DE4309616C1 - Kontaktfederanordnung zum Führen hoher Ströme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktfederanordnung mit minde­ stens zwei mit Abstand zueinander parallel verlaufenden Kon­ taktfedern, die an ihren Anschlußenden elektrisch und mecha­ nisch verbunden und an ein gemeinsames Potential anschließbar sind, von denen zumindest eine durch Beaufschlagung mit einer Betätigungskraft mit einem beweglichen Kontaktabschnitt an ein feststehendes Gegenkontaktelement anschaltbar ist.

Ganz allgemein erfordert ein Schaltstrom bestimmter Stärke einen bestimmten Querschnitt der Kontaktfeder, um eine unzu­ lässige Erwärmung der Feder zu vermeiden, und das bedeutet bei ansonsten vorgegebenen Dimensionen eine bestimmte Dicke der Kontaktfeder. Diese Dicke des Kontaktfedermaterials be­ stimmt andererseits die Steifigkeit der Feder und die zur Be­ tätigung erforderliche Kraft bei einer vorgegebenen Feder­ länge, also in einem Relais die erforderliche Erregerlei­ stung. Wird nun im Zuge der Verkleinerung eines elektromecha­ nischen Relais die Kontaktfeder verkürzt, während der Quer­ schnitt der Feder durch den zu schaltenden Strom vorgegeben ist, so erhöht sich die Federkonstante mit der dritten Potenz der Verkürzung, was zu einer entsprechenden Vergrößerung der Erregerleistung führen muß. Außerdem nimmt die mechanische Belastung der Feder bei gleicher Auslenkung, die durch die Spannungsfestigkeit gefordert ist, quadratisch zu.

Es besteht also bei einer solchen Miniaturisierung von Lei­ stungsrelais das Problem, die geforderten hohen Schaltströme bewältigen zu können, ohne die Erregerleistung in dem ent­ sprechenden Maße vergrößern zu müssen.

Eine Lösung des Problems könnte darin bestehen, Federwerk­ stoffe mit besserer elektrischer Leitfähigkeit zu verwenden, wodurch die Federn dünner gewählt werden können. Dies ist je­ doch nur in begrenztem Maße möglich und im übrigen kosten­ trächtig.

Bei Telegrafenrelais war es früher auch üblich, am freien En­ de eines Ankers zwei parallel verlaufende Kontaktfedern anzu­ ordnen, welche sich mit ihren freien Enden berührten, um durch die Reibung aneinander unerwünschte Prellungen der Kon­ takte zu dämpfen. Eine derartige Kontaktanordnung, die der eingangs genannten Art entspricht, ist beispielsweise in der DE-PS 7 55 418 beschrieben. Bei den geringen Schaltströmen der Telegrafenrelais spielte dort allerdings die Stromstärke in den Kontaktfedern keine Rolle. Im übrigen floß der Strom auch dort im wesentlichen immer nur über eine Kontaktfeder, da an der Berührungsstelle der unedlen Federmaterialien mangels einer Belegung mit Edelmetall ein verhältnismäßig hoher Übergangswiderstand herrschte, wenn nicht, wie verschiedent­ lich vorgeschlagen, überhaupt ein isolierender Gleitbelag zwischen beide Kontaktfedern eingefügt wurde. Zum Schalten und Führen höherer Ströme wären diese Kontaktanordnungen je­ denfalls nicht geeignet.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kontaktfederan­ ordnung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ein verhältnismäßig hoher Schaltstrom mit einer Federanordnung verhältnismäßig geringer Steifigkeit geführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die beweglichen Enden der Kontaktfedern mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung werden also im Ge­ gensatz zu bekannten gespaltenen Mittelfederanordnungen bei­ spielsweise zwei bezüglich der Kontaktstelle parallel ge­ schaltete Federn verwendet. Dadurch kann der Schaltstrom - je nach Anordnung des Kontaktabschnittes an der jeweiligen Kon­ taktfeder und abhängig vom Übergangswiderstand der elek­ trisch leitenden Verbindung - mehr oder weniger weitgehend gleich auf alle Kontaktfedern aufgeteilt werden. Jede der Fe­ dern braucht deshalb nur einen Teil der Gesamtdicke, bei zwei Federn also annähernd nur die halbe Dicke, aufzuweisen, so daß die elektrisch und mechanisch verbundenen Federn bei gleicher Strombelastbarkeit günstigeren mechanische Eigen­ schaften bringen als eine einzelne dicke Feder.

Teilt man eine Feder in zwei Federn von der halben Dicke, so hat jede von ihnen nur 1/8 der Steifigkeit und nur 1/4 der mechanischen Belastung. Zusammen erreichen die beiden Federn nur 1/4 der Federkonstanten einer einzelnen, doppelt so dicken Feder. Dies trifft in dieser idealen Form allerdings nur auf entkoppelte Federn zu. Bei verbundenen Federn erhöhen sich die Werte. Um diese Erhöhung möglichst gering zu halten, muß ein Längenausgleich zwischen den verbundenen Federn mög­ lich sein. Dies kann beispielsweise durch rahmenförmige An­ ordnung der beiden Federn mit ihren Verbindungselementen oder durch entsprechende Dehnungsfalten zum Längenausgleich er­ reicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Kontaktanordnung mit zwei in Form eines Rahmens verbundenen Kontakt federn,

Fig. 2 eine etwas abgewandelte Kontaktanordnung mit zwei ne­ beneinander liegenden, mit einer Dehnungsfalte versehenen Fe­ dern.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kontaktanordnung be­ sitzt zwei Kontaktfedern 1 und 2, die parallel zueinander an­ geordnet und auf nicht gezeigte Weise in einem Relais veran­ kert sind. Die Verankerung in dem Relais erfolgt über einen Anschlußabschnitt 3 und ein Anschlußelement 4, welche bei­ spielsweise durch Stecken oder Einbetten in einem Relais­ grundkörper befestigt sein können. An ihren beweglichen Enden sind die beiden Kontaktfedern 1 und 2 über einen Verbindungs­ abschnitt 5 verbunden, so daß die Federn zusammen mit dem An­ schlußabschnitt 3 und dem Verbindungsabschnitt 5 eine rahmen­ förmige Anordnung ergeben. Die beiden Kontaktfedern 1 und 2 sind im Beispiel zusammen mit dem Verbindungsabschnitt 5 aus einem einstückigen Federblech hergestellt. Sie könnten natür­ lich auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden. Die Kontaktfeder 1 besitzt ein Kontaktstück 6, welches mit einem Gegenkontaktelement 7 zusammenwirkt, während die Kontaktfeder 2 über ein Kontaktstück 8 mit einem Gegenkontaktelement 9 zu­ sammenwirkt.

In der in Fig. 1 dargestellten Ruhelage ist der Kontakt zwi­ schen dem Kontaktstück 6 und dem Gegenkontaktelement 7 ge­ schlossen. Der Schaltstrom fließt dabei von dem Anschlußele­ ment 4 etwa zur Hälfte über die Kontaktfeder 1 zum Kontakt­ stück 6 und zur anderen Hälfte über die Kontaktfeder 2 und den Verbindungsabschnitt 5 ebenfalls zum Kontaktstück 6. So mit verteilt sich der Strom auf die beiden verbundenen Kon­ taktfedern, die zusammen nur etwa 1/4 der Steifigkeit einer Einzelfelder mit der gleichen Strombelastbarkeit besitzen. Wird die Federanordnung über ein Betätigungselement, das mit der Kraft F in Richtung des Pfeiles 10 auf die Federanordnung einwirkt, umgeschaltet, so schließt das Kontaktstück 8 den Kontakt mit dem Gegenkontaktelement 9. Nunmehr fließt der Schaltstrom annähernd zur Hälfte über die Kontaktfeder 2 und zur ande­ ren Hälfte über die Kontaktfeder 1 und den Verbindungsab­ schnitt 5 zum Kontaktstück 8.

Durch die Rahmenform der Federanordnung mit den Kontaktfedern 1 und 2 sowie dem Verbindungsabschnitt 5 können sich die bei­ den Kontaktfedern 1 und 2 bei Betätigung in Längsrichtung gegeneinander ver­ schieben, daß die Steifigkeit nur wenig gegenüber nicht verbun­ denen Federn erhöht ist.

Die Anordnung wäre auch bereits mit einem einzigen Gegenkon­ taktelement als Öffner- oder Schließerkontakt verwendbar. Im übrigen könnten die Gegenkontaktelemente 7 und 9 auch außer­ halb des Rahmens der beiden Kontaktfedern 1 und 2 angeordnet werden, so daß die beiden Kontaktfedern mit ihren Kontakt­ stücken zwischen den beiden Gegenkontaktelementen angeordnet und zwischen diesen betätigbar sind.

Fig. 2 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform. In diesem Fall sind zwei Kontaktfedern 11 und 12 durch Faltung einer Blattfeder gewonnen und somit nahezu ohne Abstand von­ einander angeordnet. Sie sind mit ihrem Anschlußende an einem gemeinsamen Anschlußabschnitt 13 befestigt und mit einem steckbaren oder lötbaren Anschlußelement 14 versehen. Die be­ weglichen Enden der Kontaktfedern 11 und 12 sind wie im Fall der Fig. 1 miteinander verbunden, wobei der Verbindungsab­ schnitt 15 sehr kurz ist und im wesentlichen einen haarnadel­ förmigen Biegeabschnitt zwischen beiden Kontaktfedern dar­ stellt.

Die Kontaktfedern besitzen auch in diesem Fall jeweils ein Kontaktstück 16 bzw. 18, welches mit einem entsprechenden Ge­ genkontaktelement 17 bzw. 19 zusammenwirken.

Da im Fall der Fig. 2 der kurze Verbindungsabschnitt 15 kei­ nen Längenausgleich der beiden Kontaktfedern bei Betätigung mit der Betätigungskraft F zuläßt, ist die Kontaktfeder 12 mit einer Dehnungsfalte 20 versehen. Gegebenenfalls könnte auch die Kontaktfeder 11 ebenfalls eine Dehnungsfalte 21 auf­ weisen, die in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist.

Bei großem Federabstand kann sich durch Verdoppelung der Oberfläche der beiden Kontaktfedern im Vergleich zu einer einzelnen Feder der Wärmewiderstand halbieren, wodurch der Strom bis zum 1,4fachen erhöht werden könnte oder die Feder noch dünner gewählt werden kann.

Wie eingangs erwähnt, kann das in den Beispielen für jeweils zwei Kontaktfedern erläuterte Prinzip auf drei oder mehr Fe­ dern ausgedehnt werden, wobei dann jede Feder einen entspre­ chend noch geringeren Anteil des Schaltstroms zu führen hat.

Claims (4)

1. Kontaktfederanordnung mit mindestens zwei mit Abstand zu­ einander parallel verlaufenden Kontaktfedern (1, 2; 11, 12), die an ihren Anschlußenden elektrisch und mechanisch verbun­ den und an ein gemeinsames Potential anschließbar sind, von denen zumindest eine durch Beaufschlagung mit einer Betäti­ gungskraft mit einem beweglichen Kontaktabschnitt an ein feststehendes Gegenkontaktelement (7, 9; 17, 19) anschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Enden der Kontaktfedern (1, 2; 11, 12) mechanisch und elektrisch lei­ tend verbunden sind.

2. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Kontaktfedern (1, 2) zusammen mit einem ihre beweglichen Enden verbindenden Verbindungsabschnitt (5) und einem ihre Anschlußenden verbindenden Anschlußabschnitt (3) einen Rahmen bilden.

3. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktfedern (11, 12) mit einem im Ver­ gleich zu ihrer Länge geringen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei zumindest eine der Kontaktfedern (12) eine Deh­ nungsfalte (20) aufweist.

4. Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei der Kontaktfedern (1, 2; 11, 12) an ihren beweglichen Enden einstückig miteinander verbunden sind.