EP2191484B1 - Elektrisches drahtfederkontaktsystem - Google Patents

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EP2191484B1
EP2191484B1 EP08801656.3A EP08801656A EP2191484B1 EP 2191484 B1 EP2191484 B1 EP 2191484B1 EP 08801656 A EP08801656 A EP 08801656A EP 2191484 B1 EP2191484 B1 EP 2191484B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
holding element
contact system
limb
spring
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP08801656.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2191484A1 (de
Inventor
Karl Heinz Arndt
Thomas Freyermuth
Artur Wiese
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.)
Eaton Intelligent Power Ltd
Original Assignee
Eaton Industries 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 Eaton Industries GmbH filed Critical Eaton Industries GmbH
Priority to PL08801656T priority Critical patent/PL2191484T3/pl
Publication of EP2191484A1 publication Critical patent/EP2191484A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2191484B1 publication Critical patent/EP2191484B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • 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
    • H01H1/245—Spring wire contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0006—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches for converting electric switches
    • H01H11/0012—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches for converting electric switches for converting normally open to normally closed switches and vice versa

Definitions

  • the invention relates to an electrical contact system, in particular for low voltage, with an access contact and with at least one outgoing contact. It comprises a wire contact spring, which is held centrally by a holding element in the contact system. On both sides of the retaining element, two straight-extended contact legs spread out with approximately the same length. The contact legs clamp without applying an elastic bias between them an obtuse opening angle.
  • wire cross contacts such as in DE 102004012777 B3 or in DE 7721796 U1 be proposed.
  • the contact force acts only at a very small point of contact and in this way foreign layers are easier to pierce.
  • Slip contacts rub on the pad to remove the debris or oxides, but they also create undesirable abrasion and dig into the material at one point.
  • An improvement for the life bring here, for example sliding contacts with a tangential contact, as in DE 19817796 C2 or DE 1489080 A described.
  • a combination of contact spring with pins as a cross contact with tangential friction movement at the contact point can be found in the contact arrangement of an electromagnetically actuated relay DE 1071837 B ,
  • a contact arrangement for extra-low voltages with a spring wire which is wound in less than one turn around a first contact pin and extended for engagement with a first contact pin by a first wire leg
  • the spring wire has a second, fixed wire leg for elastically bringing the first wire leg into contact with a second contact pin.
  • a third contact pin is near the spring wire and on the second Contact pin provided opposite side, being brought by pressure on the spring wire at a position between the first and the second contact pin of the spring wire in elastic contact with the third contact pin.
  • the contact system is only designed for very small switching strokes.
  • the contact system is not suitable because the spring wire with less than a number of turns on the support member will be claimed beyond its elastic limit, and thus would have a very limited life ,
  • a push-button switch comprising a switch body, a pressing member, and a metal elastic member having first and second arms. The ends of the first and second arms are located in a first and a second recess of the switch body. A first contact is arranged in the first indentation. A second contact is fixed outside the second indentation. The two contacts are connected to two terminals of the switch. Depression of the first and second arms causes contact between the first and second contacts.
  • the core of the invention is formed in a special shape and storage contact spring.
  • the contact spring of the contact system is held centrally by a holding element in the contact system.
  • two, straight-stretched contact legs spread out with approximately the same length, wherein the contact legs clamp between them an obtuse opening angle without applying an elastic bias.
  • a first contact leg is applied against an access contact formed as first support and a second contact leg is applied against a second insulating support by increasing the opening angle and generating a bias voltage.
  • Adjacent to the second Contact leg is arranged at least one outgoing contact.
  • the contact system can be designed as an opener or as normally open or as a changeover switch. This is achieved by the arrangement of outgoing contacts on the side of the second contact leg.
  • the arrangement according to the invention is used for the low-current range, where it it is important to reliably switch small voltages and small currents over many load cycles. Investigations of the arrangement have shown that the contact system reaches a contact reliability of well over 1 million.
  • the contact legs should preferably be of the same length so that they come symmetrically to the plant to the associated contacts. Both contact legs are brought to the deflection and thereby released from contact and brought into contact with another contact.
  • the contact legs are each fixed to a support bearing, one of which is provided as a first outgoing contact and the switching positions are achieved by changing the opposite contact of the first outgoing contact leg of the contact spring between an opening outgoing contact and a closing outgoing contact.
  • a contact leg of the contact spring is always on a pole-contact pin (the "access contact") and the other contact leg is fixed to a support bearing (for example: a nose or a projection in the plastic housing).
  • the 'working' contact leg is moved between a normally closed contact pin and a normally open contact pin.
  • the holding element is designed as a perpendicular projecting from the actuator pin or pin.
  • the contact spring is wound around the perpendicular projecting from the actuating element (actuating plunger) pins with at least one turn.
  • the holder of the contact spring on the actuating element is in the form of a pin, such that slipping of the contact spring is prevented by the actuating element.
  • the installation of the contact spring is done with bias.
  • the bias and the restoring force generated during actuation effect a positive pressing of the spring coils on one side of the pin.
  • the number of turns together with the spring characteristic of the spring wire determines the spring constant of the contact spring. Due to the structural design and the appropriate material selection, the required contact force can be securely applied to each contact points with the contact spring. Furthermore, with the contact spring and a secure through-stroke of the actuating plunger are executed.
  • the two contact legs of the contact spring Due to the linear movement of the actuating plunger with a journal bearing of the contact spring coils, the two contact legs of the contact spring have a tangential friction and sliding movement on the cylinder outer surface of the fixed contact pins. Dirt particles or oxides are removed at the contact points by the movement; There is a self-cleaning of the respective contact points.
  • the mechanical, constructive and material training of the contact system should preferably be such that the largest possible stroke (> 5 mm) on the actuating element (actuating tappet) and Hubuntersburg the change-over contact is present.
  • the contact spring By a positive retention of the contact spring on the actuating plunger, the contact spring also provides the return force for the actuating plunger. Another element for returning the actuating plunger to its home position is not necessary.
  • the material of the contact spring is spring steel, which may have a noble metal coating.
  • the spring steel can continue to be designed as polished, stainless steel spring steel. Its coating may be made of precious metal (e.g., gold or rhodium).
  • the contacts, or the pins should be made of conductive material, such as pins made of wire, carbon fibers, graphite, graphite with Cu impregnation, silver or a silver alloy.
  • Metallic contacts may be provided with a coating of nickel (with good corrosion resistance).
  • Metallic outgoing contacts can be soldered on or in the wiring plane, whereas carbon contacts are incorporated with a solderless fastening technique. The latter can be done by pressing into a conductive foil and additionally secured with conductive adhesive or conductive ink.
  • the material pairings between contact points on the contact spring and the respective associated contacts can be chosen so that existing thermal stresses are compensated.
  • the thermoelectric voltages are compensated.
  • a different material pairing usually has better friction coefficients and sliding properties.
  • At least one contact leg can be extended beyond the distance between the holding element and the support or contact point addition.
  • the protruding extension is bent into a U and bent back parallel to the contact leg.
  • at least one contact leg is formed as a double, juxtaposed spring wire. Due to the doubling of the at least one contact leg, a double contact (also known as H contact) is produced at the contact contact associated with the contact leg.
  • the described design has the advantage that you get a double contact system with quasi double contact safety.
  • the contacts of the assembly are formed as pins and fixed on a mounting or wiring plane.
  • the contacts may be soldered in the wiring plane or otherwise secured there (eg, by solderless attachment technique).
  • the contact system can be doubled in an electrical switch housing.
  • a first contact system can be arranged above the fastening plane and a second contact system can be arranged below the fastening plane.
  • an electrical connection can be made with electronics also arranged there with a printed circuit board or the MID technology.
  • a double trained contact system may be provided with an electronic control such that via a mutual control of the pole pins, once for the first contact system and the other time for the second contact system, is detected and controlled by the electronics, which of the two actuating tappet straight is pressed.
  • Such a changeover switch offers the advantage of additional query security and error detection.
  • FIG. 1 Both side view and top view are shown on a contact system which functions as a changeover switch.
  • an access contact 20 and two outgoing contacts 22, 24 are arranged on an attachment or wiring plane 51.
  • solid contacts serve (in the form of contact pins) simple round wires (or rods).
  • the moving contact is formed by the contact spring 10 with its two straight-extended contact legs 14, 16.
  • Contact pins and contact spring are arranged at an angle of 90 degrees to each other.
  • the contact spring is held centrally by a holding member 32 having a plurality of turns, which is arranged on an actuating plunger 30 as a vertically projecting pin.
  • the contact legs 14, 16 spread apart on either side of the support member 32 with approximately the same length, wherein the contact legs 14, 16 span without applying an elastic bias voltage V between them a large blunt opening angle W. Upon actuation of the actuating plunger 30, the contact legs are pushed beyond the angle of 180 ° addition. As can be seen from the figure, the contact system also allows a certain amount of movement of the contact movement.
  • the first contact leg 14 is against the access contact 20 and the second contact leg 16 is applied against the insulating support 26 by increasing the opening angle W.
  • the support 26 may be formed as a housing projection or as a round pin.
  • First 22 and second outgoing contact 24 are disposed in the vicinity of the second contact leg 16, and come into alternation with the contact leg 16 in contact when the actuating plunger 30 is activated.
  • the contact system - by omitting the contact 24 - even a departure contact 22 may have.
  • the contact system is to be regarded as normally closed or normally open.
  • the contact system is designed as a normally closed contact, if an outgoing contact (for example 22) lies on the side of the second contact leg 16 facing the holding element 32 and is touched by the second contact leg 16 in the rest position of the holding element 32.
  • the contact system is designed as a make contact if a feeder contact (for example 24) lies on the side of the second contact leg 16 facing away from the holding element 32 and is not touched by the second contact leg 16 until the holding element 32 is actuated.
  • Fig. 2 the contact legs 14 and 16 have a modified form. Both contact legs are extended beyond the distance between the holding element and the support or contact point addition. The protruding extension is bent to a U and bent back parallel to the contact leg. Each contact (20, 22, 24) is thus contacted twice by the U-shaped contact legs (14 'and 16'). There is a double contact (also called H contact).
  • two contact systems are each attached to a wiring plane (51, 51 ').
  • the wiring level can (as in Fig. 1 ) a continuous plane, or as in FIGS. 3A and 3B be interrupted.
  • the training depends on the structure of the switch housing, which is not shown in detail.
  • the contact systems are operated by separate actuators (32, 32 ') and each have a contact spring 10 and 40.
  • the contacts are soldered in the wiring plane, wherein in the upper part of the figure, the contact pins once to the front of the wiring level 51 protrude and the contact pins of the second contact system are formed on the back of the wiring plane 51.
  • the contacts 22 and 24 may be at the same electrical potential, so be guided solidly through the wiring plane 51 therethrough.
  • the access contact on the front side (20) alone is electrically separated from the access contact (20 ') on the rear side of the wiring plane 51.
  • the contact pins for NC (eg 22) and NO (eg 24) are used by both contact springs (10, 40) as a counter-contact, the two pole pins (20 and 20 ') contact only once the contact spring in the first contact system and on the other hand, the contact spring in the second contact system housing.
  • the contact systems are on the same side of the wiring plane 51 '.
  • the details and reference numerals of the two sub-figures 3A, 3B correspond to the previously discussed figures, so that these details will not be described repeatedly.
  • an electronics can be used for monitoring, which checks which of the two plungers has just been operated and which not.
  • the changer offers the advantage of an additional query security of the plunger position.
  • An electronic system can evaluate both signals and can give a message as to whether the plunger has been pressed or whether a contact error has occurred.
  • the electronics of the contact systems can continue to be integrated. This is immediately obvious, since small electronic circuits suitable for low-voltage applications can be applied and integrated by means of MID technology or in the form of a printed circuit board. For the integration of the electronics can contribute further, if in the wiring level LED displays (for switch positions) and plugs for electronic connections, for example, as BUS contacts are additionally integrated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktsystem, insbesondere für Niederspannung, mit einem Zugangskontakt und mit mindestem einem Abgangskontakt. Es umfasst eine aus Draht bestehende Kontaktfeder, die mittig von einem Halteelement im Kontaktsystem gehalten wird. Beiderseits des Halteelements spreizen sich zwei gerad-gestreckte Kontaktschenkel mit etwa gleicher Länge ab. Die Kontaktschenkel spannen ohne Aufbringen einer elastischen Vorspannung zwischen sich einen stumpfen Öffnungswinkel auf.
  • Elektronische Schaltungen arbeiten mit kleinen Spannungen und sehr kleinen Strömen und sollen mit immer kleiner werdenden Verlustleistungen auskommen.
  • Bei einem Befehlsgeräte-Programm aus der DE 19856678 A1 gibt es Kontaktelemente, mit einem elektrischen Kontakt für höhere Spannungen und größere Ströme. Der Kontakt ist so ausgelegt, dass er solche Spannungen und Ströme, auch mit dem dabei auftretenden Lichtbogen sehr häufig schalten kann. Probleme entstehen, wenn man diese Kontakte zum Schalten sehr kleiner Ströme und Spannungen einsetzt. Hierbei verhindern meist vorhandene Staubpartikel oder mit der Zeit entstehende Oxide am Kontakt eine sichere Kontaktgabe. Die Spannung kann solche Schichten nicht mehr durchschlagen. Ebenso fehlt ein Schaltlichtbogen, der die Kontaktstelle freibrennen könnte.
  • Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Kontaktsicherheit sind Draht-Kreuzkontakte, wie sie beispielsweise in DE 102004012777 B3 oder in DE 7721796 U1 vorgeschlagen werden. Hier wirkt die Kontaktkraft nur an einer sehr kleinen Berührungsstelle und auf diese Weise können Fremdschichten leichter durchstoßen werden. Schleifkontakte reiben auf der Kontaktstelle und entfernen so die Schmutzpartikel oder Oxide, aber sie erzeugen auch unerwünschten Abrieb und graben sich an einer Stelle in das Material ein. Eine Verbesserung für die Lebensdauer bringen hier zum Beispiel Schleifkontakte mit einer tangentialen Kontaktierung, wie in DE 19817796 C2 oder DE 1489080 A beschrieben. Eine Kombination aus Kontaktfeder mit Stiften als Kreuzkontakt mit tangential reibender Bewegung an der Kontaktstelle findet man in der Kontaktanordnung eines elektromagnetisch betätigten Relais nach DE 1071837 B .
  • Bekannt ist weiterhin eine Kontaktanordnung für Kleinspannungen mit einem Federdraht, der in weniger als einer Windung um einen ersten Kontaktstift geschlungen ist und zur Anlage an einen ersten Kontaktstift durch einen ersten Drahtschenkel verlängert ist ( US 3 946 185 ). Der Federdraht hat einen zweiten, fixierten Drahtschenkel, um den ersten Drahtschenkel elastisch in Kontakt mit einem zweiten Kontaktstift zu bringen. Ein dritter Kontaktstift ist in Nähe des Federdrahts und auf der zum zweiten Kontaktstift gegenüberliegenden Seite vorgesehen, wobei durch Druck auf den Federdraht an einer Stelle zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktstift der Federdraht elastisch in Kontakt mit dem dritten Kontaktstift gebracht wird. Das Kontaktsystem ist nur für sehr kleine Schalthübe ausgelegt. Für den Einsatz in Schaltern, in denen ein großer Schalthub, einschließlich eines entsprechenden Durchhubs gewünscht ist, ist das Kontaktsystem nicht geeignet, da der Federdraht mit weniger als einer Windungszahl am Halteelement über seine Elastizitätsgrenze beansprucht werden wird, und damit eine sehr begrenzte Lebensdauer aufweisen würde.
  • Dokument US 6,521,852 B1 beschreibt einen Druckknopfschalter, der einen Schalterkörper, ein Druckelement und ein elastisches Element aus Metall umfasst, das ein ersten und einen zweiten Arm aufweist. Die Enden des ersten und des zweiten Arms befinden sich in einer ersten und einer zweiten Einbuchtung des Schalterkörpers. Ein erster Kontakt ist in der ersten Einbuchtung angeordnet. Ein zweiter Kontakt ist außerhalb der zweiten Einbuchtung fixiert. Die beiden Kontakte sind mit zwei Anschlüssen des Schalters verbunden. Ein Herunterdrücken des ersten und des zweiten Arms bewirkt einen Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Kontaktsystem, insbesondere für Kleinstspannungen und Schwachstrom anzugeben, welches robust ist und mit dem eine lange Lebensdauer erreichbar ist.
  • Die Lösung der Aufgabe findet sich im Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen formuliert.
  • Der Kern der Erfindung ist eine in besonderer Form und Lagerung ausgebildete Kontaktfeder.
  • Die Kontaktfeder des Kontaktsystems wird mittig von einem Halteelement im Kontaktsystem gehalten. Beiderseits des Halteelements spreizen sich zwei, gerad-gestreckte Kontaktschenkel mit etwa gleicher Länge ab, wobei die Kontaktschenkel ohne Aufbringen einer elastischen Vorspannung zwischen sich einen stumpfen Öffnungswinkel aufspannen. Ein erster Kontaktschenkel ist gegen einen als erste Abstützung ausgebildeten Zugangskontakt und ein zweiter Kontaktschenkel ist gegen eine zweite isolierende Abstützung unter Vergrößerung des Öffnungswinkels und Erzeugung einer Vorspannung angelegt. Benachbart zum zweiten Kontaktschenkel ist mindestens ein Abgangskontakt angeordnet. Das Kontaktsystem kann als Öffner oder als Schließer oder als Wechselschalter ausgebildet sein. Dies wird erreicht durch die Anordnung von Abgangskontakten auf Seiten des zweiten Kontaktschenkels.
  • Die alternativen Ausbildungen können sein:
    1. (1) Öffner: Der erste Abgangskontakt liegt auf der dem Halteelement zugewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels und wird bei Ruhelage des Halteelements vom zweiten Kontaktschenkel berührt.
    2. (2) Schließer: Ein zweiter Abgangskontakt liegt auf der dem Halteelement abgewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels und wird erst bei Betätigung des Halteelements vom zweiten Kontaktschenkel berührt.
    3. (3) Wechsler: Es ist sowohl ein erster Abgangskontakt als auch zweiter Abgangskontakt vorhanden.
  • Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Anordnung für den Schwachstrombereich eingesetzt, wo es darauf ankommt, kleine Spannungen und kleine Ströme über viele Lastspiele zuverlässig zu schalten. Untersuchungen der Anordnung haben gezeigt, dass das Kontaktsystem eine Kontaktsicherheit von deutlich mehr als 1 Million erreicht.
  • Die Kontaktschenkel sollten vorzugsweise gleich lang ausgebildet sein, so dass sie symmetrisch zur Anlage zu den zugeordneten Kontakten kommen. Beide Kontaktschenkel werden zur Durchbiegung gebracht und dabei von einem Kontakt gelöst und mit einem weiteren Kontakt in Berührung gebracht.
  • Die Kontaktschenkel sind je an einem Stützlager festgelegt, von denen einer als erster Abgangskontakt vorgesehen ist und die Schaltstellungen durch wechselndes Anlegen des dem ersten Abgangskontakt gegenüberliegenden Kontaktschenkel der Kontaktfeder zwischen einem öffnenden Abgangskontakt und einem schließenden Abgangskontakt erreicht werden.
  • Bei Betätigung des Betätigungsstößels liegt ein Kontaktschenkel der Kontaktfeder immer auf einem Pol-Kontaktstift (dem "Zugangskontakt") auf und der andere Kontaktschenkel ist an einem Stützlager (zum Beispiel: eine Nase oder ein Vorsprung im Kunststoffgehäuse) festgelegt. Der 'arbeitende' Kontaktschenkel wird zwischen einem Öffnerkontaktstift und einem Schließerkontaktstift bewegt.
  • Das Halteelement ist als senkrecht vom Betätigungselement abstehender Stift oder Zapfen ausgebildet. Die Kontaktfeder ist um den senkrecht vom Betätigungselement (Betätigungsstößel) abstehenden Zapfen mit mindestens einer Windung herumgewunden. Die Halterung der Kontaktfeder am Betätigungselement ist in Form eines Zapfens ausgebildet, derart, dass ein Abgleiten der Kontaktfeder vom Betätigungselement verhindert wird. Der Einbau der Kontaktfeder erfolgt mit Vorspannung. Die Vorspannung und die beim Betätigen entstehende Rückstellkraft bewirken ein formschlüssiges Andrücken der Federwindungen an einer Seite des Zapfens. Die Windungszahl gemeinsam mit der Federeigenschaft des Federdrahtes bestimmt die Federkonstante der Kontaktfeder. Durch die konstruktive Gestaltung und die passende Materialauswahl kann mit der Kontaktfeder die erforderliche Kontaktkraft an jeweils allen Kontaktstellen sicher aufgebracht werden. Weiterhin kann mit der Kontaktfeder auch ein sicherer Durch-Hub des Betätigungsstößels ausgeführt werden.
  • Durch die lineare Bewegung des Betätigungsstößels mit einer Zapfenlagerung der Kontaktfederwindungen haben die beiden Kontaktschenkel der Kontaktfeder eine tangentiale Reib- und Gleitbewegung auf der Zylinderaußenfläche der feststehenden Kontaktstifte. Schmutzpartikel oder Oxide werden an den Kontaktstellen durch die Bewegung entfernt; es erfolgt eine Selbstreinigung der jeweiligen Kontaktstellen.
  • Die mechanische, konstruktive und materielle Ausbildung des Kontaktsystems sollte vorzugsweise dergestalt sein, dass ein möglichst großer Hub (> 5 mm) am Betätigungselement (Betätigungsstößel) und Hubuntersetzung am Wechslerkontakt vorhanden ist.
  • Durch eine formschlüssige Halterung der Kontaktfeder am Betätigungsstößel liefert die Kontaktfeder auch die Rückholkraft für den Betätigungsstößel. Ein weiteres Element zur Rückstellung des Betätigungsstößels in seine Grundposition ist nicht notwendig.
  • Vorzugsweise ist das Material der Kontaktfeder Federstahl, welcher eine Edelmetallbeschichtung aufweisen kann. Der Federstahl kann weiterhin als polierter, nicht rostender Federstahl ausgebildet sein. Seine Beschichtung kann aus Edelmetall (z.B. Gold oder Rhodium) bestehen.
  • Die Kontakte, bzw. die Kontaktstifte sollten aus leitfähigem Material bestehen, beispielsweise Stifte aus Draht, aus Carbon-Fasern, aus Graphit, aus Graphit mit Cu-Imprägnierung, aus Silber oder einer Silberlegierung. Metallische Kontakte können mit einer Beschichtung aus Nickel (mit guter Korrosionsbeständigkeit) versehen sein. Metallische Abgangskontakte sind auf oder in der Verdrahtungsebene einlötbar, wohingegen Kohlenstoff-Kontakte mit einer lötfreien Befestigungstechnik eingebracht sind. Letzteres kann durch Einpressen in eine leitfähige Folie geschehen und mit Leitkleber oder Leitlack zusätzlich gesichert sein.
  • Die Materialpaarungen zwischen Kontaktstellen auf der Kontaktfeder und den jeweils zugeordneten Kontakten können so gewählt sein, dass vorhandene Thermospannungen kompensiert werden. Hierbei werden zwei elektrisch in Reihe liegende, gleich aufgebaute, aber spiegel-symmetrische Kontaktstellen für einen Schalter (je Öffner / je Schließer) verwendet. Die Thermospannungen sind kompensiert. Eine unterschiedliche Materialpaarung hat auch meist bessere Reibwerte und Gleiteigenschaft.
  • Mindestens ein Kontaktschenkel kann über den Abstand zwischen Halteelement und Stütz- oder Kontaktstelle hinaus verlängert sein. Die überstehende Verlängerung ist dabei zu einem U gebogen und parallel zum Kontaktschenkel zurückgebogen. Somit ist mindestens ein Kontaktschenkel als doppelt, nebeneinander liegender Federdraht ausgebildet. Durch die Verdopplung des mindestens einen Kontaktschenkels entsteht an dem Kontaktschenkel zugeordneten Abgangskontakt ein Doppelkontakt (auch H-Kontakt gebannt). Die beschriebene Ausbildung hat den Vorteil, dass man ein Doppelkontaktsystem mit quasi doppelter Kontaktsicherheit bekommt.
  • Die Kontakte der Anordnung sind als Stifte ausgebildet und auf einer Befestigungs-, bzw. Verdrahtungsebene befestigt. Die Kontakte können in der Verdrahtungsebene eingelötet oder auf andere Weise (beispielsweise durch lötfreie Befestigungstechnik) dort befestigt sein.
  • Das Kontaktsystem lässt sich in einem elektrischen Schaltergehäuse doppelt ausführen. Hierbei kann ein erstes Kontaktsystem oberhalb der Befestigungsebene und ein zweites Kontaktsystem unterhalb der Befestigungsebene angeordnet sein. Auf der Verdrahtungs- oder Befestigungsebene kann eine elektrische Verbindung mit einer ebenfalls dort angeordneten Elektronik mit einer Leiterplatte oder der MID-Technik erfolgt.
  • Ein doppelt ausgebildetes Kontaktsystem kann mit einer elektronischen Ansteuerung versehen sein derart, dass über eine wechselseitige Ansteuerung der Pol-Stifte, einmal für das erste Kontaktsystem und das andere Mal für das zweite Kontaktsystem, von der Elektronik erfasst und kontrolliert wird, welcher der beiden Betätigungsstößel gerade betätigt wird.
  • Ein solcher Wechslerschalter bietet den Vorteil einer zusätzlichen Abfragesicherheit und Fehlererkennung.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden in mehreren Figuren dargestellt, welche im Einzelnen zeigen:
    • Fig. 1 Seiten-Ansicht und Aufsicht auf ein Kontaktsystem,
    • Fig. 2 Aufsicht auf ein Kontaktsystem mit U-förmig gebogenen Kontaktschenkeln und
    • Fig. 3A und 3B zwei Kontaktsysteme auf einer Verdrahtungsebene.
  • In Fig. 1 sind Seiten-Ansicht und Aufsicht auf ein Kontaktsystem dargestellt, welches als Wechselschalter funktioniert. Auf einer Befestigungs- oder Verdrahtungsebene 51 sind ein Zugangskontakt 20 und zwei Abgangskontakte 22, 24 angeordnet. Als Festkontakte dienen (in Form von Kontaktstiften) einfache Runddrähte (oder Rundstäbe). Der Bewegtkontakt wird durch die Kontaktfeder 10 mit ihren beiden gerad-gestreckten Kontaktschenkeln 14, 16 gebildet. Kontaktstifte und Kontaktfeder sind zueinander in einem Winkel von 90 Grad angeordnet. Die Kontaktfeder wird mittig von einem Halteelement 32 mit mehreren Windungen gehalten, welches an einem Betätigungsstößel 30 als senkrecht abstehender Stift angeordnet ist. Die Kontaktschenkel 14, 16 spreizen sich beiderseits des Halteelements 32 mit etwa gleicher Länge ab, wobei die Kontaktschenkel 14, 16 ohne Aufbringen einer elastischen Vorspannung V zwischen sich einen großen stumpfen Öffnungswinkel W aufspannen. Bei Betätigung des Betätigungsstößels 30 werden die Kontaktschenkel über den Winkel von 180° hinaus durchgedrückt. Das Kontaktsystem lässt, wie aus der Figur erkennbar, auch einen gewissen Durchhub der Kontaktbewegung zu.
  • Der erste Kontaktschenkel 14 ist gegen den Zugangskontakt 20 und der zweite Kontaktschenkel 16 ist gegen die isolierende Abstützung 26 unter Vergrößerung des Öffnungswinkels W angelegt. Die Abstützung 26 kann als ein Gehäusevorsprung oder als ein Rundstift ausgebildet sein.
  • Erster 22 und zweiter Abgangskontakt 24 sind in der Nähe des zweiten Kontaktschenkels 16 angeordnet, und kommen abwechselnd mit dem Kontaktschenkel 16 in Berührung, wenn der Betätigungsstößel 30 aktiviert wird.
  • Im rechten Teil der oberen Teilfigur sind die Positionen der Kontakte 22 und 24 und ihre Abstände X, Y, Z angedeutet. Durch bestimmte Positionierung der Kontakte 22 und 24 zueinander und in Bezug auf die Lage des Halteelements 32 wir die Durchbiegung des Kontaktschenkels 16 festgelegt. Weiterhin kann dadurch ein geeigneter Schaltweg und ein gewünschter Durchhub des Kontaktsystems bestimmt werden.
  • In der unteren Teilfigur von Fig. 1 ist der Stromlauf erkennbar. Durch Schalten des Kontaktsystems kann ein erster Stromkreis geöffnet und ein zweiter Stromkreis geschlossen werden.
  • In der Figur 1 ist nicht dargestellt, dass das Kontaktsystem - durch Weglassen des Kontakts 24 - auch nur einen Abgangskontakt 22 haben kann. In diesem Fall ist - je nach Lage des Abgangskontakts 22 - das Kontaktsystem als Öffner oder als Schließer zu betrachten.
  • Das Kontaktsystem ist dann als Öffner ausgebildet, wenn ein Abgangskontakt (beispielsweise 22) auf der dem Halteelement 32 zugewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels 16 liegt und bei Ruhelage des Halteelements 32 vom zweiten Kontaktschenkel 16 berührt wird. Das Kontaktsystem ist dann als Schließer ausgebildet, wenn ein Abgangskontakt (beispielsweise 24) auf der dem Halteelement 32 abgewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels 16 liegt und erst bei Betätigung des Halteelements 32 vom zweiten Kontaktschenkel 16 berührt wird.
  • In Fig. 2 haben die Kontaktschenkel 14 und 16 eine abgewandelte Form. Beide Kontaktschenkel sind über den Abstand zwischen Halteelement und Stütz- oder Kontaktstelle hinaus verlängert. Die überstehende Verlängerung ist zu einem U gebogen und parallel zum Kontaktschenkel zurückgebogen. Jeder Kontakt (20, 22, 24) wird also doppelt vom U-förmigen Kontaktschenkel (14' und 16') kontaktiert. Es liegt ein Doppelkontakt (auch H-Kontakt genannt) vor.
  • In den beiden Teilfiguren 3A und 3B sind je zwei Kontaktsysteme an einer Verdrahtungsebene (51, 51') befestigt. Die Verdrahtungsebene kann (wie in Fig. 1) eine durchgehende Ebene, oder wie in Fig. 3A und 3B unterbrochen sein. Die Ausbildung hängt vom Aufbau des Schaltergehäuses ab, welches nicht näher dargestellt ist. Die Kontaktsysteme werden von getrennten Betätigungselementen (32, 32') bedient und haben je eine Kontaktfeder 10 und 40. Die Kontakte sind in der Verdrahtungsebene eingelötet, wobei in der oberen Teilfigur die Kontaktstifte einmal zur Vorderseite der Verdrahtungsebene 51 abstehen und die Kontaktstifte des zweiten Kontaktsystems auf der Rückseite der Verdrahtungsebene 51 ausgebildet sind. Die Kontakte 22 und 24 können auf demselben elektrischen Potential liegen, also massiv durch die Verdrahtungsebene 51 hindurch geführt sein. Allein der Zugangskontakt auf der Vorderseite (20) ist elektrisch vom Zugangskontakt (20') auf der Rückseite der Verdrahtungsebene 51 getrennt ausgebildet. Die Kontaktstifte für Öffner (z.B. 22) und Schließer (z.B. 24) werden von beiden Kontaktfedern (10, 40) als Gegen-Kontakt benutzt, die beiden Pol-Stifte (20 und 20') kontaktieren jeweils nur einmal die Kontaktfeder im ersten Kontaktsystem und zum anderen die Kontaktfeder im zweiten Kontaktsystem Gehäuses.
  • In der unteren Teilfigur 3B liegen die Kontaktsysteme auf derselben Seite der Verdrahtungsebene 51'. Die Einzelheiten und Bezugszeichen der beiden Teilfiguren 3A, 3B entsprechen den zuvor behandelten Figuren, so dass diese Einzelheiten nicht wiederholt beschrieben werden.
  • Über eine wechselseitige Ansteuerung der Pol-Stifte der beiden Kontaktsysteme, einmal für den einen und das andere Mal für den zweiten Wechslerkontakt, kann eine Elektronik zur Überwachung eingesetzt werden, die prüft welcher der beiden Stößel gerade betätigt wurde und welcher nicht. Der Wechsler bietet den Vorteil einer zusätzlichen Abfragesicherheit der Stößelstellung. Eine Elektronik kann beide Signale auswertet und kann eine Meldung abgeben, ob der Stößel gedrückt worden ist oder ob ein Kontaktfehler aufgetreten ist.
  • Auf der Verdrahtungsebene kann weiterhin die Elektronik der Kontaktsysteme integriert sein. Dies bietet sich unmittelbar an, da für Niederspannungsanwendungen geeignete kleine elektronische Schaltkreise mittels MID-Technik oder in Form einer Leiterplatte aufgebracht und integriert werden können. Zur Integration der Elektronik kann weiterhin beitragen, wenn in der Verdrahtungsebene LED-Anzeigen (für Schalterstellungen) und Stecker für elektronische Anbindungen, beispielsweise als BUS-Kontakte zusätzlich integriert sind.
    • Bezugszeichen
    • 10
    Kontaktfeder (eines ersten Kontaktsystems)
    12
    Windung
    14
    erster Kontaktschenkel
    16
    zweiter Kontaktschenkel
    14', 16'
    Kontaktschenkel U-Form
    20
    Zugangskontakt (als Stützlager und Pol-Stift)
    22
    erster Abgangskontakt
    24 24'
    zweiter Abgangskontakt
    26
    isolierende Abstützung
    30
    Betätigungselement / Stößel (eines ersten Kontaktsystems)
    32
    Halteelement (eines ersten Kontaktsystems)
    40
    Kontaktfeder (eines zweiten Kontaktsystems)
    42, 44
    Kontaktschenkel der Kontaktfeder des zweiten Kontaktsystems
    46
    Betätigungselement / Stößel (eines zweiten Kontaktsystems)
    48
    Halteelement (eines zweiten Kontaktsystems)
    51, 51'
    Befestigungsebene
    W
    Öffnungswinkel
    V
    Vorspannung

Claims (12)

  1. Elektrisches Kontaktsystem, insbesondere für Niederspannung, mit einem Zugangskontakt und mit mindestens einem Abgangskontakt, umfassend
    eine aus Draht bestehende Kontaktfeder (10), die mittig von einem Halteelement (32) im Kontaktsystem gehalten wird,
    und sich beiderseits des Halteelements (32) zwei Kontaktschenkel (14, 16) mit etwa gleicher Länge abspreizen, wobei die Kontaktschenkel (14, 16) ohne Aufbringen einer elastischen Vorspannung (V) zwischen sich einen stumpfen Öffnungswinkel (W) aufspannen,
    wobei ein erster Kontaktschenkel (14) gegen einen als erste Abstützung ausgebildeten Zugangskontakt (20) und der zweite Kontaktschenkel (16) gegen eine zweite isolierende Abstützung (26) unter Vergrößerung des Öffnungswinkels (W) angelegt sind,
    und benachbart zum zweiten Kontaktschenkel (16) ein erster Abgangskontakt (22) angeordnet ist und das Kontaktsystem als Öffner ausgebildet ist, dadurch dass der erste Abgangskontakt (22) auf der dem Halteelement (32) zugewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels (16) liegt und bei Ruhelage des Halteelements (32) vom zweiten Kontaktschenkel (16) berührt wird, oder das Kontaktsystem als Schließer ausgebildet ist, dadurch dass ein zweiter Abgangskontakt (24) auf der dem Halteelement (32) abgewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels (16) liegt und erst bei Betätigung des Halteelements (32) vom zweiten Kontaktschenkel (16) berührt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kontakte (20, 22, 24) als Kontaktstifte ausgebildet sind und durch die lineare Bewegung eines Betätigungsstößels (30) des Kontaktsystems die beiden Kontaktschenkel (14, 16) der Kontaktfeder (10) eine tangentiale Reib- und Gleitbewegung auf der Zylinderaußenfläche der feststehenden Kontaktstifte haben.
  2. Kontaktsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem sowohl als Schließer als auch als Öffner ausgebildet ist, dadurch dass der erste Abgangskontakt (22) auf der dem Halteelement (32) zugewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels (16) liegt und bei Ruhelage des Halteelements (32) vom zweiten Kontaktschenkel (16) berührt wird und dass der zweite Abgangskontakt (24) auf der dem Halteelement (32) abgewandten Seite des zweiten Kontaktschenkels (16) liegt und bei Betätigung des Halteelements (32) vom zweiten Kontaktschenkel (16) berührt wird.
  3. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (32) an einem linear bewegbaren, die Vorspannung (V) erhöhenden Betätigungselement (30) angebracht ist.
  4. Kontaktsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (32) als senkrecht vom Betätigungselement (30) abstehender Stift (32) ausgebildet ist.
  5. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (10) mit mindestens einer Windung um das Halteelement (32) herumgeführt ist.
  6. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Kontaktfeder (10) Federstahl ist und eine Edelmetallbeschichtung aufweist.
  7. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialpaarungen zwischen Kontaktstellen auf der Kontaktfeder (10) und den jeweils zugeordneten Abgangskontakten (22, 24) paarweise so gewählt sind, dass entstehende Thermospannungen kompensiert werden.
  8. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktschenkel (14, 16) der Kontaktfeder zu einem U umgebogen ist.
  9. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (22, 24, 24') auf einer Befestigungsebene (51) befestigt sind, und mindestens ein Kontaktsystem in der Befestigungsebene (51) angeordnet ist.
  10. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Kontaktsystem auf der Vorderseite der Befestigungsebene (51, 51') und ein zweites Kontaktsystem auf der Rückseite der Befestigungsebene (51, 51') angeordnet ist.
  11. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kontaktsysteme auf einer Seite der Befestigungsebene (51, 51 ') angeordnet sind.
  12. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Befestigungsebene (51) eine elektrische Verbindung mit einer ebenfalls dort angeordneten Elektronik mit einer Leiterplatte oder der MID-Technik erfolgt.
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