EP0013991A1 - Kontaktfederanordnung für gepolte elektromagnetische Relais - Google Patents

Kontaktfederanordnung für gepolte elektromagnetische Relais Download PDF

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EP0013991A1
EP0013991A1 EP80100371A EP80100371A EP0013991A1 EP 0013991 A1 EP0013991 A1 EP 0013991A1 EP 80100371 A EP80100371 A EP 80100371A EP 80100371 A EP80100371 A EP 80100371A EP 0013991 A1 EP0013991 A1 EP 0013991A1
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EP
European Patent Office
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contact
spring
contact spring
actuating
arrangement according
Prior art date
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EP80100371A
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English (en)
French (fr)
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EP0013991B2 (de
EP0013991B1 (de
Inventor
Hans Sauer
Wolf Steinbichler
Sepp Dipl.-Ing. Antonitsch
Hiromi Nishimura
Kenji Ono
Toyataka Nishikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SDS Elektro GmbH
Original Assignee
Euro Matsushita Electric Works AG
SDS Elektro GmbH
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/56—Contact spring sets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/24—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting
    • H01H1/26—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting with spring blade support
    • H01H2001/265—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting with spring blade support having special features for supporting, locating or pre-stressing the contact blade springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/001—Means for preventing or breaking contact-welding

Definitions

  • the invention relates to a contact spring arrangement for electromagnetic relays, in which a contact spring cooperates with at least one fixed contact, is attached on one side or in the middle to a connection and is in each case covered with contact substance in the area in which it is opposite a fixed contact and in which the contact spring of both Sides of actuating pieces of an actuating part movable by the armature is included.
  • the invention is based on the object of providing a contact spring arrangement in which, in the case of contact welding, no significant deflection of the contact spring takes place due to the action of the armature to open the contact, while a deflection of the contact spring is ensured when contact is made.
  • the object is achieved in that the resilient distance which is decisive for the closing of the contact and which lies between the point of contact of the first actuating piece on the contact spring and the contact point is chosen to be greater than that which is decisive for the opening of the contact by the point of contact of the second Actuating piece on the contact spring and the contact point given distance, and that the first actuating piece effective when the contact closes acts on the side of the contact spring facing away from the fixed contact and the second actuating piece effective on opening the contact engages on the side of the contact spring facing the fixed contact.
  • this contact spring arrangement can be used particularly advantageously in the case of polarized relays in which the actuating force of the armature increases progressively with increasing deflection from a permanent magnetic zero force zone up to the final tightening force and is reduced by the spring force of the contact spring.
  • the long spring travel favors good reproducibility of the storage of the permanent magnetic force in the contact springs, so that the desired contact force can be set in a narrow range.
  • L 3 L 1 is for a forced contact opening and flexible contacting , where L 3 is the resilient length, formed by the distance between the contact-removing actuating piece and the contact, L 1 is a greater resilient length, the distance from the actuating piece making contact to the point of contact of the two contact springs and h or h 'the effective spring thickness of the sections L 3 and L 1 mean.
  • the contact spring 1 is divided into three sections 1 ', 1'',1''' at its free end by incisions 14 extending in the longitudinal direction of the spring and fastened to a connection 3 at its other end. These sections are spread apart and biased against each other by the actuating pieces 6, 7 in such a way that contacting begins with a force F K.
  • the two outer sections 1 ′, 1 ′′ ′′ run essentially in the longitudinal direction of the spring, are covered with contact material 4 in the areas opposite a fixed contact 5, and their ends are attached to the second actuating piece 6.
  • the middle resilient section 1 ′′ is bent to achieve a prestress F K with respect to the two outer sections 1 ′, 1 ′′ ′′, guided essentially parallel to these and supported at the end on the first actuating piece 7 of the actuating part 12.
  • the resilient distance for closing the contact 4, 5 results as the sum of the distance L 1 from the point of application of the first actuating piece 7 to the base 15 of the resilient section 1 'at the contact spring 1 and the distance L 2 from the base 15 to the contact point.
  • the contact 1 is actuated via the actuating part 12 by an armature (not shown) in the direction of the arrow 16.
  • the actuating piece 7 presses against the end of the resilient section 1 ′′ and brings the contacts 4 into engagement with the fixed contact 5. Since the contact begins with the initial contact force F K in accordance with the pretensioning of the resilient section 1 ′′, the contact is characterized by a particularly low level of bounce. When making contact, the resilient length L 1 + L 2 is effective.
  • the resulting large spring travel provides a good possibility for storing this force in the contact spring 1 in the event that the actuating force of the armature is obtained from the attraction force of a permanent magnet.
  • This stored force determines the contact force.
  • the actuating piece 6 presses against the sections 1 ', 1'''. Since the distance L 3 from the point of application of the actuating piece 6 to the contact is as short as possible, the deflection of the sections 1 ', 1''' is relatively small, so that the contact opening is forced.
  • stiffening profiles 13 can also be embossed into them.
  • a fixed contact 5, 5 ' is provided on both sides in the region of the free spring end, which are offset from one another in the longitudinal direction of the spring.
  • the actuating pieces 6, 7 are each arranged in the immediate vicinity of the fixed contacts 5, 5 ', in such a way that a larger resilient distance L 2 or 5' for closing a contact 5, 4 or 5 ', 4'.
  • L 2 'from the point of application of the actuating piece 6, 7 to the respective contact point is present as the distance L 3 or L 3 ' determining the opening of the contacts from the point of application of the actuating piece 7, 6 to the respective contact point.
  • a changeover contact is realized in a simple manner, in which the contact via the long spring travel L 2 , L 2 ', on the other hand, is forced via the short and thus rigid sections L 3 , L 3 '.
  • a profile 13 can also be stamped into the spring 1 in this exemplary embodiment.
  • the contact spring 1 is actuated, for example, via the rotating armature 8, which is partially shown.
  • the first actuating piece 7 engages between the attachment point of the contact spring 1 at the connection 3 and the fixed contact 5 'located closer to the connection 3 in the immediate vicinity of this first fixed contact 5' and the second actuating piece 6 at the fixed contact 5 which is more distant from the connection 3 extended free end of the contact spring 1 in the immediate vicinity of this second fixed contact 5.
  • the actuation of this contact 4, 5 takes place in the position shown via the actuating piece 7, which acts with the force F on the spring.
  • Fig. 3 shows a rotary armature relay with a changeover contact 17, a normally open contact 18 and a normally closed contact 19, which are actuated by actuating pieces 6, 7 of an actuating part 12 by the rotary armature 8.
  • the rotary armature also contains permanent magnets M and two pole shoes 9, 9 ', which interact with pole ends 1 0 , 1 0 ' of the coil core. With all contact springs 17, 18, 19 is in the area of the free spring a single fixed contact 5 is provided at the end.
  • the first actuating piece 7 engages between the attachment point of the contact spring at the connection 3 and the contact point on the side of the contact spring 1 facing away from the fixed contact 5 and the second actuating piece 6 at the end of the contact spring 1 which is extended beyond the fixed contact 5 in the immediate vicinity of the fixed contact 5 and on the side of the contact spring facing this contact.
  • the actuating part 12 is also designed such that the points of attack of all actuating pieces 6, 7 lying on one side of the armature 8 lie in one plane.
  • Fig. 4 shows a relay with four changeover contacts. 20, 21, 22, 23, which in principle correspond to the changeover contact in Fig. 2.
  • the magnet system essentially corresponds to that shown in FIG. 3, so that the same details are provided with the same reference numerals. While in FIG. 2 a straight contact spring 1 is arranged between offset fixed contacts 5, 5 ', in FIG. 4 the connections 3 of the changeover contact springs 2 0 , 21, 22, 23 and the fixed contacts 5, 5' are aligned in a line arranges, wherein the contact springs between these fixed contacts are passed in an offset.
  • the storage of the permanent magnetic force also includes the possibility of additionally compensating for the temperature coefficient of the coil.
  • permanent magnets M are to be provided, in which the influence of the temperature coefficient on the actuating force of the armature due to the storage effect of the contact springs is greater than on the permanent magnetic field. For example, this can be achieved with BaOFe magnets.
  • the contact 4, 5 is opened when the end of the rotary armature 8 moves in the direction of the arrow 16, as in the previously described examples. In the event that the contact 4, 5 is welded and the actuating force F of the armature 8 is not sufficient to break the weld, this armature movement does not take place. The existing switching state is then retained for all contacts 4, 5 and 4 ', 5'.
  • FIG. 5 shows a rotary armature relay, in which an armature provided with permanent magnets is supported on one side on a flexible web 24 in a bearing block 25.
  • the insulating material casing further fixed in the armature at least one permanent magnet, not shown, as well as the pole pieces 9, 9 ', which with the pole ends 1 0, 1 0' cooperating of the coil core.
  • the actuators shown in section 6, 7 and 6 ', 7' are connected to one another on their upper side, that is to say they grip around the contact springs 1 and 1 '.
  • the right contact 4, 5 is closed, the left contact 4 ', 5' is open.
  • the spherical actuating piece 7 presses against the contact spring 1, while the opposite actuating piece 6 is lifted off the latter.
  • the contact spring 1 experiences considerable deflection.
  • the contact opening at the left contact point 4 ', 5' takes place through the action of the actuating piece 6 'on the contact spring 1', the actuating piece 7 'being lifted off the contact spring.
  • the contact-near corner 26, 26 'of the actuating piece 6, 6' comes into engagement with the contact spring 1 ', so that only the short resilient length L 3 , L 3 ' is effective up to the contact point.
  • the contact point on the contact spring moves with increasing opening of the contact 4 ', 5', since the surface of the actuating piece 6 'facing the contact spring 1' runs parallel to the longitudinal axis of the armature 8, from the contact-near to the non-contact corner of the actuating piece 6 '.
  • This also ensures in this embodiment of the invention that the contact is made over long spring travel L 2 , L 2 ', but the opening takes place over short and thus rigid sections L 3 , L 3 '.
  • the permanent magnetic attraction force can be stored well in the contact springs 1, 1 '. Due to the slight deflection of the contact springs 1, 1 'at the contact opening, on the other hand, in the case of contact welding, the welded contact is either torn open and the other is actuated properly - or, if the weld cannot be broken, the other contact is also no longer actuated.
  • FIG. 6 shows a permanent magnet armature 8 of a polarized relay with a magnet M between the pole shoes 9, 9 ', which is mounted in its axis of gravity A and is located in one of two rest positions.
  • the magnet M is partially encased in a known manner by plastic of the actuating part 12 and thus fixed.
  • Armature 8 and actuating part 12 with the actuating pieces 6, 7, 6 ', 7' formed thereon form a unit.
  • the arrangement according to FIG. 6 is a mirror image of both the X and Y axes and is therefore not shown in full.
  • the armature 8 is in one of its two end positions, wherein the pole piece 9 ', according to one Ankerweg s, with the force F 4 at one of the pole ends 1 0, 1 0' occurs a coil core, not shown, to lie.
  • To the side of the X axis of the armature 8 are the fixed contacts 5, 5 'and in the center thereof the contact connection 3, to which the contact springs 1, 2' are also firmly connected in the center.
  • the contact spring 1 is provided with contacts 4, 4'.
  • the contact spring 2 In addition to the contact spring 1 functioning as a changeover switch, the contact spring 2 'runs. Both springs have a small preload F K (Fig.
  • the widths of the springs can also be varied in order to achieve the desired spring properties or stiffness of the contact springs used. In contrast to a change in spring length and thickness, a change in width only has a linear effect on the deflection of the contact springs.
  • the spring constant in the deflection range x (Fig. 9) should rise very low and moderately steep in the subsequent contacting range, both for reasons of adequate storage of permanent magnetic attraction forces for the contact force and because the response and dropout values of the relay are as stable as possible. This should also be ensured if the contact distance increases as a result of contact erosion.
  • the spring constant must rise very steeply in the case of a forced contact opening, that is to say the spring piece acting thereby must be rigid. For this reason, the resilient length L 2 from the contact point 4 ', 5' to the actuator 6 'is kept as short as possible.
  • a forced contact opening can be obtained by either stamping a profile 13 (FIG. 11) for the contact spring 1 or, which is equivalent, a larger one Thickness h is chosen as it is given for the thickness h 'of the more flexible contact spring 2. This is problem-free because, after the contact has opened, the relatively large spring length L 5 with a very low spring constant is effective.
  • Fig. 7 shows an embodiment of the invention with two also arranged laterally to the X axis of the armature not shown working contacts, which are closed when the armature is deflected about its axis of rotation A in the direction of the arrow, according to the above-mentioned description.
  • the exemplary embodiment shows a further possibility of making the spring 2 'even more flexible compared to the contact spring 1, in that, in addition to the relation of the spring strengths h: h', that of the lengths Lg: L 7 can also be varied by the two contact springs 1, 2 ' at differently positioned contact connections 3, 3 1 are attached. These connections can either be connected externally or remain separate.
  • this second contact connection 3 'offers better adjustment options, which are also given when the two contact connections 3, 3' are fork-shaped, combine in a known manner in the plastic carrier part and emerge from the base of the relay as a single connecting pin.
  • two normally closed contacts are designed either on the other side of the X-axis or the subordinate one as such with an analog force-displacement curve and corresponding geometry.
  • the two contact spring members 1, 2 are formed from a spring band, provided with contacts 4, 4 ', which are arranged opposite the fixed contacts 5, 5' are firmly connected in the middle of the contact terminal 3 and are symmetrical to each other with respect to the X axis.
  • the two spring members of this double contact spring are also located just next to the contacts 4, 5 and 4 ', 5' with a low preload F K on the actuating pieces 6, 7, which are made of plastic and are integrally formed on the armature 8.
  • the contact distance x given during the switching process is expanded by the deflection spring travel f in addition to the given geometric relations.
  • L 6 of the contact distance a in the final state may be greater than the armature travel s, which, however, a reduction of the contact force F 3 has the consequence.
  • FIG. 1o shows an embodiment according to the principle of FIG. 9 but with two changeover contacts arranged next to one another on one end of the relay, and since the opposite end can be equipped with both the same arrangement according to FIG. 8 and FIG the possibilities set out in a polarized relay to create 2, 3 or 4 changeover contacts with the double contact spring according to the invention and to position all contacts 4, 5, 4 ', 5' very close to the swivel axis X, whereby the abrasion of the actuating pieces 6, 7 compared the contacts to be operated is correspondingly low.
  • 11 and 12 show contact spring arrangements in which the contact point K of the contact springs 1, 2, 2 'is in each case predetermined by a bead.
  • the springs 1, 2 being fastened on one side to the connection 3 and being electrically connected to one another.
  • the actuating piece 7 presses the contact spring 2 to the left until the contact 4 of the spring 1 comes into engagement with the fixed contact 5.
  • the springs 1, 2 are pretensioned relative to the actuating pieces 6, 7, the contact is made with a corresponding initial contact force F K.
  • the spring force F 1 transmitted to the contact point via the bead of the spring 2 is added to this initial contact force (FIG. 13).
  • the resilient length L 1 of the contact spring 2 is primarily decisive for storing the contact force F 3 obtained from the permanent magnetic attraction force M '.
  • the arrangement according to FIG. 12 is designed as a changeover contact, the actuation of both contacts 4, 5 and 4 ', 5' taking place in the same way as for the contact shown in FIG. For this reason, matching reference numerals have been chosen.
  • the contact spring 1, 2 is formed in one piece, fixed in the center to a connecting pin and provided with two resilient sections on each side. The sections running side by side are connected to each other on both sides of the connecting pin 3 by webs 11.
  • the contact spring 1, 2 is thus a stamped and bent part, which is already e.g. is positioned on the pin 3 by spot welding through the two webs.
  • the curve M 'progressively rising and dashed from the center 0 represents the permanent magnetic attraction force without excitation power acting on the pole shoes 9, 9' of the armature 8 during the armature path s.
  • the illustrated advance of the permanent magnetic attraction force M ' which is symmetrical with respect to the Z axis. is useful if bistable switching behavior, ie two-sided contact rest position is desired.
  • the axis Z can also be displaced from the center of the anchor path, for example if asymmetrical, one-sided contact resting position is to be achieved. This can be achieved, for example, by differently sized pole faces 9, 9 '.
  • the force-displacement curve M ' is counteracted individually and in its entirety by the forces of the contact spring members 1, 2 or 2' according to the dotted lines D.
  • the distribution of the actuating pieces 6 and 7 on the springs 1, 2 or 2 'force F acts to a lesser extent F 2 on the contact connection 3, 3' and to a greater extent F 3 via the contact point K of the springs 1, 2 or 2 'on the contacts 4, 5 or 4', 5 '.
  • the opposing forces of the springs are insignificant during the contact path x.
  • the invention thus also helps the compensation of temperature influences proposed for modern relay technology in US Pat. No. 3,634,793 in order to achieve constant response voltage and the use of a so-called C circuit for breakdown.
  • Such a circuit, with which bistable relays are given monostable switching behavior, is, for example, in "Relay Lexicon” 1975 by H. Sauer, page 12, or the magazine “Elektrotechnik” 6 0 , H. 24, 27.12.78, page 43 , described.
  • a satisfactory storage of permanent magnetic attraction force is achieved as a contact force when the forced contact opening is usually required.

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Abstract

Bei einem elektromagnetischen Relais wird eine mit wenigstens einem Festkontakt (5) zusammenwirkende Kontaktfeder (1) von beiden Seiten von Betätigungsstükken (6, 7) eines vom Anker bewegbaren Betätigungsteiles (12) umfaßt.
Um eine Durchbiegung der Kontaktfeder (1) bei Einwirken des Betätigungsstückes (6, 7) einerseits bei Kontaktgabe ausreichend groß zu machen, anderseits bei Kontaktöffnung, im Falle einer Kontaktverschweißung, möglichst gering zu halten, ist vorgesehen, daß die für das Schließen des Kontaktes (4, 5) maßgebende federnde Strecke (L, + L2), die zwischen der Berührungsstelle des ersten Betätigungsstückes (7) an der Kontaktfeder (1) und der Kontaktstelle liegt, größer gewählt ist, als die für die Kontaktöffnung maßgebende, durch die Berührungsstelle des zweiten Betätigungsstückes (6) an der Kontaktfeder (1) und die Kontaktstelle gegebene Strecke (L3). Das erste Betätigungsstück (7) greift dabei an der dem Festkontakt (5) abgewandten, das zweite Betätigungsstück (6) an der dem Festkontakt (5) zugewandten Seite der Kontaktfeder (1) an.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktfederanordnung für elektromagnetische Relais, bei der eine Kontaktfeder mit wenigstens einem Festkontakt zusammenwirkt, einseitig oder mittig an einem Anschluß befestigt ist und jeweils in dem Bereich mit Kontaktstoff belegt ist, in dem ihr ein Festkontakt gegenüberliegt und bei der die Kontaktfeder von beiden Seiten von Betätigungsstücken eines vom Anker bewegbaren Betätigungsteils umfaßt ist.
  • Bei einer aus der deutschen Patentschrift 12 13 917 bekannten Kontaktfeder wird von der dauermagnetischen Anzugskraft des Ankers ein wesentlicher Anteil in einer Doppelkontaktfeder gespeichert. Für die Kontaktkraft ist damit praktisch keine Erreger-Energie erforderlich. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Betätigungspimpel zwischen den freien Enden einer gegabelten Feder angeordnet, welche bei Betätigung in der einen oder anderen Richtung gleiche Flexibilität besitzt. Der Ankerweg (s) muß dabei in jeder Betätigungsrichtung um deren erforderlichen Federweg größer sein als der Kontaktabstand (a). Da das Abheben des Kontaktes außerdem mit der gleichen Flexibilität der gegabelten Federenden erfolgt wie die Kontaktgabe, besteht die Möglichkeit, daß beim Verschweißen eines Kontaktes ein anderer Kontakt des Relais noch betätigt werden kann. Aus diesem Grunde wurde der Vorschlag nach der DAS 24 54 967, wonach die Kontaktöffnung zwangsweise und die Kontaktgabe allein durch Vorspannung der Kontaktfeder erfolgt, bevorzugt, obwohl hierbei nur ein geringer Teil der Anzugskraft des Ankers durch die Kontaktfeder speicherbar ist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktfederanordnung zu schaffen, bei der im Falle einer Kontaktverschweißung keine nennenswerte Durchbiegung der Kontaktfeder durch das Einwirken des Ankers, den Kontakt zu öffnen, erfolgt, während bei der Kontaktgabe eine Durchbiegung der Kontaktfeder gewährleistet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die für das Schließen des Kontaktes maßgebende federnde Strecke, die zwischen der Berührungsstelle des ersten Betätigungsstückes an der Kontaktfeder und der Kontaktstelle liegt, größer gewählt ist als die für das öffnen des Kontaktes maßgebende, durch die Berührungsstelle des zweiten Betätigungsstückes an der Kontaktfeder und die Kontaktstelle gegebene Strecke, und daß das beim Schließen des Kontaktes wirksame erste Betätigungsstück an der dem Festkontakt abgewandten Seite der Kontaktfeder und das beim öffnen des Kontaktes wirksame zweite Betätigungsstück an der dem Festkontakt zugewandten Seite der Kontaktfeder angreift.
  • Durch diese Maßnahmen erhält man beim Schließen der Kontakte lange Federwege, während das öffnen durch Betätigung in unmittelbarer Nähe des Kontaktes praktisch zwangsweise erfolgt. Die Strecke von der Berührungsstelle des zweiten Betätigungsstückes bis zum Kontakt ist dabei, um möglichst wenig Durchbiegung zu erhalten, so kurz wie möglich bemessen oder durch ein eingeprägtes Profil versteift.
  • Infolge der langen Federwege beim Schließen der Kontakte ist diese Kontaktfederanordnung besonders vorteilhaft bei gepolten Relais verwendbar, bei denen die Stellkraft des Ankers mit zunehmender Auslenkung aus einer dauermagnetischen Nullkraftzone bis zur Endanzugskraft progressiv ansteigt und um die Federkraft der Kontaktfeder gemindert wird. Der lange Federweg begünstigt dabei eine gute Reproduzierbarkeit der Speicherung der Dauermagnetkraft in den Kontaktfedern, so daß die gewünschte Kontaktkraft in einem engen Bereich festgelegt werden kann. Nach bevorzugten Äusführungsbeispielen der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß anstelle einer Kontaktfeder zwei nebeneinander verlaufende Abschnitte bzw. Kontaktfedern verwendet sind, die sich während der Kontaktgabe an ihren freien Enden berühren, und daß für eine zwangsweise Kontaktöffnung und flexible Kontaktgabe das Verhaltnis L3 L1 ist, worin L3 die federnde Länge, gebildet durch die Strecke zwischen dem kontaktaufhebenden Betätigungsstück und dem Kontakt, L1 eine größere federnde Länge, der Strecke vom Kontaktgabe erwirkenden Betätigungsstück bis zur Berührungsstelle der beiden Kontaktfedern und h bzw. h' die wirksamen Federdicken der Strecken L3 bzw. L1 bedeuten.
  • Hierdurch erreicht man, daß sowohl von der dauermagnetischen Anzugskraft des Ankers ein wesentlicher Anteil mittels einer Kontaktfeder als Kontaktkraft gespeichert wird, als auch eine zwangsweise Kontaktöffnung mit einem Kontaktabstand gewährleistet ist, der nicht durch Biegung einer Kontaktfeder gemindert wird.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Im einzelnen zeigt:
    • Fig. 1 zwei Schnittdarstellungen gemäß der Schnittlinien I - I und II - II einer an ihrem freien Ende in drei Abschnitte aufgeteilten Kontaktfeder,
    • Fig. 2 eine einseitig eingespannte Kontaktfeder, die an ihrem freien Ende mit zwei Festkontakten zusammenwirkt,
    • Fig. 3 ein Drehankerrelais mit je einem Ruhe-, Arbeits-und Umschaltkontakt,
    • Fig. 4 ein Drehankerrelais mit vier Umschaltkontakten, wobei Kontaktfederanschlüsse und Festkontakte zu beiden Seiten des Ankers jeweils in einer Linie fluchtend angeordnet sind, ,
    • Fig. 5 ein Drehankerrelais mit einem an einem flexiblen Steg gelagerten Anker,
    • Fig. 6 bis 11 Kontaktfederanordnungen mit jeweils zwei nebeneinander verlaufenden federnden Abschnitten bzw. Kontaktfedern,
    • Fig. 12 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung mit zwei nebeneinander verlaufenden federnden Abschnitten und
    • Fig. 13 ein zu den Anordnungen nach Fig. 6 bis 12 gehörendes Kraft-Weg-Diagramm.
  • Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Kontaktfeder 1 an ihrem freien Ende durch in Federlängsrichtung verlaufende Einschnitte 14 in drei Abschnitte 1', 1'', 1''' geteilt und an ihrem anderen Ende an einem Anschluß 3 befestigt. Diese Abschnitte sind dabei aufgespreizt und durch die Betätigungsstücke 6, 7 derart gegeneinander vorgespannt, daß die Kontaktgabe mit einer Kraft FK beginnt. Die beiden äußeren Abschnitte 1', 1''', verlaufen im wesentlichen in Federlängsrichtung, sind in den einem Festkontakt 5 gegenüberliegenden Bereichen mit Kontaktstoff 4 belegt und mit ihren Enden an dem zweiten Betätigungsstück 6 angelagert. Der mittlere federnde Abschnitt 1'' ist hingegen zur Erzielung einer Vorspannung FK gegenüber den beiden äußeren Abschnitten 1', 1''' abgekröpft, im wesentlichen parallel zu diesen geführt und endseitig am ersten Betätigungsstück 7 des Betätigungsteils 12 abgestützt. Die für das Schließen des Kontaktes 4, 5 maßgebende federnde Strecke ergibt sich als Summe aus der Strecke L1 vom Angriffspunkt des ersten Betätigungsstückes 7 zum Fußpunkt 15 des federnden Abschnittes 1' an der Kontaktfeder 1 und der Strecke L2 vom Fußpunkt 15 zur Kontaktstelle.
  • Die Betätigung der Kontaktfeder nach Fig. 1 erfolgt über das Betätigungsteil 12 durch einen nicht dargestellten Anker in Richtung des Pfeiles 16. Das Betätigungsstück 7 drückt dabei gegen das Ende des federnden Abschnittes 1'' und bringt die Kontakte 4 mit dem Festkontakt 5 in Eingriff. Da die Kontaktgabe entsprechend der Vorspannung des federnden Abschnittes 1'' mit der Anfangskontaktkraft FK beginnt, zeichnet sich der Kontakt durch besondere Prellarmut aus. Bei der Kontaktgabe ist die federnde Länge L1 + L2 wirksam.
  • Durch den sich hieraus ergebenden großen Federweg ist für den Fall, daß die Stellkraft des Ankers aus der Anzugskraft eines Dauermagneten gewonnen wird, eine gute Möglichkeit für eine Speicherung dieser Kraft in der;Kontaktfeder 1 gegeben. Diese gespeicherte Kraft bestimmt die Kontaktkraft. Zum öffnen des Kontaktes 4, 5 drückt das Betätigungsstück 6 gegen die Abschnitte 1', 1'''. Da die Strecke L3 vom Angriffspunkt des Betätigungsstückes 6 bis zum Kontakt so kurz wie möglich bemessen ist, ist die Durchbiegung der Abschnitte 1', 1''' relativ gering, so daß die Kontaktöffnung zwangsweise erfolgt. Um eine Durchbiegung der Abschnitte 1', 1''' noch weiter zu verringern, können in diese auch versteifende Profile 13 eingeprägt sein.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Kontaktfeder 1 ist zu beiden Seiten im Bereich des freien Federendes je ein Festkontakt 5, 5' vorgesehen, die in Federlängsrichtung zueinander versetzt sind. Die Betätigungsstücke 6, 7 sind jeweils in unmittelbarer Nähe der Festkontakte 5, 5' angeordnet, derart, daß zum Schließen eines Kontaktes 5, 4 bzw. 5', 4' eine größere federnde Strecke L 2bzw. L2' vom Angriffspunkt des Betätigungsstückes 6, 7 bis zur jeweiligen Kontaktstelle vorliegt als die zum öffnen der Kontakte maßgebende Strecke L3 bzw. L3' vom Angriffspunkt des Betätigungsstückes 7, 6 bis zur jeweiligen Kontaktstelle. Hierdurch ist auf einfache Weise ein Umschaltkontakt realisiert, bei dem die Kontaktgabe über die langen Federwege L2, L2' die öffnung hingegen über die kurzen und damit steifen Abschnitte L3, L3' zwangsweise erfolgt. Zur Versteifung der Strecken L3, L3' kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel in die Feder 1 jeweils ein Profil 13 eingeprägt sein. Betätigt wird die Kontaktfeder 1 beispielsweise über den teilweise dargestellten Drehanker 8.
  • Im einzelnen greift das erste Betätigungsstück 7 zwischen der Befestigungsstelle der Kontaktfeder 1 am Anschluß 3 und dem näher am Anschluß 3 liegenden Festkontakt 5' in unmittelbarer Nähe dieses ersten Festkontaktes 5' und das zweite Betätigungsstück 6 an dem über den vom Anschluß 3 entfernteren Festkontakt 5 hinaus verlängerten freien Ende der Kontaktfeder 1 in unmittelbarer Nähe dieses zweiten Festkontaktes 5 an. Man erhält hierdurch eine zwangsgeführte Kontaktfeder, die nicht justiert werden braucht. Die Betätigung dieses Kontaktes 4, 5 erfolgt in der dargestellten Stellung über das Betätigungsstück 7, das mit der Kraft F auf die Feder einwirkt. Für den Fall, daß der Kontakt 4, 5 in dieser Stellung infolge Überlastung verschweißt und bei Bewegung des Ankers 8 in Pfeilrichtung 16 durch die Stellkraft des Ankers 8 nicht mehr aufgerissen werden kann, ergibt sich, daß der Abstand a des Kontaktes 4', 5' nicht verkleinert sondern durch Einwirkung des Betätigungsstückes 6 auf das Federende sogar eher vergrößert wird. Damit ist diese Kontaktanordnung besonders geeignet für Anwendungen, in denen erhöhte Kontaktsicherheit,insbesondere Zwangsführung gefordert wird. Hinzu kommt noch, daß im Laufe der Kontaktlebensdauer durch Verschleiß der Kontakte 4, 5 bzw. 4', 5' eine Vergrößerung des Kontaktabstandes a erfolgt, so daß die Zwangsführung des Kontaktes auch über die gesamte Lebensdauer gewährleistet werden kann.
  • Fig. 3 zeigt ein Drehanker-Relais mit einem Umschaltkontakt 17, einem Arbeitskontakt 18 und einem Ruhekontakt 19, die über Betätigungsstücke 6, 7 eines Betätigungsteils 12 vom Drehanker 8 betätigt werden. Der Drehanker enthält außerdem Dauermagnete M und zwei Polschuhe 9, 9', die mit Polenden 10, 10' des Spulenkerns zusammenwirken. Bei allen Kontaktfedern 17, 18, 19 ist im Bereich des freien Federendes jeweils ein einziger Festkontakt 5 vorgesehen. Das erste Betätigungsstück 7 greift zwischen der Befestigungsstelle der Kontaktfeder am Anschluß 3 und der Kontaktstelle an der dem Festkontakt 5 abgewandten Seite der Kontaktfeder 1 und das zweite Betätigungsstück 6 an dem über den Festkontakt 5 hinaus verlängerten Ende der Kontaktfeder 1 in unmittelbarer Nähe des Festkontaktes 5 und an der diesem Kontakt zugewandten Seite der Kontaktfeder an. Das Betätigungsteil 12 ist ferner so ausgebildet, daß die Angriffspunkte aller auf einer Seite des Ankers 8 liegenden Betätigungsstücke 6, 7 in einer Ebene liegen.
  • Durch diese Maßnahmen erhält man ein Relais mit zwangsgeführten Kontakten, bei dem eine Justierung überflüssig ist. Im Falle des Verschweißens eines Kontaktes bleibt dabei, sofern dieser Kontakt bei erneuter Betätigung des Relais nicht aufgebrochen wird, der bestehende Schaltzustand für alle Kontakte erhalten. Die Kontaktkraft wird hierbei aus der Dauermagnetkraft der Magnete M gewonnen und über den bei der Kontaktgabe wirksamen langen Federweg in den Kontaktfedern 17, 18, 19 gespeichert. Zur Versteifung des bei der zwangsweisen Kontaktöffnung wirksamen kurzen Federendes kann auch hier in die Federn ein Profil eingeprägt sein.
  • Fig. 4 zeigt ein Relais mit vier Umschaltkontakten.2o, 21, 22, 23, die im Prinzip jeweils dem Umschaltkontakt in Fig.2 entsprechen. Das Magnetsystem stimmt im wesentlichen mit dem in Fig. 3 gezeigten überein, so daß gleiche Einzelheiten mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind. Während in Fig. 2 eine gerade Kontaktfeder 1 zwischen versetzten Festkontakten 5, 5' angeordnet ist, sind in Fig. 4 die Anschlüsse 3 der Umschaltkontaktfedern 20, 21, 22, 23 und die Festkontakte 5, 5' in einer Linie fluchtend angeordnet, wobei die Kontaktfedern zwischen diesen Festkontakten in einer Abkröpfung hindurchgeführt sind.
  • Wegen der beidseitigen Führung der Kontakte ist auch in diesem Falle eine Justierung überflüssig. Bei Kontaktgabe liegen in beiden Betätigungsrichtungen vom Angriffspunkt des Betätigungsstücks 6, 7 lange Federwege bis zur Kontaktstelle 4, 5 bzw. 4', 5' vor, so daß auch hier eine gute Speicherbarkeit der dauermagnetischen Anzugskraft in die Kontaktkraft gegeben ist. Die Speicherung der Dauermagnetkraft beinhaltet ferner die Möglichkeit, zusätzlich den Temperaturkoeffizienten der Spule zu kompensieren. Hierzu sind Dauermagnete M vorzusehen, bei denen der Einfluß des Temperaturkoeffizienten auf die Stellkraft des Ankers infolge der Speicherwirkung der Kontaktfedern - größer ist als auf das Dauermagnetfeld. Beispielsweise ist dies mit BaOFe-Magneten erreichbar. Die öffnung des Kontaktes 4, 5 erfolgt bei Bewegung des Endes des Drehankers 8 in Richtung des Pfeiles 16 wie bei den vorbeschriebenen Beispielen zwangsweise. Im Falle, daß der Kontakt 4, 5 verschweißt ist und die Stellkraft F des Ankers 8 nicht genügt, um die Schweißstelle aufzubrechen, findet diese Ankerbewegung nicht statt. Der bestehende Schaltzustand bleibt dann für alle Kontakte 4, 5 bzw. 4', 5' erhalten.
  • In Fig. 5 ist ein Drehankerrelais gezeigt, bei dem ein mit Dauermagneten versehener Anker an einem flexiblen Steg 24 in einem Lagerbock 25 einseitig gelagert ist. Der flexible Steg 24 ist dabei, ebenso wie die Betätigungsstücke 6, 6' 7, 7' aus der Isolierstoffummantelung des Ankers angeformt. Die Isolierstoffummantelung fixiert ferner im Anker wenigstens einen, nicht dargestellten Dauermagneten sowie Polschuhe 9, 9', die mit den Polenden 10, 10' des Spulenkerns zusammenwirken. Die im Schnitt gezeigten Betätigungsstücke 6, 7 und 6', 7' sind an ihrer Oberseite miteinander verbunden, sie umgreifen also die Kontaktfedern 1 und 1'.
  • In der Darstellung ist der rechte Kontakt 4, 5 geschlossen, der linke Kontakt 4', 5' geöffnet. Zur Kontaktgabe drückt dabei das ballig ausgebildete Betätigungsstück 7 gegen die Kontaktfeder 1, während das gegenüberliegende Betätigungsstück 6 von dieser abgehoben ist. Gemäß dem relativ langen Federweg L2 erfährt die Kontaktfeder 1 hierbei eine beachtliche Durchbiegung. Hingegen erfolgt die Kontaktöffnung an der linken Kontaktstelle 4', 5' durch Einwirkung des Betätigungsstückes 6' auf die Kontaktfeder 1', wobei das Betätigungsstück 7' von der Kontaktfeder abgehoben ist. Zu Beginn des öffnungsvorganges kommt dabei die kontaktnahe Ecke 26, 26' des Betätigungsstückes 6, 6' mit der Kontaktfeder 1' in Eingriff, so daß bis zur Kontaktstelle nur die kurze federnde Länge L3, L3' wirksam ist. Die Berührungsstelle an der Kontaktfeder wandert dabei mit zunehmender öffnung des Kontaktes 4', 5', da die der Kontaktfeder 1' zugewandte Fläche des Betätigungsstückes 6' parallel zur Längsachse des Ankers 8 verläuft, von der kontaktnahen zur kontaktfernen Ecke des Betätigungsstückes 6'. Somit ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung gewährleistet, daß die Kontaktgabe über lange Federwege L2, L2', die Öffnung aber über kurze und damit steife Abschnitte L3, L3' zwangsweise erfolgt. Infolge der starken Durchfederung bei Kontaktgabe ist gute Speicherbarkeit der dauermagnetischen Anzugskraft in den Kontaktfedern 1, 1' gegeben. Durch die geringe Durchbiegung der Kontaktfedern 1, 1' bei Kontaktöffnung hingegen, wird im Falle einer Kontaktverschweißung der verschweißte Kontakt entweder aufgerissen und der andere ordnungsgemäß betätigt - oder aber, sofern die Schweißstelle nicht aufgebrochen werden kann, auch der andere Kontakt nicht mehr betätigt.
  • Fig. 6 zeigt einen in seiner Schwerachse A gelagerten und in einer von zwei Ruhelagen befindlichen Dauermagnetanker 8 eines gepolten Relais mit einem Magneten M zwischen den Polschuhen 9, 9'. Der Magnet M ist in bekannter Weise partiell von Kunststoff des Betätigungsteiles 12 ummantelt und damit fixiert. Anker 8 und Betätigungsteil 12 mit den daran angeformten Betätigungsstücken 6, 7, 6', 7', bilden eine Einheit. Die Anordnung nach Fig. 6 ist sowohl zur X-als auch Y-Achse spiegelbildlich und daher nicht voll dargestellt. Der Anker 8 befindet sich in einer seiner beiden Endlagen, wobei der Polschuh 9', nach einem Ankerweg s, mit der Kraft F4 an einem der Polenden 10, 10' eines nicht dargestellten Spulenkernes zu liegen kommt. Seitlich der X-Achse des Ankers 8 sind die Festkontakte 5, 5' und mittig davon der Kontaktanschluß 3 angeordnet, an dem die Kontaktfedern 1, 2' ebenfalls mittig fest verbunden sind. An ihren freien Enden und gegenüber den Festkontakten 5, 5' ist die Kontaktfeder 1 mit Kontakten 4, 4' versehen. Neben der als Umschalter funktionierenden Kontaktfeder 1 verläuft die Kontaktfeder 2'. Beide Federn besitzen eine kleine Vorspannung FK (Fig. 11) gegenüber den Betätigungsstücken 6, 7 und 6', 7', die in unmittelbarer Nähe der Kontakte 5, 5' und 4, 4' der Kontaktfedern angeordnet sind. Im Moment der Kontaktgabe berührt der Kontakt 4' den Festkontakt 5' mit der Vorspannkraft FK; dann löst sich das Betätigungsstück 6' von der Kontaktfeder 1 und das Betätigungsstück 7' drückt mit der Kraft F auf die Feder 2', welche mit der federnden Länge L1 eine Kraft F1 auf die Berührungsstelle K der Kontaktfeder 1 ausübt. Diese Kraft F1 wird dabei von der Kontaktfeder 1 über deren federnden Länge L2 auf den Kontakt 4', 5' übertragen und der Anfangskontaktkraft FK hinzugefügt. Mit dieser Art der Kontaktgabe wird auch eine Kontaktprellung unterdrückt, weil die Kraft F1 Schwingvorgänge, die durch den Aufprall des beweglichen Kontaktes 4' auf den Festkontakt 5' entstehen, bereits im Moment der Kontaktgabe zunichte macht.
  • Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Doppelkontaktfeder liegt in der Verzweigung des Kontaktstromes. Ein Teil dieses Stromes fließt, wie üblich, von der Kontaktstelle 4', 5' über die Kontaktfeder 1 und der Rest von der Kontaktfeder 1 in entgegengesetzter Richtung über die Berührungsstelle K und die Feder 2' zum Kontaktanschluß 3. Dabei ergibt sich noch ein weiterer Vorteil, der aus der Formel zur Berechnung der Durchbiegung erkennbar ist, zumal diese vom Verhältnis L3 : h3 abhängt. Ist beispielsweise die Federlänge L = 1 und die Dicke o,1, so ist das Verhältnis L3 : h3 = 1000. Wählt man anstelle der einfachen Dicke o,1 zweimal die Dicke o,05, so wird bei gleichem Querschnitt das Verhältnis L 3 : 2 x h3 = 13:
    • 2 x o,053 = 4000 oder stattdessen zweimal die Dicke o,o75, so ist das Verhältnis L3 : h3 = 1135, so daß bei etwa gleichbleibenden Federungseigenschaften 5o % mehr Querschnitt bzw. höhere Strombelastbarkeit gegeben ist. Praktisch ist die zulässige Strombelastung für die erfindungsgemäße Doppelkontaktfeder jedoch noch höher, weil deren Gesamtoberfläche etwa doppelt so groß ist, wie bei einer Einfachfeder mit entsprechenden Federungseigenschaften. Hierdurch wird sowohl die Wärmeabfuhr verbessert, als auch der Leitungswiderstand bei hochfrequenten Strömen wegen des Skineffektes verringert.
  • Zur Realisierung der angestrebten Federungseigenschaften bzw. Steifigkeit der verwendeten Kontaktfedern sind auch die Breiten der Federn variierbar. Im Gegensatz zu einer Änderung von Federlänge und Dicke wirkt sich dabei eine Breitenänderung auf die Durchbiegung der Kontaktfedern nur linear aus.
  • Bei der Kontaktgabe soll sowohl aus Gründen einer angemessenen Speicherung dauermagnetischer Anzugskräfte für die Kontaktkraft als auch wegen möglichst stabilen Ansprech- und Abfallwerten des Relais die Federkonstante im Auslenkungsbereich x (Fig. 9) sehr gering und im anschließenden Kontaktgabebereich mittelmäßig steil ansteigen. Dies soll auch bei durch Kontaktabbrand größer werdendem Kontaktabstand gewährleistet sein. Dagegen muß bei zwangsweiser Kontaktöffnung die Federkonstante sehr steil ansteigen, d.h., das dabei wirkende Federstück muß steif sein. Aus diesem Grunde ist die federnde Länge L2 von der Kontaktstelle 4', 5' bis zum Betätigungsstück 6' so knapp wie möglich gehalten. Erfordert ein möglicher Lichtbogen einen größeren Abstand vom Kontakt zu dem aus Kunststoff bestehenden Betätigungsstück 6', so läßt sich eine zwangsweise Kontaktöffnung dadurch erhalten, daß für die Kontaktfeder 1 entweder ein Profil 13 (Fig. 11) eingeprägt oder, was gleichbedeutend ist, eine größere Dicke h gewählt wird, als sie für die Dicke h' der flexibleren Kontaktfeder 2 gegeben ist. Dies ist problemlos, weil nach Kontaktöffnung die relativ große Federlänge L5 mit sehr geringer Federkonstante wirksam ist.
  • Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei ebenfalls seitlich der X-Achse des nicht gezeichneten Ankers angeordneten Arbeitskontakten, die bei Auslenkung des Ankers um dessen Drehachse A in Pfeilrichtung, entsprechend vorerwähnter Beschreibung, geschlossen werden. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere Möglichkeit, die Feder 2' gegenüber der Kontaktfeder 1 noch flexibler zu gestalten, indem neben der Relation der Federstärken h : h' auch noch die der Längen Lg : L7 variierbar ist, indem die beiden Kontaktfedern 1, 2' an unterschiedlich positionierten Kontaktanschlüssen 3, 31 befestigt sind. Diese Anschlüsse können entweder extern verbunden oder getrennt bleiben. Eine elektrische Trennung ist aber nur für hohe Schaltspannung und geringen Schaltstrom zweckmäßig, weil damit lediglich die Spannungsfestigkeit durch eine zusätzliche Luftstrecke g erhöht wird. Außerdem bietet dieser zweite Kontaktanschluß 3' bessere Justiermöglichkeiten, welche auch dann gegeben sind, wenn die beiden Kontaktanschlüsse 3, 3' gabelförmig ausgebildet sind, sich im aus Kunststoff bestehendem Trägerteil in bekannter Weise vereinen und als ein einziger Anschlußstift aus dem Sockel des Relais heraustreten. Um die in Fig. 13 dargestellte Kräftesymmetrie zu erhalten, sind entweder auf der anderen Seite der X-Achse zwei Ruhekontakte oder der nebengeordnete als solcher mit analog Kraft-Weg-Verlauf und entsprechender Geometrie ausgeführt.
  • In der Fig. 8 und 9 ist ein stirnseitig zum Anker 8 angeordneter Umschaltkontakt dargestellt. Fig. 8 stellt diesen in Mittellage, Fig. 9 in einer seiner beiden Endlagen dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Kontaktfederglieder 1, 2 aus einem Federband geformt, mit Kontakten 4, 4' versehen, die gegenüber den Festkontakten 5, 5' angeordnet sind, mittig am Kontaktanschluß 3 fest verbunden und stehen einander bezüglich der X-Achse symmetrisch gegenüber. Die beiden Federglieder dieser Doppelkontaktfeder liegen ebenfalls knapp neben den Kontakten 4, 5 und 4', 5' mit geringer Vorspannkraft FK an den Betätigungsstücken 6, 7, die aus Kunststoff bestehen und am Anker 8 angeformt sind. Die freien Enden dieser Federglieder ragen über die Kontakte 4, 5 hinaus und sind zueinander derart gekröpft, daß sie sich im Abstand L2 vom Kontakt 4, 5 mit einem geringen Luftspalt g gegenüberliegen, dessen Größe entsprechend den Erfordernissen einer angemessenen Speicherung von dauermagnetischer Anzugskraft festzulegen ist. Der Luftspalt g kann dabei auch Null sein. Im Falle der Betätigung wirkt, wie in Fig. 9 dargestellt, auf die Feder 2 die Betätigungskraft F, die sich im Verhältnis (F·L1): L6 = F2 auf den Kontaktanschluß 3 und (F·L4): L6 = F1 auf die Berührungsstelle K verteilt und die Kontaktkraft F3 entsprechend erhöht. Durch die daher erwirkte Durchbiegung der Feder 2 wird der während des Umschaltvorganges gegebene Kontaktabstand x neben den gegebenen geometrischen Relationen noch um den Durchbiegungsfederweg f erweitert. Der im Endzustand der Kontaktgabe vorhandene Kontaktabstand ist a = x + f + g'. Dabei ist der Luftspalt g'=g·(L3+L4):L6.Daraus ist ferner ersichtlich, daß bei entsprechender Relation von (L3 + L4) : L6 der Kontaktabstand a im Endzustand größer sein kann als der Ankerweg s, was jedoch eine Minderung der Kontaktkraft F3 zur Folge hat.
  • Fig. 1o zeigt ein Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip von Fig. 9 jedoch mit zwei nebeneinander angeordneten Umschaltkontakten an einer Stirnseite des Relais, und da die gegenüberliegende Stirnseite sowohl mit der gleichen Anordnung nach Fig. 8 als auch Fig.10 bestückt werden kann, sind damit die Möglichkeiten dargelegt in einem gepolten Relais 2, 3 oder 4 Umschaltkontakte mit der erfindungsgemäßen Doppelkontaktfeder zu erstellen und dabei alle Kontakte 4, 5, 4', 5' sehr nahe an der Schwenkachse X zu positionieren, wodurch der Abrieb der Betätigungsstücke 6, 7 gegenüber der zu betätigenden Kontakte entsprechend gering ist.
  • In Fig. 11 und Fig. 12 sind Kontaktfederanordnungen dargestellt, bei denen die Berührungsstelle K der Kontaktfedern 1, 2, 2' jeweils durch eine Sicke vorgegeben ist. Die Betätigungsstücke 6, 7 des nicht dargestellten Ankers greifen dabei unmittelbar am freien Ende der Kontaktfeder 1, 2, 2' an, während die Berührungsstelle K in den Bereich der Kontakte 4, 5 und 4', 5' gelegt ist, so daß sich der Kontaktstrom über beide Kontaktfedern 1, 2, 2' verzweigt.
  • Im einzelnen'zeigt Fig. 11 einen Arbeitskontakt, wobei die Federn 1, 2 einseitig am Anschluß 3 befestigt und elektrisch miteinander verbunden sind. Zur Kontaktgabe drückt das Betätigungsstück 7 die Kontaktfeder 2 nach links, bis der Kontakt 4 der Feder 1 mit dem Festkontakt 5 in Eingriff kommt. Sofern die Federn 1, 2 gegenüber den Betätigungsstücken 6, 7 unter Vorspannung stehen, erfolgt die Kontaktgabe mit einer entsprechenden Anfangskontaktkraft FK. Bei einer weiteren Betätigung addiert sich zu dieser Anfangskontaktkraft die über die Sicke der Feder 2 auf die Berührungsstelle übertragene Federkraft F1 (Fig. 13). Für eine Speicherung der aus der dauermagnetischen Anzugskraft M' gewonnenen Kontaktkraft F3 ist dabei in erster Linie die federnde Länge L1 der Kontaktfeder 2 maßgebend. Für eine entgegengesetzte Betätigung, also das öffnen des Kontaktes 4, 5 bewegt sich das Betätigungsstück 6 nach rechts und hebt den beweglichen Kontakt 4 wegen der Steifigkeit von L3 zwangsweise vom Festkontakt 5 ab. Sofern die geforderte Federeigenschaft von L1 bzw. Steifigkeit von L3 nicht allein durch deren Verhältnis realisierbar ist, ist auch eine Kontaktfeder 1 größerer Dicke h als diejenige h' der Feder 2 verwendbar. Entsprechendes gilt auch für die Wahl unterschiedlicher Federbreiten, wenn auch in diesem Falle eine Variation der Federwirkung nur in linearer Abhängigkeit von der Breite erfolgt.
  • Die Anordnung nach Fig. 12 ist als Umschaltkontakt ausgebildet, wobei die Betätigung beider Kontakte 4, 5 und 4', 5' in gleicher Weise wie bei dem in Fig. 11 gezeigten Kontakt erfolgt. Aus diesem Grunde sind übereinstimmende Bezugszeichen gewählt. Gegenüber der Anordnung nach Fig.11 ist die Kontaktfeder 1, 2 einstückig ausgebildet, mittig an einem Anschlußstift fixiert und beidseitig mit je zwei federnden Abschnitten versehen. Dabei sind die jeweils nebeneinander verlaufenden Abschnitte zu beiden Seiten des Anachlußstiftes 3 durch Stege 11 miteinander verbunden. Die Kontaktfeder 1, 2 ist damit ein Stanz-Biegeteil, das bereits vor einer abschließenden Sicherung z.B. durch Punktschweißen durch die beiden Stege am Anschlußstift 3 positioniert ist.
  • Fig. 13 zeigt schließlich das Kraft-Weg-Diagramm für die in den Fig. 6 bis 12 beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei stellt die von der Mitte 0 progressiv ansteigende und gestrichelte Kurve M' die während des Ankerweges s auf die Polschuhe 9, 9' des Ankers 8 wirkende dauermagnetische Anzugskraft ohne Erregerleistung dar. Der dargestellte, bezüglich der Achse Z symmetrische Vorlauf der dauermagnetischen Anzugskraft M' ist dabei zweckmäßig, wenn bistabiles Schaltverhalten, also zweiseitige Kontaktruhelage erwünscht ist. Die Achse Z kann jedoch auch aus der Mitte des Ankerweges verlagert sein, z.B. wenn unsymmetrische, einseitige Kontaktruhelage erzielt werden soll. Dies kann beispielsweise durch unterschiedlich große Polflächen 9, 9' erreicht werden. Im vorliegenden Falle hingegen wirken dem Kraft-Weg-Verlauf M' die Kräfte der Kontaktfederglieder 1, 2 bzw. 2' einzeln und in ihrer Gesamtheit gemäß der punktierten Linien D entgegen. Entsprechend der dargestellten Geometrie verteilt sich die von den Betätigungsstücken 6 bzw. 7 auf die Federn 1, 2 bzw. 2' wirkende Kraft F zum geringeren Teil F2 auf den Kontaktanschluß 3, 3' und zum größeren Teil F3 über die Berührungsstelle K der Federn 1, 2 bzw. 2' auf die Kontakte 4, 5 bzw. 4', 5'. Während des Kontaktweges x.sind die Gegenkräfte der Federn unbedeutend. Im Moment der Kontaktgabe entsteht bei vorgespannten Federn in der Kraft-Weg-Kurve ein Knick, der die Anfangskontaktkraft FK markiert. Da die Anfangskontaktkraft somit weder von Null beginnt, noch der relativ hohen Endkontaktkraft entspricht, ist sowohl die Gefahr eines Kontaktschweißens als auch, wegen reduziertem Aufprall, eine Kontaktprellung erheblich gemindert. Durch diese Maßnahme werden Kontaktsicherheit und Lebensdauer beachtlich erhöht. Ist während des Kontaktweges zwischen den freien Enden der Federn 1, 2 bzw.-2' ein Spalt g vorhanden, so erhöht sich während des Schließens desselben durch die Betätigung der Feder 2 bzw. 2' die Gegenkraft von F. Die Kontaktkraft wird jedoch hierbei nicht erhöht, weil von der Feder 2 keine Kraft auf die Feder 1 übertragen wird. Da die Zunahme der Gegenkraft von F während des Schließens des Spaltes g vernachlässigbar gering ist, ist sie im Diagramm unberücksichtigt. Sobald sich jedoch die Federn 1, 2 berühren, damit der Spalt g geschlossen ist, erhöht sich durch die Federkraft- übertragung die Kontaktkraft um F1 auf F3, um die sich die Stellkraft des Ankers mindert. Im Endzustand braucht von der Erregerleistung nur die relativ geringe Endstellkraft F4 des Ankers 8 überwunden werden, um das Relais zum Ansprechen zu bringen. Für die relativ große Kontaktkraft F3 ist hingegen praktisch keine Erregerleistung erforderlich und dies bei gleichzeitig relativ zum Ankerweg s großem Kontaktabstand a sowie zwangsweiser Kontaktöffnung. Diese Vorteile werden durch das zweckmäßige Korrespondieren von zwei für verschiedene Aufgaben, nämlich Kontaktgabe und Kontaktöffnung, aufeinander abgestimmten Kontaktfedern erreicht, die sich außerdem noch die Last, den Kontaktstrom zu führen, teilen.
  • Damit verhilft die Erfindung aber auch der für moderne Relaistechnik in der US-Patentschrift 36 34 793 vorgeschlagenen Kompensation von Temperatureinflüssen zur Erzielung konstanter Ansprechspannung sowie der Anwendung einer sogenannten C-Schaltung zum Durchbruch. Eine derartige Schaltung, mit der bistabilen Relais monostabiles Schaltverhalten verliehen wird, ist z.B. im "Relais-Lexikon" 1975 von H. Sauer, Seite 12, bzw. der Zeitschrift "Elektrotechnik" 60, H. 24, 27.12.78, Seite 43, beschrieben. Durch die Erfindung wird nämlich bei der meist geforderten zwangsweisen Kontaktöffnung auch eine befriedigende Speicherung dauermagnetischer Anzugskraft als Kontaktkraft erreicht. Es ist daher nur noch die Endstellkraft F4 des Ankers 8 unter Berücksichtigung des Temperaturkoeffizienten eines BaOFe oder entsprechenden Dauermagneten M derart festzulegen, daß der mittig gelagerte und somit ausbalancierte Anker 8 im gesamten Betriebstemperaturbereich bei Erschütterungen sicher in seiner Sollposition gehalten wird. Für die C-Schaltung ist dabei eine geringe Endstellkraft F4 zweckmäßig, weil davon die Ansprechleistung abhängt, für die der funktionsbestimmende Speicher-Kondensator ausgelegt sein muß. Je geringer die Ansprechleistung des Relais ist, desto kleiner kann auch die Kapazität des in Serie zur Spule geschalteten Kondensators sein, der sich während des Einschaltvorganges auflädt und den Stromfluß durch die Spule solange blockiert, bis er sich beim Abschalten über die Spule und eine Kippstufe in umgekehrter Richtung entlädt und damit den Relaisanker in seine Ruhelage zurückversetzt. Für Sicherheitsschaltungen, für die Zwangsführung der Kontakte Vorschrift ist, ist dies von besonderer Bedeutung, weil bei Überspannung im Erregerkreis das Relais nicht nur nicht übererregt werden kann, sondern durch die Blockierung des Stromflusses nach dem nur Millisekunden dauernden Einschaltvorgang nicht mehr erregbar ist und somit auch keine Wärme erzeugt wird. Hierdurch werden Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Relais und der benachbarten Bauelemente wesentlich erhöht.

Claims (24)

1. Kontaktfederanordnung für elektromagnetische Relais, bei der eine Kontaktfeder mit wenigstens einem Festkontakt zusammenwirkt, einseitig oder mittig an einem Anschluß befestigt ist und jeweils in dem Bereich mit Kontaktstoff belegt ist, in dem ihr ein Festkontakt gegenüberliegt und bei der die Kontaktfeder von beiden Seiten von Betätigungsstücken eines vom Anker bewegbaren Betätigungsteils umfaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Schließen des Kontaktes (4, 5) maßgebende federnde Strecke (L2, L2' bzw. L1 + L2), die zwischen der Berührungsstelle des ersten Betätigungsstückes (7) an der Kontaktfeder und der Kontaktstelle liegt, größer gewählt ist als die für das öffnen des Kontaktes (4, 5) maßgebende, durch die Berührungsstelle des zweiten Betätigungsstückes (6) an der Kontaktfeder (1) und die Kontaktstelle gegebene Strecke (L3, L3'), und daß das beim Schließen des Kontaktes (4, 5) wirksame erste Betätigungsstück (7) an der dem Festkontakt (5) abgewandte Seite der Kontaktfeder (1) und das beim öffnen des Kontaktes (4, 5) wirksame zweite Betätigungsstück (6) an der dem Festkontakt (5) zugewandten Seite der Kontaktfeder angreift.
2. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (1) an ihrem freien Ende durch in Federlängsrichtung verlaufende Einschnitte (14) in wenigstens zwei Abschnitte (1', 1'', 1"') geteilt ist, daß diese Abschnitte aufgespreizt und durch die Betätigungsstücke (6, 7) derart gegeneinander vorgespannt sind, daß die Kontaktgabe mit einer Kraft FK beginnt. (Fig. 1).
3. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (1) an ihrem freien Ende in drei Abschnitte (1', 1''', 1''') aufgeteilt ist, daß die beiden äußeren Abschnitte (1', 1"') im wesentlichen in Federlängsrichtung verlaufen, in den einem Festkontakt (5) gegenüberliegenden Bereichen mit Kontaktstoff (4) belegt sind und mit ihren Enden an dem zweiten Betätigungsstück (6) angelagert sind, und daß der mittlere federnde Abschnitt (1'') zur Erzielung einer Vorspannung (FK) gegenüber den beiden äußeren Abschnitten (1', 1"') abgekröpft, im wesentlichen parallel zu diesen geführt und endseitig am ersten Betätigungsstück (7) des Betätigungsteils(12) abgestützt ist. (Fig. 1).
4. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Schließen des Kontaktes (4, 5) maßgebende federnde Strecke die Summe aus der Strecke (L1) vom Angriffspunkt des ersten Betätigungsstückes (7) zum Fußpunkt (15) des federnden Abschnittes (1') an der Kontaktfeder (1) und der Strecke (L2) vom Fußpunkt (15) zur Kontaktstelle ist. (Fig.1).
5. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Kontaktfeder (1) im Bereich des freien Federendes je ein Festkontakt (5,5') vorgesehen ist, daß die Festkontakte (5, 5') in Federlängsrichtung zueinander versetzt sind, und daß die Betätigungsstücke (6, 7) jeweils in unmittelbarer Nähe der Festkontakte (5, 5') angeordnet sind, derart, daß zum Schließen eines Kontaktes (5, 4 bzw. 5', 4') eine größere federnde Strecke (L2 bzw. L2') vom Angriffspunkt des Betätigungsstückes (6, 7) bis zur jeweiligen Kontaktstelle vorliegt als die zum öffnen des Kontaktes (5, 4 bzw. 5', 4') maßgebende Strecke (L3 bzw. L3') vom Angriffspunkt des Betätigungsstückes (6, 7) bis zur jeweiligen Kontaktstelle.
6. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Betätigungsstück (7) zwischen der Befestigungsstelle der Kontaktfeder (1) am Anschluß (3) und dem näher am Anschluß (3) liegenden Festkontakt (5') in unmittelbarer Nähe dieses ersten Festkontaktes (5') und das zweite Betätigungsstück (6) an dem über den vom Anschluß (3) entfernteren Festkontakt (5) hinaus verlängerten freien Ende der Kontaktfeder (1) in unmittelbarer Nähe dieses zweiten Festkontaktes (5) angreift. (Fig. 2).
7..Kontaktfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des freien Endes der Kontaktfeder (1) jeweils ein einziger Festkontakt vorgesehen ist und daß das erste Betätigungsstück (7) zwischen der Befestigungsstelle der Kontaktfeder (1) am Anschluß (3) und der Kontaktstelle an der dem Festkontakt (5) abgewandten Seite der Kontaktfeder (1) und das zweite Betätigungsstück (6) an dem über den Festkontakt (5) hinaus verlängerten Ende der Kontaktfeder (1) in unmittelbarer Nähe des Festkontaktes (5) und an der diesem Kontakt zugewandten Seite der Kontaktfeder angreift (Fig. 3).
8. Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffspunkte aller auf einer Seite des Ankers (8) liegenden Betätigungsstücke (6, 7, 6', 7') des Betätigungsteiles (12) in einer Ebene liegen (Fig. 3).
9. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (3) der Kontaktfeder (1) und die beiden Festkontakte (5, 5') in einer Linie fluchtend angeordnet sind, und daß die Kontaktfeder (1) zwischen den beiden Festkontakten in einer Abkröpfung hindurchgeführt ist. (Fig. 4).
10. Kontaktfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (1) im Bereich der für die öffnung des Kontaktes (4, 5 bzw. 4', 5') maßgebenden Strecke (L3) mit einem die Feder versteifenden Profil (13) versehen ist. (Fig. 1, Fig. 2).
11. Kontaktfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem gepolten elektromagnetischen Relais, dessen Stellkraft mit zunehmender Auslenkung aus einer dauermagnetischen Nullkraftzone bis zur Endanzugskraft progressiv ansteigt und um die Federkraft der Kontaktfedern (1, 1', 1'', 1''') gemindert wird.
12. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Kontaktfeder zwei nebeneinander verlaufende federnde Abschnitte bzw. Kontaktfedern vorgesehen sind, die sich während der Kontaktgabe an ihren freien Enden berühren und daß für eine zwangsweise Kontaktöffnung und flexible Kontaktgabe das Verhältnis
Figure imgb0001
 L3 die federnde Länge, gebildet durch die Strecke zwischen dem kontaktaufhebenden Betätigungsstück (6) und dem Kontakt (4, 5), L1 eine größere federnde Länge, der Strecke vom Kontaktgabe erwirkenden Betätigungsstück (7, 7') bis zur Berührungsstelle (K) der beiden Kontaktfedern (1, 2) und h bzw. h' die wirksamen Federdicken der Strecken L3 bzw. L1 bedeuten.
13. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung des Verhältnisses
Figure imgb0002
 die Dicke h, h' oder das Profil der federnden Abschnitte bzw. Kontaktfedern unterschiedlich gewählt ist.
14. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Kontaktgabe wirkende federnde Länge um eine Strecke (L2) der anderen Feder von der Berührungsstelle (K) der beiden Kontaktfedern (1, 2) bis zum Festkontakt (5) verlängert ist.
15. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktfedern (1, 2, 2') durch die Betätigungsstücke (6, 7) derart vorgespannt sind, daß die Kontaktgabe mit einer Kraft FK beginnt.
16. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (L6, L7) der beiden Kontaktfedern (1, 2') unterschiedlich sind.
17. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührung der beiden Kontaktfedern (1, 2) über eine Sicke erfolgt, welche in einer der beiden Federn eingeformt ist.
18. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstücke (6, 7) des Ankers unmittelbar am freien Ende der Kontaktfedern (1, 2) angreifen, und daß die Berührungsstelle (K) der Kontaktfedern (1, 2) im Kontaktbereich liegt, derart, daß sich der Kontaktstrom über beide Federn verzweigt.
19. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder einstückig ausgebildet, mittig an einem Anschlußstift fixiert und beidseitig mit je zwei federnden Abschnitten versehen ist, und daß die jeweils nebeneinander verlaufenden Abschnitte zu beiden Seiten des Anschlußstiftes durch einen Steg miteinander verbunden sind.
20. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder durch die beiden Verbindungsstege am Anschlußstift positioniert ist.
21. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktfederr (1, 2) anschlußseitig elektrisch miteinander verbunden sind.
22. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem gepolten Relais, bei dem ein derartiger Dauermagnet vorgesehen ist, bei dem der Einfluß des Temperaturkoeffizienten auf die Stellkraft des Ankers - infolge der Speicherwirkung der Kontaktfedern - größer ist als auf das Dauermagnetfeld.
23. Kontaktfederanordnung nach Anspruch 12 bis 22, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem bistabilen Relais dessen Erregerspule mit einem Kondensator in Serie liegt, wobei die Serienschaltung von Spule und Kondensator zur Erregung des Relais und gleichzeitigem Aufladen des Kondensators an eine Erregerspannung anschaltbar und bei fehlender Erregerspannung durch einen mit seinem Ausgangskreis zu ihr parallelgeschalteten Halbleiterschalter kurzschließbar ist.
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