EP0195956B1 - Kontaktanordnung in einem Relais für hohe Schaltleistung - Google Patents

Kontaktanordnung in einem Relais für hohe Schaltleistung Download PDF

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EP0195956B1
EP0195956B1 EP86102734A EP86102734A EP0195956B1 EP 0195956 B1 EP0195956 B1 EP 0195956B1 EP 86102734 A EP86102734 A EP 86102734A EP 86102734 A EP86102734 A EP 86102734A EP 0195956 B1 EP0195956 B1 EP 0195956B1
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contact
spring
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contact spring
prongs
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Michael Dipl.-Ing. Dittmann
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Siemens AG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • 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
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5822—Flexible connections between movable contact and terminal

Definitions

  • the invention relates to a contact arrangement in a relay for high switching power with a movable contact spring which is split at its free end into two fork ends, each of these fork ends facing at least on one side a fixed mating contact element.
  • Such a relay is known for example from DE-GM 81 34 890.
  • contact springs with split ends for double contacting have long been common in order to increase contact reliability, for example in the case of low-voltage contacts.
  • a contact spring with double contacts either serves as a bridge contact without its own connection, or the current path is distributed over two contacts in the sense of a parallel connection in order to distribute the high switching current over the cable cross-section of two connection elements and thereby protect them to protect against excessive heating.
  • the contact arrangements have so far been designed so that the entire switching current flows through the spring.
  • the contact spring must therefore consist of electrically good conductive material in order to keep the voltage drop and the heating small.
  • such a spring must also have certain elastic properties to ensure the required switching characteristics and the contact forces. In order to meet all of these requirements, the contact spring had to be made from an expensive copper alloy.
  • the object of the invention is to provide a contact arrangement for a relay of the type mentioned, a high switching current over the two fork ends of the contact spring can be performed both in use as a bridge contact and in use as a double contact without the contact spring itself must consist of electrically good conductive material, although a simple power supply to the two fork ends is still possible.
  • this object is achieved in that the two fork ends are connected via a contact strip made of electrically highly conductive material which runs transversely to the longitudinal extension of the contact spring and is exposed in the region between the fork ends.
  • the contact strip itself can be designed as a continuous contact piece which faces the two counter-contact elements.
  • This contact piece can consist, for example, of copper or a copper alloy, this strip expediently being coated with an additional noble metal coating at least in the areas opposite the counter-contact elements.
  • the contact strip itself can consist of a noble metal alloy, for example of silver-nickel or the like, so that an additional coating is not necessary.
  • a connecting wire can be welded directly onto the contact strip in this area, so that when used for double contacting, the switching current supplied does not run at all through the contact spring itself. Accordingly, this can only be designed according to its spring properties and thus be designed as a steel spring with relatively poor electrical conductivity.
  • the connecting wire welded in the middle area also does not interfere if the fork ends of the contact spring are to be provided on both sides with contact pieces for producing a double changeover contact.
  • the individual contact pieces opposite the contact strip can each be connected directly to the contact strip in openings in the spring material, so that the resistance of the spring in the current path of the switching current does not play a role here either.
  • the contact spring with fork ends designed according to the invention can also be used as a bridge contact, the contact strip itself representing the contact bridge.
  • the contact strip does not have to be solid. Rather, a flexible strand can also be used for this purpose, which ends are welded onto the fork ends of the contact spring. This has the advantage that the two fork ends are not rigidly connected to one another. For example, when welding one fork end, the other can still be moved and, if necessary, open the contact.
  • the contact arrangement shown in Fig. 1 is part of a relay, as is generally shown for example in DE-GM 83 25 986 with its magnet system.
  • a contact spring 2 is fastened to the armature 1 of such a magnet system and also serves as an armature return spring.
  • the contact spring 2 is divided at its free end into two fork ends 2a and 2b, which two Opposing contact elements 3 and 4 or the contact pieces 5 and 6 arranged thereon face each other. Due to the simultaneous contact between the contact spring 2 or its ends 2a and 2b with the two mating contact elements 3 and 4, a high switching current is distributed over two parallel paths and is derived via two connecting lugs 7 and 8, which are anchored in a base body, not shown. In this way, excessive heating of the live parts is avoided.
  • the power supply to the contact spring 2 takes place via a strand 9, which is fastened, for example welded, at one end 9a to a connecting element 10 and is welded at its other end 9b to a contact strip 11, which is transverse to the longitudinal direction of the contact spring 2 via the two Placed fork ends 2a and 2b and attached to them by welding, riveting or the like.
  • the contact strip 11 serves at the same time as a contact piece, which is provided with an additional noble metal layer 12 in the actual contact-making areas compared to the contact pieces 5 and 6.
  • the exposed middle section 11a of the contact strip 11 in the cut-away area between the fork ends 2a and 2b of the contact spring 2 enables the wire 9 to be simply welded on, as a result of which the switching current is supplied directly to the contact piece 11 and thus does not extend via the contact spring 2 itself.
  • This contact spring 2 can therefore consist of relatively cheap, electrically poorly conductive spring steel.
  • FIG. 3 shows a section through the spring ends 2a and 2b, the connection of the current-carrying parts.
  • the contact spring 2 could also be designed as a double changeover contact spring.
  • additional contact pieces 13 need only be attached on the fork ends 2a and 2b opposite the contact strip 11, as is indicated by dashed lines in FIG. 3. These additional contact pieces 13 could then cooperate with further mating contact elements, not shown. In this case, the current supply via the strand 9 would not need to be changed at all, since it is welded onto the central region 11a of the contact strip 11 and therefore does not come into conflict with the additional contact pieces 13.
  • the contact spring 2 is provided with fork ends 2a, which face two mating contact elements 3 and 4 (see FIG. 1).
  • the contact spring 2 is not provided with a power connection at all, rather the contact spring acts as a contact bridge which closes the circuit between the two mating contact elements 3 and 4 when it is closed.
  • a contact strip 19 is arranged between the fork ends 2a and 2b, which is made of a flexible strand. In this way, the two contact spring ends or fork ends 2a and 2b can perform a relative movement, so that when the contact is welded on one fork end, the contact on the other fork end can still be moved and opened.
  • contact pieces 15 and 16 are arranged on both fork ends, which are arranged with shaft extensions 17 and 18 in openings in the respective fork end and are each welded to the end 19a and 19b of the contact strip, which abuts on the opposite side of the contact spring.
  • the contact pieces 15 and 16 are provided according to the previous example with a contact pad 12 made of precious metal.
  • the contact pieces could also consist of a noble metal alloy.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung in einem Relais für hohe Schaltleistung mit einer beweglichen Kontaktfeder, die an ihrem freien Ende in zwei Gabelenden gespalten ist, wobei jedes dieser Gabelenden zumindest an einer Seite einem feststehenden Gegenkontaktelement gegenübersteht.
  • Ein derartiges Relais ist beispielsweise aus dem DE-GM 81 34 890 bekannt. Ganz allgemein sind Kontaktfedern mit gespaltenen Enden zur Doppelkontaktgabe seit langem üblich, um etwa bei Schwachstromkontakten die Kontaktsicherheit zu erhöhen. Bei Relais, mit denen hohe Leistungen geschaltet werden, dient eine Kontaktfeder mit Doppelkontakten entweder als Brückenkontakt ohne eigenen Anschluß, oder der Strompfad wird im Sinne einer Parallelschaltung über zwei Kontakte verteilt, um den hohen Schaltstrom auf den Leitungsquerschnitt zweier Anschlußelemente zu verteilen und diese dadurch vor einer übermäßigen Erwärmung zu schützen. In beiden genannten Fällen sind jedoch die Kontaktanordnungen bisher so gestaltet, daß der gesamte Schaltstrom über die Feder fließt. Die Kontaktfeder muß deshalb, um den Spannungsabfall und die Erwärmung klein halten zu können, aus elektrisch gut leitendem Material bestehen. Andererseits muß eine solche Feder zur Gewährleistung der geforderten Schaltcharakteristik und der Kontaktkräfte auch bestimmte elastische Eigenschaften aufweisen. Um alle diese Forderungen zu erfüllen, mußte also die Kontaktfeder aus einer teueren Kupferlegierung hergestellt werden.
  • Es war zwar bei Einfachkontakten auch schon bekannt, den Strom von einem Anschlußelement über eine Kupferlitze unmittelbar an die Kontaktstelle zu führen, wobei die Kupferlitze direkt mit dem Kontaktstück verbunden wurde (DE-GM 81 09 089 und DE-PS 29 27 879). Für eine Kontaktfeder mit einem gabelförmig gespaltenen Ende, wobei jedes dieser Enden ein Kontaktstück trägt, würde die bekannte Art der direkten Kontaktierung jedoch den doppelten Aufwand bedeuten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktanordnung für ein Relais der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei ein hoher Schaltstrom über die beiden Gabelenden der Kontaktfeder sowohl in der Verwendung als Brückenkontakt als auch in der Verwendung als Doppelkontakt geführt werden kann, ohne daß die Kontaktfeder selbst aus elektrisch gut leitendem Material bestehen muß, wobei trotzdem eine einfache Stromzuführung zu den beiden Gabelenden möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Gabelenden über ein quer zur Längserstreckung der Kontaktfeder verlaufendes und im Bereich zwischen den Gabelenden freiliegendes Kontaktband aus elektrisch gut leitendem Material verbunden sind.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Kontaktband selbst als durchgehendes Kontaktstück ausgebildet sein, welches den beiden Gegenkontaktelementen gegenübersteht. Dieses Kontaktstück kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, wobei dieses Band zweckmäßigerweise zumindest in den den Gegenkontaktelementen gegenüberstehenden Bereichen mit einer zusätzlichen Edelmetallauflage beschichtet ist. In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann aber das Kontaktband selbst aus einer Edelmetallegierung bestehen, beispielsweise aus Silber-Nickel oder dergleichen, so daß eine zusätzliche Beschichtung nicht notwendig ist.
  • Da ein Abschnitt des Kontaktbandes im Bereich zwischen den beiden Gabelenden der Kontaktfeder frei liegt, kann eine Anschlußlitze in diesem Bereich unmittelbar auf das Kontaktband aufgeschweißt werden, so daß bei Verwendung zur Doppelkontaktgabe der zugeführte Schaltstrom überhaupt nicht über die Kontaktfeder selbst verläuft. Diese kann dementsprechend nur nach ihren Federeigenschaften gestaltet werden und somit als Stahlfeder mit verhältnismäßig schlechter elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet sein. Die im Mittelbereich angeschweißte Anschlußlitze stört auch nicht, wenn die Gabelenden der Kontaktfeder beiderseits mit Kontaktstücken zur Erzeugung eines Doppel-Umschaltkontaktes versehen werden sollen. Die dem Kontaktband gegenüberliegenden Einzel-Kontaktstücke können dabei jeweils in Durchbrüchen des Federmaterials unmittelbar mit dem Kontaktband verbunden werden, so daß auch hierbei der Widerstand der Feder im Strompfad des Schaltstroms keine Rolle spielt.
  • Die erfindungsgemäß gestaltete Kontaktfeder mit Gabelenden kann aber auch als Brückenkontakt eingesetzt werden, wobei das Kontaktband selbst die Kontaktbrücke darstellt. In diesem Fall muß das Kontaktband nicht massiv gestaltet sein. Vielmehr kann hierfür auch eine flexible Litze Verwendung finden, welche mit ihren Enden auf die Gabelenden der Kontaktfeder aufgeschweißt ist. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Gabelenden nicht starr miteinander verbunden sind. So kann beispielsweise beim Verschweißen des einen Gabelendes das andere noch bewegt werden und gegebenenfalls den Kontakt öffnen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.
    • Es zeigen
    • Fig. 1 eine erfindungsgemäß gestaltete Kontaktanordnung als Ausschnitt aus einem Relais,
    • Fig. 2 eine Detaildarstellung des freien Endes der Kontaktfeder aus Fig. 1 mit dem aufzubringenden Kontaktband,
    • Fig. 3 einen Schnitt durch das kontaktgebende Ende der Kontaktfeder aus Fig. 1,
    • Fig. 4 und Fig. 5 das freie Ende der Kontaktfeder in einer abgewandelten Ausführungsform.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Kontaktanordnung ist Teil eines Relais, wie es beispielsweise in dem DE-GM 83 25 986 mit seinem Magnetsystem allgemein dargestellt ist. An dem Anker 1 eines derartigen Magnetsystems ist eine Kontaktfeder 2 befestigt, welche auch als Ankerrückstellfeder dient. Die Kontaktfeder 2 ist an ihrem freien Ende in zwei Gabelenden 2a und 2b unterteilt, welche zwei Gegenkontaktelementen 3 und 4 bzw. den auf diesen angeordneten Kontaktstücken 5 und 6 gegenüberstehen. Durch die gleichzeitige Kontaktgabe zwischen der Kontaktfeder 2 bzw. ihren Enden 2a und 2b mit den beiden Gegenkontaktelementen 3 und 4 verteilt sich ein hoher Schaltstrom über zwei Parallelwege und wird über zwei Anschlußfahnen 7 und 8 abgeleitet, die in einem nicht dargestellten Grundkörper verankert sind. Auf diese Weise werden unzulässig hohe Erwärmungen der stromführenden Teile vermieden.
  • Die Stromzufuhr zu der Kontaktfeder 2 erfolgt über eine Litze 9, welche mit einem Ende 9a an einem Anschlußelement 10 befestigt, beispielsweise verschweißt, ist und mit ihrem anderen Ende 9b an ein Kontaktband 11 angeschweißt ist, welches quer zur Längsrichtung der Kontaktfeder 2 über die beiden Gabelenden 2a und 2b gelegt und an diesen durch Verschweißen, Vernieten oder dergleichen befestigt ist. Das Kontaktband 11 dient dabei gleichzeitig als Kontaktstück, welches in den eigentlichen kontaktgebenden Bereichen gegenüber den Kontaktstücken 5 und 6 noch mit einer zusätzlichen Edelmetallauflage 12 versehen ist. Der freiliegende Mittelabschnitt 11 a des Kontaktbandes 11 in dem freigeschnittenen Bereich zwischen den Gabelenden 2a und 2b der Kontaktfeder 2 ermöglicht ein einfaches Anschweißen der Litze 9, wodurch der Schaltstrom unmittelbar dem Kontaktstück 11 zugeführt wird und damit nicht über die Kontaktfeder 2 selbst verläuft. Diese Kontaktfeder 2 kann deshalb aus verhältnismäßig billigem, elektrisch schlecht leitendem Federstahl bestehen.
  • Das Aufbringen des Kontaktbandes 11 auf die Gabelenden 2a und 2b der Kontaktfeder 2 und das Anschweißen der Litze 9 mit ihrem Ende 9b ist in der vergrößerten Darstellung von Fig. 2 zu sehen. Fig. 3 zeigt in einem Schnitt durch die Federenden 2a und 2b die Verbindung der stromführenden Teile.
  • Die Kontaktfeder 2 könnte auch als Doppel-Umschaltkontaktfeder ausgebildet sein. In diesem Fall bräuchten lediglich auf den Gabelenden 2a und 2b dem Kontaktband 11 gegenüberliegend zusätzliche Kontaktstücke 13 angebracht zu werden, wie dies in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Diese zusätzlichen Kontaktstücke 13 könnten dann mit weiteren, nicht dargestellten, Gegenkontaktelementen zusammenwirken. Die Stromzuführung über die Litze 9 wäre in diesem Fall überhaupt nicht zu verändern, da sie auf den Mittelbereich 11a des Kontaktbandes 11 aufgeschweißt ist und somit auch mit den zusätzlichen Kontaktstücken 13 nicht in Konflikt kommt. Um auch in diesem Fall einen guten Stromübergang ohne nennenswerten Übergangswiderstand von der Litze 9 über das Kontaktband 11 zu den Kontaktstücken 13 sicherzustellen, ist es in diesem Fall auch zweckmäßig, die Kontaktstücke 13 mit Schaftansätzen 14 zu versehen, die in Durchbrüchen der Gabelenden 2a angeordnet werden und unmittelbar mit dem Kontaktband 11 verschweißt oder sonstwie verbunden werden.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen eine etwas abgewandelte Ausführungsform der Kontaktanordnung. Dabei ist die Kontaktfeder 2 wie im vorhergehenden Beispiel mit Gabelenden 2a versehen, welche zwei Gegenkontaktelementen 3 und 4 (siehe Fig. 1) gegenüberstehen. Bei diesem Fall der Fig. 4 und 5 ist jedoch die Kontaktfeder 2 überhaupt nicht mit einem Stromanschluß versehen, vielmehr wirkt die Kontaktfeder als Kontaktbrücke, die beim Schließen den Stromkreis zwischen den beiden Gegenkontaktelementen 3 und 4 schließt. Um auch in diesem Fall die Feder aus schlecht leitendem Federstahl herstellen zu können und trotzdem einen niedrigen Widerstand zu gewährleisten, ist ein Kontaktband 19 zwischen den Gabelenden 2a und 2b angeordnet, welches aus einer flexiblen Litze hergestellt ist. Auf diese Weise können die beiden Kontaktfederenden bzw. Gabelenden 2a und 2b eine Relativbewegung ausführen, so daß also etwa beim Verschweißen des Kontakts an einem Gabelende der Kontakt an dem anderen Gabelende noch bewegbar ist und geöffnet werden kann.
  • Auf beiden Gabelenden sind in diesem Fall Kontaktstücke 15 bzw. 16 angeordnet, welche mit Schaftansätzen 17 bzw. 18 in Durchbrüchen des jeweiligen Gabelendes angeordnet und jeweils mit dem an der gegenüberliegenden Seite der Kontaktfeder anliegenden Ende 19a bzw. 19b des Kontaktbandes verschweißt sind. Die Kontaktstücke 15 und 16 sind entsprechend dem vorhergehenden Beispiel mit einer Kontaktauflage 12 aus Edelmetall versehen. Natürlich könnten auch die Kontaktstücke insgesamt aus einer Edelmetallegierung bestehen.

Claims (5)

1. Kontaktanordnung in einem Relais für hohe Schaltleistung mit einer beweglichen Kontaktfeder (2), die an ihrem freien Ende in zwei Gabelenden (2a, 2b) gespalten ist, wobei jedes dieser Gabelenden zumindest an einer Seite einem feststehenden Gegenkontaktelement (3, 4) gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gabelenden (2a, 2b) über ein quer zur Längserstrekkung der Kontaktfeder (2) verlaufendes und im Bereich zwischen den Gabelenden (2a, 2b) frei liegendes Kontaktband (11; 19) aus elektrisch gut leitendem Material verbunden sind.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktband (11) als Kontaktstück den Kontaktstücken (5, 6) der Gegenkontaktelemente (3, 4) gegenübersteht.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktband (11) in den den Gegenkontaktelementen (3, 4) gegenüberstehenden Bereichen mit einer Edelmetallauflage (12) beschichtet ist.
4. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußlitze (9) für die Kontaktfeder (2) in dem zwischen den Gabelenden (2a, 2b) freiliegenden Bereich (11 a) unmittelbar auf das Kontaktband (11) aufgeschweißt ist.
5. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktband als Litze (19) ausgebildet ist und mit beiden Enden (19a, 19b) auf die den Gegenkontakten gegenüberliegende Seite der Kontaktfeder (2) aufgeschweißt ist, wobei auf die Gabelenden (2a, 2b) der Kontaktfeder aufgesetzte Kontaktstücke (15, 16) in Durchbrüchen dieser Gabelenden (2a, 2b) direkt mit den Enden (19a, 19b) der Litze verbunden sind.
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