DE1122136B - Prellarme elektrische Kontaktanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine prellarme elektrische Kontaktanordnung mit mindestens einer Kontaktfeder und jeweils zwei feststehenden Kontakten, z. B. für Relais.

Das Prellen bzw. Schwingen elektrischer Kontakte beim Schließen verursacht verstärkte Funkenbildung und beeinträchtigt infolgedessen die Lebensdauer der Kontakte und kann außerdem die Arbeitsweise der von ihnen gesteuerten Schaltung nachteilig beeinflussen. Daher ist die Verringerung der Prellzeit ein dringendes Problem, und zwar um so mehr, je größer die Arbeitsgeschwindigkeit und je kürzer somit die zur Verfügung stehende gesamte Kontaktzeit ist.

Zur Herabsetzung der Anzahl bzw. Dauer der Prellungen von Kontakten, insbesondere Relaiskontakten, sind bereits verschiedene Dämpfungsmaßnahmen an Kontaktfedern oder am Relaisanker, wie zusätzliche (Über-) Federn oder Anschlagstützen bzw. Dämpfungsmassen am Anker bekannt. Ferner wurde eine U-förmige Kontaktfeder vorgeschlagen, bei der durch Einspannen beider Schenkelenden mit Abstand voneinander eine vergrößerte Reibungsbewegung des bzw. der Kontakte nahe dem gebogenen Federteil und durch leichte Wölbung des Federbandes quer zur Längsachse eine erhöhte Biegesteifigkeit bei gleicher Masse und somit eine Verkürzung der Eigenschwingungsdauer sowie der Prellzeit erreicht ist.

Demgegenüber werden bei der Kontaktanordnung der eingangs beschriebenen Art Kontaktprellungen gemäß der Erfindung weitgehend vermieden durch U-förmige Ausbildung der Kontaktfeder, ferner durch kraftschlüssige Dreipunkthalterung der nach außen vorgespannten Kontaktfeder an einem Schenkelende und angebogenen Ende durch einen feststehenden Kontakt sowie am anderen Schenkelende durch den anderen feststehenden Kontakt oder ein nichtleitendes Kontaktbetätigungsorgan und schwingungsdämpfende seitliche Führung der Kontaktfeder mittels Schlitz in isolierendem Gehäuse sowie Ausbildung der Kontaktfeder aus zwei nebeneinander angeordneten, sich gegenseitig dämpfenden und einen Doppelkontakt mit erhöhter Kontaktsicherheit bildenden gleichen Drahtfedern.

Die Stabilität der beiden Arbeitslagen der Kontaktfeder ist in Weitergestaltung der Erfindung dadurch gewährleistet, daß die Wirkungslinie der Auflagekräfte der Kontaktfeder an dem einen feststehenden Kontakt bzw. am Betätigungsorgan zwischen denen der Auflagekräfte am anderen feststehenden Kontakt verlaufen.

Verantwortlich für die weitgehende Verkürzung der Prellzeit sind außer der durch U-förmige Ausbil-Prellarme elektrische Kontaktanordnung

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft

m. b. H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Mai 1956 (Nr. 585 508)

Bernhard Jerome Greenblott, Binghamton, N. Y.,

und Martin John Kelly, Endicott, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

dung der Kontaktfeder herabgesetzten Eigenschwingungsdauer derselben und dem Umstand, daß bei der Kontaktschließung jeder Einfluß der Masse des Ankers und der mit ihm fest verbundenen Teile auf eine eventuelle weitere Bewegung der Kontaktfeder aufhört, noch die Tatsache, daß jede Kontaktfeder bei ihrer Bewegung eine gewisse Reibung an der Seitenwand des Führungsschlitzes im Isolierstoffkörper erfährt.

Eine Erweiterung des Einfachkontaktes zum Umschaltkontakt erfolgt durch symmetrische Anordnung zum Betätigungsorgan bzw. zu dem ihm benachbarten Kontakt einer zweiten Kontaktdoppelfeder und eines weiteren feststehenden Kontaktes.

Gemäß der Erfindung werden mehrere vollständige (Arbeits-, Ruhe- oder/und Umschalt-) Kontakte parallel nebeneinander in demselben Isolierstoffgehäuse angeordnet. Bei dieser Mehrfachanordnung wird eine erhebliche Verringerung der Abmessungen durch die U-Form der Kontaktfedern und durch Verwendung von (Doppel-) Drahtfedern an Stelle von Bandfedern erreicht. Ein ungünstiger Einfluß von Fertigungstoleranzen bei der Montage dieser Mehrfachkontaktanordnung wird dadurch ausgeschaltet, daß die Einzelabmessungen weitgehend auf eine einzige Bezugsebene am Isolierkörper, vorzugsweise die Auflageflächen für das Relaisjoch, bezogen sind. Dasselbe gilt für die Steuereinrichtung für die Betäti-

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gungsschiene, vorzugsweise ein elektromagnetisches Relaissystem mit E-fönnigem Joch und Kern, bei dem ebenfalls die Abmessungen auf eine zweite Bezugsebene bezogen sind, nämlich auf die eine Jochfläche, auf der der Anker aufliegt und an der der Isoherkörper befestigt wird.

Dadurch ist eine getrennte Montage von Kontakt- und Magnetanordnung aus verhältnismäßig grob tolerierten Einzelteilen und ihr anschließender Zusammenbau mit aufeinanderliegenden Bezugsflächen ohne Nachjustage möglich.

Ein Ausführungsbeispiel eines Relais mit prellarmer Kontaktanordnung gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Von den letzteren stellt dar

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf das Relais, Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Relais, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Relais, Fig. 4 einen Querschnitt durch die Kontakteinheit.

In den Zeichnungen werden gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Die Elektromagnetanordnung des Relais besteht nach Fig. 2 und 3 aus einem Joch 3 aus magnetischem Material in Ε-Form, dessen äußere Arme durch Niete 4 oder andere Befestigungsmittel an einem Kontaktträgerblock 5 aus Isoliermaterial, ζ. Β. Preßstoff, angebracht sind. Der mittlere Arm 7 des Joches 3 trägt eine bei der Montage des Relais aufschiebbare Spule mit der Erregerwicklung 8.

Ein flacher U-förmiger Anker 9 aus magnetischem Material liegt im angezogenen Zustand des Relais mit seinen beiden Schenkeln auf den äußeren Arm des Joches 3 auf und überbrückt mit seinem Querstück alle drei Jocharme. Die Ankerschenkel sind an den Enden mit Nuten versehen, in die die gegabelten Enden 10 je eines Streifens einer Blattfeder 11 eingreifen, die an dem Joch 3 ζ. Β. durch Niete 12 befestigt ist. Dadurch wird der Anker aus dem Joch festgehalten und der Drehpunkt für seine Schenkel festgelegt.

Eine Kontaktbetätigungsschiene 13 aus Isoliermaterial ist z. B. durch Umpressen oder auf andere geeignete Weise am Anker befestigt. Auf Vorsprüngen der Schiene 13 liegen Fortsätze 14 der Blattfeder 11 (Fig. 1 und 3) mit Vorspannung auf, so daß auf die Schiene 13 und somit auch auf den Anker 9 eine Kraft ausgeübt wird, die das Querstück des U-förmigen Ankers von dem Joch zu entfernen sucht. Diese Bewegung des Ankers bei Abschaltung der Relaisspule wird durch dieselben Vorsprünge der Schiene 13 begrenzt, die bei einem bestimmten Luftspalt zwischen dem Querstück des Ankers 9 und dem Joch 3 auf dessen gegenüberliegende Fläche auftreffen.

Bei Erregung der Wicklung 8 zieht dagegen der in dem Joch 3 erzeugte Magnetfluß den Anker 9 so an, daß er um seine Drehpunkte gegen das Joch 3 geschwenkt wird und die in den Zeichnungen gezeigte Stellung einnimmt. Diese Bewegung des Ankers und somit auch der Schiene 13 wird zur Betätigung der Kontakte ausgenutzt. Die Betätigung der nachstehend beschriebenen Kontaktanordnung gemäß der Erfindung ist von der Verwendung eines bestimmten Kontaktbetätigungsmittels unabhängig und kann auch durch ein solches beliebiger geeigneter Art erfolgen.

In den Zeichnungen ist eine Kontaktanordnung mit vier Kontakten dargestellt, deren jeder einem üblichen Umschaltkontakt mit Arbeitskontakt, Ruhekontakt und gemeinsamem Kontakt entspricht. Jeder Kontakt enthält als Einfach- (Ruhe- oder Arbeits-) Kontakt mindestens zwei feststehende Kontaktelemente, z. B. die mit 16 und 18 bezeichneten, und zwischen diesen eine Kontaktfeder 20. Wenn jedoch, wie im vorliegenden Fall, Umschaltkontakte vorgesehen sind, ist für jeden Kontakt noch ein zusätzliches feststehendes Kontaktelement 16 und eine weitere Kontaktfeder 20 erforderlich, so daß auf jeder Seite eines gemeinsamen feststehenden Elements 18 ίο je ein Element 16 liegt. Darstellungsgemäß können die feststehenden Kontaktelemente 16 und 18 ausgestanzt oder auf andere Weise geformt werden, wonach sie an der richtigen Stelle des Isolierblocks 5 eingepreßt oder anderweitig befestigt werden. Die laut Zeichnungen auf der Unken Seite des Relais hervorstehenden Enden der Elemente 16 und 18 können als Messerkontakte ausgebildet sein, die in entsprechende federnde Gegenkontakte in einem nicht gezeigten Stecksockel für das Relais hineinpassen.

ao Natürlich kann die Zahl der Kontakte nach Beheben gewählt werden.

In dem Block 5 sind rechteckige, schlitzförmige Öffnungen 19 zur Aufnahme der beweglichen Kontaktfedern 20 vorgesehen, und zwar je eine für jeden

»5 Einzelkontakt. Die Schlitze begrenzen die Bewegung der beweglichen Kontaktfedern und üben außerdem eine Dämpfung auf diese aus infolge Reibung der Federn an den Schlitzwandungen.

Die beweglichen Federn 20 sind aus geeignetem Federmaterial U-förmig gebogen. Zur Erhöhung der Kontaktsicherheit sind die Federelemente paarweise vorgesehen und daher als Drahtfedern ausgebildet, und zwar wird je ein Federnpaar für jeden Arbeitsoder Ruhekontakt verwendet. Die Federn 20 werden vor dem Zusammenbau vorgeformt, damit die richtige Federkraft entsteht, wenn sie dann in die Schlitze 19 zwischen die feststehenden Kontaktelemente 16 und 18 eingeschoben werden. Jedes Kontaktfederelement 20 ist an einem Ende 22 hakenförmig gebogen, so daß dieses in einen Schlitz 24 des feststehenden Kontaktes 16 einschnappen kann, wodurch jedes Federnpaar 20 in seiner Längsrichtung auswechselbar festgelegt und außerdem eine sichere elektrische Verbindung mit dem Kontakt 16 hergestellt wird.

Der andere gerade Schenkel 26 der Feder 20 liegt entweder auf der einen Kontaktnase am Ende des gemeinsamen festen Kontaktes 18 auf und stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen beiden festen Kontakten her, oder er wird durch die Kontaktbetätigungsschiene 13 entsprechend der Bewegung des Ankers 9 vom Kontakt 18 abgehoben, d. h. der Kontakt unterbrochen.

Bei dieser Kontaktanordnung gemäß der Erfindung ist also jede der beweglichen Kontaktfedern 20 so vorgespannt, daß sie bei ihrer Freigabe durch das Betätigungsorgan 13 unabhängig von der an letzterem wirkenden Kraft mit einem nur durch ihre Vorspannung bestimmten Kontaktdruck den gemeinsamen festen Kontakt 18 berührt. Es handelt sich demnach um einen sogenannten passiv schließenden Kontakt. Die Kontakttrennung erfolgt dadurch, daß die Kontaktfeder von dem festen Kontakt mittels der Kontaktbetätigungsschiene abgehoben wird, und zwar entweder im Falle eines Ruhekontakts durch die bei Erregung des Relais an seinem Anker 9 wirksame magnetische Kraft oder im Falle eines Arbeitskontakts bei Abschaltung des Relais durch die von den Federn 14 ausgeübte Ankerrückstellkraft. Eine solche

Anordnung hat gegenüber dem üblichen Federkontakt den Vorteil, daß die für die Kontaktbetätigung nötige Arbeit nur halb so groß ist. Dadurch, daß sich die Kontaktbetätigungsschiene 13 im Augenblick der Kontaktberührung zwischen dem festen Kontakt 18 und der beweglichen Kontaktfeder 20 von letzterer entfernt und von ihr auch getrennt bleibt, können sich etwa auftretende Prellungen des Ankers 9 nicht mehr auf den Kontakt auswirken, also keine Schwankungen des Kontaktdrucks oder gar Kontaktprellungen hervorrufen.

Die Federkonstante der Kontaktfeder wird insbesondere durch die für ein gegebenes Federmaterial erforderlichen Fabrikationstoleranzen bestimmt. Sie hängt bei einem gegebenen Material vom Querschnitt und der wirksamen Länge ab. Da jedoch der Querschnitt nicht so weit verkleinert werden kann, daß die höchstzulässigen Spannungsgrenzen überschritten werden, ist für einen gegebenen Querschnitt eine bestimmte Länge der Feder erforderlich, wenn die Federkraft innerhalb entsprechender Grenzen liegen soll. Die Verwendung eines U-f örmigen Federelements ermöglicht nun in einem bestimmten verfügbaren Raum eine Gesamtfederlänge, die doppelt so groß ist wie bei einer geraden Feder.

Die U-Form der Kontaktfeder hat den weiteren Vorteil einer größeren Schwingungsdämpfung und somit einer geringeren Prellneigung. Gemäß Fig. 4 wird nämlich das eine Ende 22 der Kontaktfeder 20 an

einer Bewegung in der Arbeitsebene gehindert, da die 30 Toleranzgrenzen.

taktprellungen und außerdem eine erhebliche Platzersparnis erzielt.

Da es bei Massenproduktion erwünscht ist, die Zahl der von Hand ausgeführten Montagen und Justagen, insbesondere der einzelnen Kontaktfedern, möglichst niedrig zu halten, sind erfindungsgemäß alle Teile so ausgebildet und angeordnet, daß fast alle Fabrikations- und Montagevorgänge maschinell ausgeführt werden können. Die festen Kontakte 16 und 18 werden dementsprechend automatisch im Isolierkörper 5 mit eingepreßt, der aus einem Material mit guter Maßhaltigkeit und Alterungsbeständigkeit besteht, so daß alle Abmessungen innerhalb enger Toleranzgrenzen ohne jede Nacharbeit eingehalten werden können. Sofern doch noch einzelne Flächen bearbeitet werden müssen, kann dies nach dem Preßvorgang in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen.

Durch Auswahl einer geeigneten Bezugsfläche, auf die die Abmessungen aller Teile bezogen sind, werden sich addierende Toleranzfehler vermieden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Oberfläche des Magnetjoches 3, an der der Anker 9 anliegt, als Bezugsfläche, und mit Bezug auf diese werden alle Teile vermaßt. Da die Lage dieser Fläche auch gegenüber der ganzen Mehrfachkontaktanordnung dadurch genau fixiert ist, daß der Block 5 mit seiner Bezugsfläche auf dieser Bezugsfläche des Joches 3 befestigt wird, bleiben auch alle Abmessungen des ganzen Relais innerhalb vernünftiger

eigene Federkraft das hakenförmige Ende 22 der Feder in dem Schlitz 24 des festen Kontaktes 16 unter allen Arbeitsbedingungen festhält. Gegenüber einer einseitig eingespannten geraden Kontaktfeder Kontaktfedern können ebenfalls maschinell abgeschnitten, vorgeformt und danach in die Schlitze des Isolierkörpers 5 eingeführt werden.

Das Joch und der Anker können aus irgendeinem

hat die U-förmige Kontaktfeder eine kürzere Eigen- 35 geeigneten magnetischen Material, z. B. gesintertem

Schwingungsdauer, da bei ihr der Schwingungsknoten im gekrümmten Mittelteil der Feder liegt. Bei gleicher Dämpfung der Eigenschwingungen haben also die durch sie etwa verursachten Kontaktprellungen bei Magnetmateriai, hergestellt werden, und die Anbringung der vorgeformten Feder 11 kann ebenfalls maschinell erfolgen. Die Kontaktbetätigungsschiene 13 kann an dem Anker 9 ebenfalls maschinell, z. B.

der U-f örmigen Feder wesentlich kürzere Dauer. Die 40 durch Nieten oder Pressen, befestigt werden.

beiden Schenkel der Kontaktfeder haben etwas verschiedene Länge, so daß die Federkräfte an dem hakenförmigen Ende 22 und an dem freien Ende 26 an den durch die Pfeile 28 bzw. 30 bezeichneten Bei der Endmontage werden die Arme des Joches 3 am Block 5 angenietet oder auf andere Weise angebracht, wobei die Kontaktbetätigungsschiene zwischen die gegenüberliegenden beweglichen Schenkel der

Stellen wirksam sind. Infolge des Abstandes beider 45 Kontaktfedern eingeführt wird. Danach werden die

Kraftrichtungen wird auf die Feder ein Kippmoment ausgeübt, das die Ausbuchtung des gekrümmten mittleren Federteils an der durch den Pfeil 32 bezeichneten Stelle gegen den festen Kontakt 16 drückt. Die von der Kontaktbetätigungsschiene 13 auf den Federschenkel 26 an der durch den Pfeil 34 bezeichneten Stelle angreifende Arbeitskraft liegt zwischen den Punkten 28 und 30 und erzeugt daher ebenfalls ein in gleichem Sinn auf die Feder 20 wirkendes, also ihre Auflage am festen Kontakt 16 im Punkt 32 erzwingendes Kippmoment aus. Unter allen Arbeitsbedingungen ist somit eine sichere Dreipunktauflage der Kontaktfeder gewährleistet.

Dieses Festhalten der Feder 20 an dem einen Ende und an dem Punkt 32 etwa in Federmitte bewirkt eine innere Dämpfung der Feder, die beim Aufschlagen des freien Endes 26 der Feder auf den gemeinsamen festen Kontakt 18 das Entstehen von Schwingungen bzw. Prellungen erschwert oder ganz verhindert.

Durch die an einem Ende und nahe der Mitte festgehaltene Kontaktfeder gemäß der Erfindung wird somit eine weitgehende Ausschaltung von Kon-Anschlußdrähte der Erregerspule 8 durch Lötung oder in anderer Weise an entsprechenden festen Kontaktstreifen im Block 5 befestigt, welche als Spulenanschlüsse für das Relais dienen (s. Fig. 3).

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Relaisanordnung ist demnach für eine weitgehend maschinelle und daher wirtschaftliche Massenproduktion bei sehr geringer manueller Montage- oder Justagearbeit geeignet. Die auch in anderen Vorrichtungen außer Relais, z. B. in durch Nocken oder von Hand betätigten Schaltern, verwendbare Kontaktanordnung ist allein ebenso wirtschaftlich herstellbar und hat außerdem den Vorteil geringen Raumbedarfs und weitgehend prellfreier Arbeitsweise.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Prellarme elektrische Kontaktanordnung mit mindestens einer Kontaktfeder und jeweils zwei feststehenden Kontakten, z. B. für Relais, ge kennzeichnet durch U-förmige Ausbildung der Kontaktfeder (20); durch kraftschlüssige Drei-

punkthalterung der nach außen vorgespannten Kontaktfeder (20) an einem Schenkelende (22) und am gebogenen Ende (32) durch den einen feststehenden Kontakt (16) sowie am anderen Schenkelende (26) durch den anderen feststehenden Kontakt (18) oder ein nichtleitendes Kontaktbetätigungsorgan (13); und schwingungsdämpfende seitliche Führung der Kontaktfeder (20) mittels Schlitz (19) in isolierendem Gehäuse (5) sowie Ausbildung der Kontaktfeder (20) aus zwei nebeneinander angeordneten, sich gegenseitig dämpfenden und einen Doppelkontakt mit erhöhter Kontaktsicherheit bildenden gleichen Drahtfedern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungslinien der Auflagekräfte (30 bzw. 34) der Kontaktfeder (20) an dem einen feststehenden Kontakt (18) bzw. am Betätigungsorgan (13) zwischen denen der Auf-

lagekräfte (28 bzw. 32) am anderen feststehenden Kontakt (16) verlaufen.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltkontakt gebildet wird durch zum Betätigungsorgan (13) bzw. zu dem ihm benachbarten Kontakt (18) symmetrische Anordnung einer zweiten Kontakt-(Doppel-) Feder (20) und eines weiteren feststehenden Kontaktes (16).

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vollständige (Arbeits-, Ruhe- oder Umschalt-) Kontakte parallel nebeneinander in demselben Isolierstoffgehäuse (5) angeordnet und ihre Abmessungen auf eine einzige zur Anordnungsebene parallele Bezugsebene desselben bezogen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 892 927, 111 111.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

θ 109 760/335 1.62