden Anschlagpositionen drückt, wenn auch mit relativ geringer Druckkraft. Die Festkontakte 24, 26 besitzen in bekannter Weise speziell ausgebildete, den Übergangswider­ stand niedrig haltende Kontaktflächen, wie auch die Kontakt­ feder in an sich bekannter Weise einen Kontakt 34 trägt, der zur besseren Kontaktgabe abgrundete Stirnflächen aufweist (siehe die Bezugszahl 34 in Fig. 2).

In Fig. 2 ist das Schaltfederhalteglied 12 mit daran be­ festigter Kontaktfeder 20 von den übrigen Teilen des Ein­ satzes 10 getrennt dargestellt. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, besteht die Kontaktfeder 20 aus zwei überein­ anderliegenden Metallblechfilmen 36, 38, die am Schaltfeder­ halteglied 12 miteinander und mit dem Schaltfederhalteglied 12 mittels einer Nietung 22 starr miteinander verbunden sind, während am freien Ende die beiden Metallblechfilme 36, 38 entweder durch einen Schweißpunkt oder, wie hier dar­ gestellt, durch einen Vernietungspunkt zusammengehalten werden, welcher Vernietungspunkt hier durch den Kontakt 34 gebildet wird. Vorzugsweise wird der Kontakt durch eine sogenannte Taumelnietung gebildet, bei der gleichzeitig die gewünschte Rundung gebildet werden kann.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Kontaktfeder 20 zu erkennen, wobei deutlich wird, daß in der dargestellten Ausführung die Kontaktfeder 20 an ihrem einen Ende zwei Ausstanzungen 40 aufweist, die zu zwei entsprechenden Ausstanzungen in der Haltefläche des Schaltfederhaltegliedes 12 ausgerichtet sind. Nach Aufsetzen der Kontaktfeder 20 mit den Durchbrüchen 40 können entsprechend geformte Niete durch die beiden fluchtenden Bohrungen durchgeführt und vernietet werden. Vorzugsweise wird als Nieteinrichtung eine die gesamte Breite der Kontaktfeder 20 übergreifende und durch die Durchbrüche 40 am Kontaktfederende und im Schaltfeder­ halteglied hindurchreichende Nietvorsprünge aufweisende Halteleiste (siehe die mit der Bezugszahl 22 versehenen gestrichelten Linien) an dem Schaltfederhalteglied 12 starr befestigt. Alternativ kann das Schaltfederhalteglied an­ stelle der Durchbrüche 42 entsprechende Nietvorsprünge tragen, die nach Aufsetzen der Kontaktfeder 20 breitge­ drückt werden und dadurch Halteköpfe für die Feder 20 bilden. Auch eine Verschweißung des Kontaktfederhaltegliedes mit der Kontaktfeder ist möglich.

Wie die Fig. 3 weiterhin erkennen läßt, weist die Kontakt­ feder zwischen den Vernietungen 22, 34 eine langgestreckte Ausstanzung 48 auf, die bezüglich der Kontaktfeder 20 axialsymmetrisch ist. Demgegenüber ist ein runder Durchbruch 50, der den den Kontakt bildenden Niet aufnehmen soll, bezüglich der Federachse asymmetrisch angeordnet. Das freie Stirnende der Kontaktfeder 20 besitzt den schon erwähnten Einschnitt 46 zum Eingriff der Omega-Feder 28, wobei auch dieser Einschnitt 46 asymmetrisch bezüglich der Feder­ mittelachse, die die Bezugszahl 32 trägt, ist. Dabei ist der Einschnitt 46 an der Seite der Kontaktfeder 20 angeordnet, die von der Kontaktniet 50 (34) tragenden Seite entfernt ist.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, besitzt der Einschnitt 46 kegelstumpfartig nach außen sich erweiternde Form und ist nur in eine der beiden Filme eingebracht, nämlich in den bezüglich Fig. 2 unteren Film. Demgegenüber besitzt der andere Film 36 einen gegenüber dem Einschnitt 46 weiter zurückspringenden und dadurch größeren Einschnitt 54, hier in der Form eines über die halbe Federbreite reichenden stufenartigen Rücksprungs, wodurch für die Omega-Feder ein Schneidenlager verringerter Dicke (Dicke nur einer Folie) entsteht.

Außerdem ist erkennbar, daß die den Rücksprung 54 auf­ weisende Folie 36 geringfügig schmaler ist als die den Einschnitt 46 aufweisende Folie 38, wobei die durch Stanzen hergestellten Folien mit dem Stanzgrad nach außen auf­ einandergelegt sind. Wie insbesondere die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, sind die zwei Folien durch Stanzen und Zusammenbiegen, siehe den Biegepunkt 56, eines einzigen Blechstreifens gebildet, wobei die Blechstreifendicke zwischen 0,1 . . . 0,2 mm und die Blechstreifenbreite bei beispielsweise 10 mm liegt. Als Material für die Blechfilme kommen Kupferlegierungen in Betracht, die entsprechende Federungseigenschaften besitzen, wobei eine Kupfer-Chrom- Zirkon-Legierung sich als besonders günstig erwiesen hat. Die Ausstanzung 48 besitzt eine solche Breite 58, daß diese etwa das 0,4fache der Kontaktfederbreite 60 einnimmt. Die Länge 62 wiederum macht etwa 0,4 . . . 0,6, vorzugsweise 0,5 der freien beweglichen Gesamtlänge 64 der Feder aus. Die Bohrung 50 bzw. der Kontakt 34 teilt die am Schaltfederhalteglied beginnende Gesamtlänge der Kontaktfeder (Bezugszahl 64) in einen ersten, längeren, die Ausstanzung 48 aufweisenden Abschnitt 66 und in einen zweiten, jenseits des Kontaktes 50 (34) frei endenden kürzeren Abschnitt 68, wobei das Längen­ verhältnis von erstem zu zweitem Abschnitt, 66, 68, zwischen 2:1 und 3,5:1, vorzugsweise 2,5:1 und 2,9:1, insbesondere bei etwa 2,7:1 1iegt.

Claims (17)

1. Schaltfeder, insbesondere für Schalter-Umschalteinsätze (10) mit Schaltkontakten geringer Kontaktdruckkraft, bestehend aus einem Schaltfederhalteglied (12), aus einer am Schaltfederhalteglied (12) befestigten Kon­ taktfeder (20) und aus Festkontakten oder Anschlägen (24, 26), zwischen denen die Kontaktfeder (20) mittels einer am freien Ende der Kontaktfeder (20) angreifenden Betätigungseinrichtung hin- und herbeweglich ist und durch die Haltefeder (28) in den Endlagen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (20) aus zwei übereinanderliegenden Metallblechfilmen (36, 38) besteht, die am Schaltfederhalteglied (12) mit­ einander und mit dem Schaltfederhalteglied (12) ver­ nietet (22) und am freien Ende durch einen Schweißpunkt oder durch einen Vernietungspunkt (36) zusammengehalten sind.

2. Schaltfeder nach Anspruch 1, wobei die Kontaktfeder (20) nahe ihrem freien Ende einen Kontakt (36) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (36) den Vernietungspunkt bildet.

3. Schaltfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (20) zwischen den Vernietungs­ punkten (36, 22) eine langgestreckte Ausstanzung (48) aufweist.

4. Schaltfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (20) mittels einer die gesamte Federbreite (60) übergreifenden Halteleiste (22) an dem Schaltfederhalteglied (12) befestigt ist.

5. Schaltfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kontakt (34) bildende Niet asymmetrisch bezüglich der Federmittelachse (32) angeordnet ist.

6. Schaltfeder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der den Kontakt bildende Niet (34) die an der Halteleiste (22) beginnende Gesamtlänge (64) der Kontaktfeder (20) in einen ersten längeren, die Aus­ stanzung (48) aufweisenden Abschnitt (66) und in einen zweiten, jenseits des Kontaktes (34) frei endenden, kürzeren Abschnitt (68) aufteilt, wobei das Längen­ verhältnis von erstem zu zweitem Abschnitt (66 bzw. 68) zwischen 2:1 und 3,5:1, vorzugsweise 2,5:1 und 2,9:1, insbesondere bei etwa 2,7:1 liegt.

7. Schaltfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Stirnende der Kontakt­ feder (20) einen Einschnitt (46) zum Eingriff einer Haltefeder (28) aufweist.

8. Schaltfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnitt (46) asymmetrisch bezüglich der Federmittelachse (32) angeordnet ist.

9. Schaltfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnitt (46) an oder jenseits (außerhalb) der Federmittelachse (32) entfernt von dem asymmetrisch angeordneten Kontaktniet (34) liegt.

10. Kontaktfeder nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnitt (46) sich kegel­ stumpfartig nach außen erweitert und nur in eine der beiden Metallblechfilme (38) eingebracht ist, während der andere (36) einen gegenüber dem Einschnitt (46) zurückspringenden und dadurch größeren Einschnitt, vorzugsweise in Form eines über die halbe Federbreite (60) reichenden, stufenartigen Rücksprungs (54) bildet und dadurch für die Haltefeder (28) ein Schneidenlager verringerter Schneidenlagerdicke bildet.

11. Schaltfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Filmen (36, 38) eine (oder mehrere) weitere Filme eingeschoben sind.

12. Schaltfeder nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstanzung (48) etwa das 0,3- . . . 0,5fache, vorzugsweise das etwa 0,4fache der Breite (60) der Kontaktfeder (20) einnimmt, und eine Länge (62) einnimmt, die etwa 0,4 . . . 0,6, vorzugsweise etwa 0,5 der frei beweglichen Gesamtlänge (64) der Kontaktfeder (20) ausmacht.

13. Schaltfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der den Rücksprung aufweisende Film (36) gering­ fügig schmaler ist als der den Einschnitt (46) auf­ weisende Film (38), und daß der Stanzgrat des schmale­ ren Films (36) nach außen weist.

14. Schaltfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Filme (36, 38) durch Stanzen und Zusammenbiegen (56) eines einzigen Blech­ streifens gebildet sind.

15. Schaltfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Nennstrom von 10 . . . 40 A und eine Filmstärke von etwa 0,1 . . . 0,2 mm die Film­ breite etwa 10 mm beträgt.

16. Schaltfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Filme aus einer Kupferlegierung, vorzugsweise aus einer Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung bestehen.

17. Schaltfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (20) am Schaltfederhalteglied (12) über die gesamte Breite durch Schweißen befestigt ist.