EP0831509A2 - Antriebssystem für Schalter, insbesondere für Relais - Google Patents

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EP0831509A2
EP0831509A2 EP97114884A EP97114884A EP0831509A2 EP 0831509 A2 EP0831509 A2 EP 0831509A2 EP 97114884 A EP97114884 A EP 97114884A EP 97114884 A EP97114884 A EP 97114884A EP 0831509 A2 EP0831509 A2 EP 0831509A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
drive system
slide
contact springs
springs
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97114884A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0831509A3 (de
Inventor
Jochen Feiler
Daniel Josef Dr.-Ing Jendritza
Hartmut Prof.Dr.-Ing.Habil Janocha
Horst Binnig
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.)
Hengstler GmbH
Original Assignee
Kaco Elektrotechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kaco Elektrotechnik GmbH filed Critical Kaco Elektrotechnik GmbH
Publication of EP0831509A2 publication Critical patent/EP0831509A2/de
Publication of EP0831509A3 publication Critical patent/EP0831509A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/641—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part performing a rectilinear movement
    • H01H50/642—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part performing a rectilinear movement intermediate part being generally a slide plate, e.g. a card
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays

Definitions

  • the invention relates to a drive system for switches, especially for relays, according to the preamble of the claim 1.
  • the contact springs are by a slide connected to each other by an anchor for closing the closer or opening of the opener is postponed becomes.
  • the Contact spring of the make contact and the break contact in one Direction so moved until the corresponding contact opens or is closed.
  • the sliding paths for closing and opening the contacts are relatively large, especially since the second contact via a corresponding one Must be taken to the necessary way To generate pressure between the contact points. With The contact points burn gradually as the operating time increases from, so that the adjustment paths to reach the same contact forces would have to become increasingly larger.
  • the invention has for its object the generic Design the drive system so that only short adjustment paths required to close or open the contact are.
  • the two Contact springs moved in opposite directions at the same time. This means that the adjustment paths for closing or Opening the contact very little. Even if with increasing Gradually burn off the contact points, remains guaranteed due to the opposite movement, that the contact springs in the closed position lie together with sufficient pressure. As a result the training according to the invention, it is also not necessary that when the two contact springs make contact the other contact still has a corresponding one Must be taken away. This so-called walk falls away as a result of the training according to the invention.
  • the Contact power is caused by the opposite movement and a spring deflection over the point of contact built out. Because of this opposite movement the contact springs become a very short displacement and thus very short actuation or switching times are achieved.
  • Fig. 1 shows a switch 1 in the illustrated embodiment is designed as a relay.
  • the desk 1 can also be a quick switch, for example Undervoltage release, a residual current circuit breaker and the like.
  • switch 1 described in the form of a relay.
  • the switch 1 has two contact springs as switching elements 2, 3, in a known manner in a switch housing 4th are stored.
  • the protruding from the switch housing 4 Ends of the contact springs 2, 3 form connections, via which the current passes on in a known manner becomes.
  • the two contact springs 2, 3 each enter Contact piece 5, 6. It is also possible that the contact springs 2, 3 interact directly with each other.
  • the two contact springs 2, 3 are by a slide 7 connected at a fixed distance. He is through one Energy converter 8 postponed.
  • the energy converter 8 can be replaced by a ferroelectric piezoceramic, a foil, e.g.
  • the energy converter 8 is mounted in the switch housing 4 and to control electronics 9 and to evaluation electronics 10 connected.
  • the evaluation electronics 10 detects the electrical terminal behavior of the energy converter 8 and sends a corresponding signal to a (not shown) Monitoring unit. If the contact points are 5, 6 not welded together, this monitoring unit receives a corresponding signal. Then she gives in turn a corresponding signal to the control electronics 9, which can control switch 1 again. However, if the contact pieces 5, 6 are welded together, this is recognized by the evaluation electronics 10, a corresponding blocking signal to the monitoring unit delivers. It gives a corresponding signal to the control electronics 9 so that the switch 1 no longer controls.
  • the energy converter 8 in the illustrated embodiment is formed by a piezo element, excited becomes, its impedance changes and with it also the voltage or the current.
  • the excited energy converter 8 is elastically deformed and moves the slide 7, whereby the contact springs 2, 3 are elastically bent and their contact pieces 5, 6 come into contact with each other.
  • switch 1 is operating correctly, sweep the contact springs 2, 3 when the energy converter 8 is not is more excited, in their starting position shown in Fig. 1 back, in which the two contact pieces 5, 6 are at a distance from each other. Should the contact pieces 5, 6, however, get stuck to one another as a result of welding, the energy converter 8 also remains deflected since he via the slider 7 with the contact springs 2, 3rd connected is.
  • the slide 7 sits firmly on the contact spring 2 and is approximately T-shaped in cross section. At the footbridge of the Slider 7 are on one side of his foot Bending converter 8 and on the other hand the other Contact spring 3 attached. Near her top, adjacent the contact spring becomes the web of the slide 7 3 between two abutments fixed to the housing 11 supported. The lower ends of the contact springs 2, 3 and of the energy converter 8 are in a contact block 12 of the Switch 1 clamped.
  • the energy converter 8 If the energy converter 8 is excited, it is shown in the Embodiment bent elastically to the right. As a result, the slide 7 is shown in the illustration Fig. 2 shifted to the right by the energy converter 8. Because the slider 7 on the upper end of the contact spring 2 sits, which in turn with its lower end is clamped in the contact block 12, the contact spring 2 elastic bent to the right. The contact spring 3 is because it is also directly connected to the slider 7 is bent elastically. As a result of the two abutments 11 however, the contact spring 3 is opposite to the contact spring 2 elastically deformed. The contact pieces come here 5, 6 of the two contact springs 2, 3 with each other in Contact. If switch 1 drops out, the energy converter becomes 8 moved back to its starting position according to FIG. 1. About the slide 7, the two contact springs 2, 3 bent back to their starting position, in which, for example, parallel to each other and to the energy converter 8 lie.
  • an energy converter 8 used to the example to operate switch 1 designed as a relay.
  • the energy converter 8 can in turn by a ferroelectric Piezoceramic, a film that, for example made of lead zirconate titanate or polyvinylidene fluoride exists, or through magnetostrictive rare earth metals be formed, such as Terefenol-D.
  • a ferroelectric Piezoceramic a film that, for example made of lead zirconate titanate or polyvinylidene fluoride exists, or through magnetostrictive rare earth metals be formed, such as Terefenol-D.
  • the schematic representation according to FIG. 3 and 4 is that due to the deflection of the energy converter 8 generated force F and the corresponding adjustment path s represented symbolically by an arrow.
  • the slider 7 has an L-shape in cross section. Its longer Leg 13 is with the contact spring 2 and its shorter Leg 14 mechanically connected directly to the contact spring 3.
  • the two contact springs 2, 3 are in the contact block 12 of the switch housing 4 in a known manner clamped.
  • the contact spring 2 is in the 3 and 4 upper end at the free end of the leg 13th the slider 7 attached.
  • the top end of the contact spring 3 is near the free end of the shorter leg 14 the slider 7 attached.
  • the Contact spring 3 with its upper end between the two Abutments 11, which are provided on the switch housing 4 are.
  • the contact spring 3 does not have to be rigid with the slide 7 get connected. For example, it is sufficient that the upper end of the contact spring 3 on the front side of the Leg 14 of the slider 7 abuts. Will the slider 7 shifted to the right in the manner described, the contact spring 3 is also opposed in this case to the contact spring 2 bent elastically.
  • Such Training can also in the embodiment according to the 1 and 2 may be provided.
  • the contact spring 3 clamped between two abutments 11. It it is sufficient that only the right abutment in the drawings 11 is provided to move the slide 7 to the right the contact spring 3 in the described Way to deflect.
  • the two contact springs 2, 3 are each U-shaped.
  • the contact spring 2 (Fig. 5 and 6) has the two to each other parallel legs 15, 16, of which the leg 16 is longer than the leg 15.
  • the two legs 15, 16 are through a web perpendicular to them 17 connected to each other.
  • the leg 16 is with his lower end, for example in the contact block 12 (FIG. 1 to 4) of the switch housing 4 clamped during the shorter leg 15, the near its free end Contact piece 5 carries, is free.
  • From web 17 is in Height of the leg 15 from an approach 18 on which the Slider 7 is attached. If the switch is not actuated, are the two legs 15, 16 and the web 17th the contact spring 2 in a common plane (Fig. 6).
  • the two legs 15, 16 are advantageously the same wide, while the web 17 can be made narrower can.
  • the contact spring 2 is advantageous by a Stamped part formed that is simply from a spring band can punch.
  • the contact spring 3 also has mutually parallel Legs 19, 20, which are interconnected by a web 21 are connected.
  • the leg 20 is longer than that Leg 19 and with its free end, for example in Contact block 12 of the switch housing 4 (Fig. 1 to 4) clamped.
  • the legs 19, 20 preferably have same width, while the web 21, which is perpendicular to the thighs is smaller than the width.
  • the contact spring 3 is also advantageous from one Spring band punched.
  • leg 19 bears against the abutment 11, which in Area between the contact piece 6 and the web 21 is provided is. In the illustrated embodiment lies the abutment on the opposite of the contact piece 6 Side of the leg 19 is provided closer at web 21 than at contact piece 6.
  • the slider 7 is plate-shaped and over the approaches 18 and 22 mechanically firmly with the contact springs 2 and 3 connected. In the starting position they are two contact springs 2, 3 in mutually parallel planes facing each other at a distance. If the switch 1 is actuated, the slide 7 is in the direction of arrow 23 7, 10 and 11 shifted. Because the two contact springs 2, 3 are connected to the slide 7 they are each elastically deformed. Since the leg 16 of the Contact spring 2 is clamped, the web 17 is transverse to its plane bent elastically (Fig. 7) so that the two Legs 15, 16 of the contact spring 2 now in each other parallel planes.
  • the leg 20 of the contact spring 3 is also clamped, so that when moving the slide 7 of the web 21 is elastically bent transversely to its plane (Fig. 10). Since the other, free leg 19 on the abutment 11 supports, he is here in the opposite direction to the leg 15 the opposite contact spring 2 elastically deformed. As a result, the two contact pieces 5, 6 come Contact springs 2, 3 under the required contact pressure for mutual investment (Fig. 11).
  • the two contact springs 2, 3 designed as a relay Switch 1 are thus to close or Opening the contact moves in opposite directions to each other. Thereby the travel ranges are very short, so that the corresponding ones Closing or opening times of the counter are extremely low. In particular, all described embodiments the so-called walk-along omitted.
  • the opposite Movement of the contact pieces 5, 6 is such an additional one Adjustment path (travel) is no longer necessary. Even if the contact pieces 5, 6 wear out over time, is ensured due to the opposite movement, that the contact pressure is sufficiently high.
  • the housing-fixed abutment 11 is so long that the leaf-shaped Leg 19 of the contact spring 3 over its entire width abuts abutment 11.
  • the abutment is preferably 11 longer than the width of the leg 19, so that Safe support at the abutment even with installation tolerances is guaranteed. It advantageously has a circular shape Cross section to the elastic deformation of the To ensure leg 19 in a simple manner.
  • the contact springs 2, 3 in the starting position, in which the two contact pieces 5, 6 distance from each other have not biased.
  • the contact springs 2, 3 can, however, in the rest position in which the contact pieces 5, 6 have a distance from each other, elastically bent be. If the slide 7 from the starting position in the described way is moved by the elastic Preload the corresponding contact spring 2, 3 achieved that this under the preload in the corresponding misplaced position. To adjust the Contact springs 2, 3 must have the slide 7 for this reason apply only relatively small forces.
  • the slider 7 can be converted by energy or bending transducers 8 be moved.
  • the training and functioning described can also be used with switches, in which the slide 7 in a conventional manner, for example by means of an anchor. There due to the opposite movement of the contact pieces 5, 6 only a very short adjustment path for closing and opening is necessary, can be excellent for driving the slide 7 the described energy or bending transducer 8 be used.
  • the elastic Deforming the contact spring 3 required force change or adjust.

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Abstract

Das Antriebssystem hat zwei Kontaktfedern (2, 3), die durch einen Schieber (7) zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verschiebbar sind. Damit nur kurze Verstellwege zum Schließen und zum Öffnen des Kontaktes erforderlich sind, sind die beiden Kontaktfedern (2, 3) gegensinnig zueinander bewegbar. Dadurch sind die Verstellwege zum Schließen und Öffnen des Kontaktes sehr gering. Die Kontaktkraft wird durch die gegensinnige Bewegung und eine Federdurchbiegung über den Punkt der Kontakgabe hinaus aufgebracht. Aufgrund dieser gegensinnigen Bewegung der Kontaktfedern (2, 3) werden ein sehr kurzer Verschiebeweg und damit sehr kurze Stell- bzw. Schaltzeiten erreicht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Schalter, insbesondere für Relais, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei Relais sind die Kontaktfedern durch einen Schieber miteinander verbunden, der durch einen Anker zum Schließen der Schließer bzw. Öffnen der Öffner verschoben wird. Bei der Verschiebebewegung des Schiebers wird die Kontaktfeder des Schließers sowie des Öffners in einer Richtung so bewegt, bis der entsprechende Kontakt geöffnet bzw. geschlossen ist. Die Verschiebewege zum Schließen und Öffnen der Kontakte sind verhältnismäßig groß, zumal auch der jeweils zweite Kontakt über einen entsprechenden Weg mitgenommen werden muß, um den notwendigen Druck zwischen den Kontaktpunkten zu erzeugen. Mit zunehmender Betriebsdauer brennen die Kontaktpunkte allmählich ab, so daß die Verstellwege zum Erreichen der gleichen Kontaktkräfte zunehmend größer werden müßten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Antriebssystem so auszubilden, daß nur kurze Verstellwege zum Schließen bzw. Öffnen des Kontaktes erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Antriebssystem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Antriebssystem werden die beiden Kontaktfedern gleichzeitig gegensinnig zueinander bewegt. Dadurch sind die Verstellwege zum Schließen bzw. Öffnen des Kontaktes sehr gering. Selbst wenn mit zunehmender Betriebsdauer die Kontaktpunkte allmählich abbrennen, bleibt infolge der gegensinnigen Bewegung gewährleistet, daß die Kontaktfedern in der Schließstellung mit ausreichendem Druck aneinander liegen. Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es auch nicht erforderlich, daß bei Kontaktberührung der beiden Kontaktfedern der andere Kontakt noch über einen entsprechenden Weg mitgenommen werden muß. Dieser sogenannte Mitgang fällt infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung weg. Die Kontaktkraft wird durch die gegensinnige Bewegung und eine Federdurchbiegung über den Punkt der Kontaktgabe hinaus aufgebaut. Aufgrund dieser gegensinnigen Bewegung der Kontaktfedern werden ein sehr kurzer Verschiebeweg und damit sehr kurze Stell- bzw. Schaltzeiten erreicht.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Schalters in Ruhestellung,
Fig. 2
den Schalter gemäß Fig. 1 in Schaltstellung,
Fig. 3 und Fig. 4
in Darstellung entsprechend den Fig. 1 und 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Schalters,
Fig. 5
in Ansicht eine erste Kontaktfeder einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Schalters in Ruhestellung,
Fig. 6
die Kontaktfeder gemäß Fig. 5 in Seitenansicht,
Fig. 7
die Kontaktfeder gemäß Fig. 5 in Schaltstellung,
Fig. 8 bis Fig. 10
in Darstellungen entsprechend den Fig. 5 bis 7 eine zweite Kontaktfeder des erfindungsgemäßen Antriebssystems,
Fig. 11
die beiden Kontaktfedern des erfindungsgemäßen Antriebssystems in Schaltstellung.
Fig. 1 zeigt einen Schalter 1, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Relais ausgebildet ist. Der Schalter 1 kann beispielsweise auch ein Schnellschalter, ein Unterspannungsauslöser, ein Fehlerstromschutzschalter und dergleichen sein. Im folgenden wird der Schalter 1 in Form eines Relais beschrieben.
Der Schalter 1 hat als Schaltelemente zwei Kontaktfedern 2, 3, die in bekannter Weise in einem Schaltergehäuse 4 gelagert sind. Die aus dem Schaltergehäuse 4 ragenden Enden der Kontaktfedern 2, 3 bilden Anschlüsse, über welche der Strom in bekannter Weise weitergeleitet wird. Die beiden Kontaktfedern 2, 3 tragen jeweils ein Kontaktstück 5, 6. Es ist auch möglich, daß die Kontaktfedern 2, 3 unmittelbar miteinander zusammenwirken. Die beiden Kontaktfedern 2, 3 sind durch einen Schieber 7 im festen Abstand miteinander verbunden. Er wird durch einen Energiewandler 8 verschoben. Der Energiewandler 8 kann durch eine ferroelektrische Piezokeramik, eine Folie, die z.B. aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Polyvinylidenfluorid besteht, oder durch magnetostriktive Seltenerdmetalle gebildet sein, wie z.B. Terefenol-D. Wird der Energiewandler 8 erregt und dadurch ausgelenkt, wird der Schieber 7 entsprechend verschoben. Die beiden Kontaktfedern 2, 3 werden dadurch in noch zu beschreibender Weise elastisch so gebogen, daß die beiden Kontaktstücke 5, 6 miteinander in Berührung gelangen (Fig. 2).
Der Energiewandler 8 ist im Schaltgehäuse 4 gelagert und an eine Ansteuerelektronik 9 und an eine Auswerteelektronik 10 angeschlossen.
Sollten die Kontaktstücke 5, 6 der Kontaktfedern 2, 3 miteinander verschweißen, dann bleibt der Energiewandler 8 infolge seiner festgelegten, direkten Verbindung mit dem Schieber 7 in der ausgelenkten Lage. Dadurch ändert sich das elektrische Klemmenverhalten, insbesondere die elektrische Impedanz. Die Auswerteelektronik 10 erfaßt das elektrische Klemmenverhalten des Energiewandlers 8 und gibt ein entsprechendes Signal an eine (nicht dargestellte) Überwachungseinheit. Sind die Kontaktpunkte 5, 6 nicht miteinander verschweißt, erhält diese Überwachungseinheit ein entsprechendes Signal. Sie gibt dann ihrerseits ein entsprechendes Signal an die Ansteuerelektronik 9, die den Schalter 1 wieder ansteuern kann. Sind die Kontaktstücke 5, 6 hingegen miteinander verschweißt, wird dies durch die Auswerteelektronik 10 erkannt, die ein entsprechendes Sperrsignal an die Überwachungseinheit liefert. Sie gibt ein entsprechendes Signal an die Ansteuerelektronik 9, damit diese den Schalter 1 nicht mehr ansteuert.
Wenn der Energiewandler 8, der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Piezoelement gebildet ist, erregt wird, ändert sich dessen Impedanz und damit auch die Spannung bzw. der Strom. Der erregte Energiewandler 8 wird elastisch verformt und verschiebt den Schieber 7, wodurch die Kontaktfedern 2, 3 elastisch gebogen werden und ihre Kontakstücke 5, 6 miteinander in Berührung kommen. Bei ordnungsgemäßem Betrieb des Schalters 1 kehren die Kontaktfedern 2, 3, wenn der Energiewandler 8 nicht mehr erregt ist, in ihre in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück, in welcher die beiden Kontaktstücke 5, 6 Abstand voneinander haben. Sollten die Kontaktstücke 5, 6 hingegen infolge Verschweißung aneinander hängenbleiben, bleibt auch der Energiewandler 8 ausgelenkt, da er über den Schieber 7 fest mit den Kontaktfedern 2, 3 verbunden ist. Dies wird von der Auswerteelektronik 10 festgestellt, die dann in Verbindung mit der Ansteuerelektronik 9 dafür sorgt, daß der Schalter 1 nicht erneut betätigt wird. Neben diesem beschriebenen Kontaktverschweißen können auch alle zulässigen und unzulässigen Zustände, beispielsweise ein Bruch des Energiewandlers 8 oder ein Bruch des Schiebers 7, erfaßt und bewertet werden.
Der Schieber 7 sitzt fest auf der Kontaktfeder 2 und ist im Querschnitt etwa T-förmig ausgebildet. Am Steg des Schiebers 7 sind auf der einen Seite seines Fußes der Biegewandler 8 und auf der anderen Seite die andere Kontaktfeder 3 befestigt. Nahe ihrem oberen, benachbart zum Steg des Schiebers 7 liegenden Ende wird die Kontaktfeder 3 zwischen zwei gehäusefesten Widerlagern 11 abgestützt. Die unteren Enden der Kontaktfedern 2, 3 und des Energiewandlers 8 sind in einen Kontaktbock 12 des Schalters 1 eingespannt.
Wird der Energiewandler 8 erregt, dann wird er im dargestellten Ausführungsbeispiel elastisch nach rechts gebogen. Dadurch wird der Schieber 7 in der Darstellung gemäß Fig. 2 durch den Energiewandler 8 nach rechts verschoben. Da der Schieber 7 auf dem oberen Ende der Kontaktfeder 2 sitzt, die ihrerseits mit ihrem unteren Ende im Kontaktbock 12 eingespannt ist, wird die Kontaktfeder 2 elastisch nach rechts gebogen. Die Kontaktfeder 3 wird, da sie mit dem Schieber 7 ebenfalls direkt verbunden ist, elastisch gebogen. Infolge der beiden Widerlager 11 wird die Kontaktfeder 3 jedoch entgegengesetzt zur Kontaktfeder 2 elastisch verformt. Dabei kommen die Kontaktstücke 5, 6 der beiden Kontaktfedern 2, 3 miteinander in Berührung. Fällt der Schalter 1 ab, wird der Energiewandler 8 wieder in seine Ausgangslage gemäß Fig. 1 zurückbewegt. Über den Schieber 7 werden die beiden Kontaktfedern 2, 3 in ihre Ausgangslage zurückgebogen, in der sie beispielhaft parallel zueinander sowie zum Energiewandler 8 liegen.
Da die beiden Kontaktfedern 2, 3 gegensinnig zueinander gleichzeitig verformt bzw. bewegt werden, werden die Kontaktstücke 5, 6 mit ausreichendem Druck aneinander zur Anlage gebracht. Selbst wenn mit zunehmender Betriebsdauer die Kontaktstücke 5, 6 allmählich abbrennen, wird durch die gegensinnige Bewegung der Kontaktfedern 2, 3 gewährleistet, daß die Kontaktstücke 5, 6 mit ausreichendem Druck aneinander zur Anlage kommen. Insbesondere aber ist infolge der gegensinnigen Bewegung der Kontaktfedern 2, 3 nur ein sehr kurzer Verschiebeweg vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 wird ebenfalls ein Energiewandler 8 eingesetzt, um den beispielhaft als Relais ausgebildeten Schalter 1 zu betätigen. Der Energiewandler 8 kann wiederum durch eine ferroelektrische Piezokeramik, eine Folie, die beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Polyvinylidenfluorid besteht, oder durch magnetostriktive Seltenerdmetalle gebildet sein, wie beispielsweise Terefenol-D. Wird der Energiewandler 8 durch Strom bzw. Spannungsbeaufschlagung ausgelenkt, wird der Schieber 7 des Schalters 1 so verschoben, daß die Kontaktstücke 5, 6 der beiden Kontaktfedern 2, 3 miteinander in Berührung kommen (Fig. 4). In der schematischen Darstellung gemäß den Fig. 3 und 4 ist die infolge der Auslenkung des Energiewandlers 8 erzeugte Kraft F sowie der entsprechende Verstellweg s durch einen Pfeil symbolisch dargestellt. Der Energiewandler 8 wird durch die Ansteuerelektronik 9 betätigt.
Der Schieber 7 hat im Querschnitt L-Form. Sein längerer Schenkel 13 ist mit der Kontaktfeder 2 und sein kürzerer Schenkel 14 mit der Kontaktfeder 3 mechanisch direkt verbunden. Die beiden Kontaktfedern 2, 3 sind in den Kontaktbock 12 des Schaltergehäuses 4 in bekannter Weise eingespannt. Die Kontaktfeder 2 ist mit ihrem in den Fig. 3 und 4 oberen Ende am freien Ende des Schenkels 13 des Schiebers 7 befestigt. Das obere Ende der Kontaktfeder 3 ist nahe dem freien Ende des kürzeren Schenkels 14 des Schiebers 7 befestigt. Außerdem erstreckt sich die Kontaktfeder 3 mit ihrem oberen Ende zwischen den beiden Widerlagern 11, die fest am Schaltergehäuse 4 vorgesehen sind.
Ist der Schalter 1 nicht betätigt, dann liegen die beiden Kontaktfedern 2, 3 gemäß Fig. 3 parallel zueinander und erstrecken sich vertikal. Der längere Schenkel 13 des Schiebers 7 liegt fluchtend zur Kontaktfeder 2. Wird der Schalter 1 betätigt und dadurch der Energiewandler 8, der beispielsweise ein Piezoelement ist, ausgelenkt, wird der Schieber 7 in Fig. 3 nach rechts verschoben. Dadurch wird die Kontaktfeder 2, die mit ihrem unteren Ende im Kontaktbock 12 eingespannt ist, in Fig. 4 nach rechts elastisch gebogen. Gleichzeitig wird über den Schieber 7 auch die Kontaktfeder 3 nach rechts ausgelenkt. Infolge der Widerlager 11 und der Einspannung im Kontaktbock 12 wird die Kontaktfeder 3 jedoch entgegengesetzt zur Kontaktfeder 2 elastisch gebogen. Dadurch kommen die Kontaktstücke 5, 6 schon nach kurzem Verstellweg mit ausreichendem Kontaktdruck aneinander zur Anlage. Sobald dem Energiewandler 8 Strom bzw. Spannung nicht mehr zugeführt wird, wird der Schieber 7 unter der Kraft der vorgespannten Kontaktfeder 2 wieder in seine Ausgangslage gemäß Fig. 3 zurückgeschoben. Dabei gelangen die Kontaktfedern 2, 3 in ihre Ausgangsstellung.
Die Kontaktfeder 3 muß nicht starr mit dem Schieber 7 verbunden werden. Es reicht beispielsweise aus, daß das obere Ende der Kontaktfeder 3 an der Stirnseite des Schenkels 14 des Schiebers 7 anliegt. Wird der Schieber 7 in der beschriebenen Weise nach rechts verschoben, wird die Kontaktfeder 3 auch in diesem Falle entgegengesetzt zur Kontaktfeder 2 elastisch gebogen. Eine solche Ausbildung kann auch beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 vorgesehen sein.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Kontaktfeder 3 zwischen zwei Widerlagern 11 eingespannt. Es reicht aus, daß nur das in den Zeichnungen rechte Widerlager 11 vorgesehen ist, um beim Verschieben des Schiebers 7 nach rechts die Kontaktfeder 3 in der beschriebenen Weise auszulenken.
Die Fig. 5 bis 11 zeigen ein konkretes Ausführungsbeispiel zweier Kontaktfedern 2 und 3. Die beiden Kontaktfedern 2, 3 sind jeweils U-förmig ausgebildet. Die Kontaktfeder 2 (Fig. 5 und 6) hat die beiden zueinander parallelen Schenkel 15, 16, von denen der Schenkel 16 länger ist als der Schenkel 15. Die beiden Schenkel 15, 16 sind durch einen rechtwinklig zu ihnen liegenden Steg 17 miteinander verbunden. Der Schenkel 16 ist mit seinem unteren Ende beispielsweise im Kontaktbock 12 (Fig. 1 bis 4) des Schaltergehäuses 4 eingespannt, während der kürzere Schenkel 15, der nahe seinem freien Ende das Kontaktstück 5 trägt, frei liegt. Vom Steg 17 steht in Höhe des Schenkels 15 ein Ansatz 18 ab, an dem der Schieber 7 befestigt ist. Ist der Schalter nicht betätigt, liegen die beiden Schenkel 15, 16 und der Steg 17 der Kontaktfeder 2 in einer gemeinsamen Ebene (Fig. 6). Die beiden Schenkel 15, 16 sind vorteilhaft gleich breit, während der Steg 17 schmaler ausgebildet sein kann. Vorteilhaft ist die Kontaktfeder 2 durch ein Stanzteil gebildet, das sich einfach aus einem Federband stanzen läßt.
Die Kontaktfeder 3 hat ebenfalls zueinander parallele Schenkel 19, 20, die durch einen Steg 21 miteinander verbunden sind. Der Schenkel 20 ist länger als der Schenkel 19 und mit seinem freien Ende beispielsweise im Kontaktbock 12 des Schaltergehäuses 4 (Fig. 1 bis 4) eingespannt. Die Schenkel 19, 20 haben vorzugsweise gleiche Breite, während der Steg 21, der senkrecht zu den Schenkeln liegt, geringere Breite als diese hat. Auch die Kontaktfeder 3 wird vorteilhaft aus einem Federband gestanzt.
In Höhe des Schenkels 19 steht über den Steg 21 ein Ansatz 22 vor, an dem der Schieber 7 befestigt ist. Nahe dem freien Ende des Schenkels 19 ist das Kontaktstück 6 befestigt.
Ist der Schalter 1 nicht betätigt, liegen die Schenkel 19, 20 und der Steg 21 in einer gemeinsamen Ebene (Fig. 9). Der Schenkel 19 liegt am Widerlager 11 an, das im Bereich zwischen dem Kontaktstück 6 und dem Steg 21 vorgesehen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Widerlager, das auf der dem Kontaktstück 6 gegenüberliegenden Seite des Schenkels 19 vorgesehen ist, näher beim Steg 21 als beim Kontaktstück 6.
Der Schieber 7 ist plattenförmig ausgebildet und über die Ansätze 18 und 22 mechanisch fest mit den Kontaktfedern 2 und 3 verbunden. In der Ausgangslage liegen die beiden Kontaktfedern 2, 3 in zueinander parallelen Ebenen einander mit Abstand gegenüber. Wird der Schalter 1 betätigt, wird der Schieber 7 in Richtung des Pfeiles 23 in den Fig. 7, 10 und 11 verschoben. Da die beiden Kontaktfedern 2, 3 mit dem Schieber 7 verbunden sind, werden sie jeweils elastisch verformt. Da der Schenkel 16 der Kontaktfeder 2 eingespannt ist, wird der Steg 17 quer zu seiner Ebene elastisch gebogen (Fig. 7), so daß die beiden Schenkeln 15, 16 der Kontaktfeder 2 nunmehr in zueinander parallelen Ebenen liegen.
Der Schenkel 20 der Kontaktfeder 3 ist ebenfalls eingespannt, so daß beim Verschieben des Schiebers 7 der Steg 21 quer zu seiner Ebene elastisch gebogen wird (Fig. 10). Da sich der andere, freie Schenkel 19 am Widerlager 11 abstützt, wird er hierbei gegensinnig zum Schenkel 15 der gegenüberliegenden Kontaktfeder 2 elastisch verformt. Dadurch kommen die beiden Kontaktstücke 5, 6 der Kontaktfedern 2, 3 unter dem erforderlichen Kontaktdruck zur gegenseitigen Anlage (Fig. 11).
Wird der Schalter 1 nicht mehr betätigt und der Schieber 7 in seine Ausgangslage zurückgeschoben, kehren die Schenkel 15, 19 und die Stege 17, 21 in ihre unverformten Ausgangslagen zurück.
Die beiden Kontaktfedern 2, 3 dieses als Relais ausgebildeten Schalters 1 werden somit zum Schließen oder Öffnen des Kontaktes gegensinnig zueinander bewegt. Dadurch sind die Stellwege sehr kurz, so daß auch die entsprechenden Schließ- bzw. Öffnungszeiten des Schalters äußerst gering sind. Insbesondere kann bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen der sogenannte Mitgang entfallen. Darunter ist zu verstehen, daß bei den herkömmlichen Schaltern, insbesondere Relais, nach der Berührung der Kontaktstücke der eine Kontakt noch über einen bestimmten Weg vom Schieber mitgenommen werden muß, um den notwendigen Kontaktdruck zwischen den beiden Kontaktstücken herzustellen. Infolge der gegenläufigen Bewegung der Kontaktstücke 5, 6 ist ein solcher zusätzlicher Verstellweg (Mitgang) nicht mehr notwendig. Selbst wenn die Kontaktstücke 5, 6 mit der Zeit verschleißen, ist infolge der gegenläufigen Bewegung sichergestellt, daß der Kontaktdruck ausreichend hoch ist.
Das gehäusefeste Widerlager 11 der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 bis 11 ist so lang, daß der blattförmige Schenkel 19 der Kontaktfeder 3 über seine gesamte Breite am Widerlager 11 anliegt. Vorzugsweise ist das Widerlager 11 länger als die Breite des Schenkels 19, so daß auch bei Einbautoleranzen eine sichere Stützung am Widerlager gewährleistet ist. Es hat vorteilhaft kreisförmigen Querschnitt, um die elastische Verformung des Schenkels 19 in einfacher Weise zu gewährleisten.
Bei den beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Kontaktfedern 2, 3 in der Ausgangslage, in welcher die beiden Kontaktstücke 5, 6 Abstand voneinander haben, nicht vorgespannt. Die Kontaktfedern 2, 3 können jedoch in der Ruhelage, in welcher die Kontaktstücke 5, 6 Abstand voneinander haben, elastisch gebogen sein. Wird der Schieber 7 aus der Ausgangslage in der beschriebenen Weise verschoben, wird durch die elastische Vorspannung der entsprechenden Kontaktfeder 2, 3 erreicht, daß diese unter der Vorspannkraft in die entsprechend verstellte Lage gelangt. Zum Verstellen der Kontaktfedern 2, 3 muß der Schieber 7 aus diesem Grunde nur verhältnismäßig geringe Kräfte aufbringen.
Der Schieber 7 kann durch Energie- bzw- Biegewandler 8 verschoben werden. Die beschriebene Ausbildung und Funktionsweise kann aber auch bei Schaltern eingesetzt werden, bei denen der Schieber 7 in herkömmlicher Weise, beispielsweise mittels eines Ankers, verschoben wird. Da infolge der gegenläufigen Bewegung der Kontaktstücke 5, 6 zum Schließen und Öffnen nur ein sehr kurzer Verstellweg notwendig ist, kann zum Antrieb des Schiebers 7 hervorragend der beschriebene Energie- bzw. Biegewandler 8 eingesetzt werden. Je nach Lage des oder der Widerlager 11 längs der Kontaktfeder 3 läßt sich die zum elastischen Verformen der Kontaktfeder 3 erforderliche Kraft verändern bzw. einstellen. Die Kontaktfedern 2, 3 mit Schieber 7 und gegebenenfalls dem Energiewandler 8 ermöglichen eine große mechanische Steifigkeit, die zu den geringen Stellzeiten beiträgt.

Claims (16)

  1. Antriebssystem für Schalter, insbesondere Relais, mit wenigstens zwei Kontaktfedern, die durch wenigstens einen Schieber zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verstellbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktfedern (2, 3) zum Öffnen und Schließen des Kontaktes gegensinnig zueinander bewegbar sind.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kontaktfeder (3) an wenigstens einem Widerlager (11) anliegt.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (11) an der von der anderen Kontaktfeder (2) abgewandten Seite angeordnet ist.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (11) nahe beim Schieber (7) vorgesehen ist.
  5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Kontaktfedern (2) direkt mit dem Schieber (7) verbunden ist.
  6. Antriebssystem nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die andere Kontaktfeder (3) mit dem Schieber (7) verbunden ist.
  7. Antriebssystem nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die andere Kontaktfeder (3) im Verschiebeweg des Schiebers (7) liegt.
  8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktfedern (2, 3) auf ihren einander zugewandten Seiten jeweils wenigstens ein Kontaktstück (5, 6) tragen.
  9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (7) durch einen Energiewandler (8) verschiebbar ist.
  10. Antriebssystem nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler (8) ein piezoelektrischer Biegewandler ist.
  11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (7) durch einen Anker verschiebbar ist.
  12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktfedern (2, 3) jeweils etwa U-förmig ausgebildet sind.
  13. Antriebssystem nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (2, 3) in Schließstellung elastisch vorgespannt sind.
  14. Antriebssystem nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Steg (17, 21) der Kontaktfedern (2, 3) in Schließstellung elastisch verformt ist.
  15. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kontaktfeder (3) in Schließstellung der beiden Kontaktfedern (2, 3) am Widerlager (11) abgestützt ist.
  16. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (11) ortsfest in einem Gehäuse (4) angeordnet ist.
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