Physik hinter Schalter beim Öffnen prellen?

Ich war überrascht zu erfahren, dass ein mechanischer Schalter (SPST) beim Öffnen springt. Wodurch wird der Kontakt vorübergehend wieder berührt?

Tritt dieses Phänomen nur bei bestimmten Schaltertypen auf (z. B. bei Schiebeschaltern, aber nicht bei den meisten Drucktasten)?

Grundsätzlich ist keine Substanz vollkommen glatt oder unelastisch. Wenn zwei Objekte mit irgendeiner Kraft zusammenkommen, gibt es kinetische Energie, die bei Kontakt absterben muss. Es klingelt also ein wenig, und da die Oberfläche nicht glatt ist, wird der Kontakt ein wenig zufällig hergestellt / unterbrochen, bis er sich einstellt (z. B. ändert sich der Kontaktwiderstand auch bei einem Schiebeschalter bei Bewegung).

Es passiert mit allen Schaltern; Schieben, Druckknopf, Relais usw., obwohl Schieben oder benetzte Kontakte (zB Quecksilber) besser sind. Dies passiert auch beim Öffnen des Schalters, nicht nur beim Schließen. Einige sind besser als andere - Sie können einige schreckliche bekommen, die für Dutzende von ms hüpfen, und einige gute, die sich innerhalb von <5 ms niederlassen.

Um die Öffnung des Schalters zu vergrößern, öffnen sich die unregelmäßigen Oberflächen nicht perfekt senkrecht. Der dadurch entstehende, stark schwankende Widerstand ähnelt dem Aufprall beim Schließen. Wenn der Druck abgelassen wird, kann sich ein Teil des Kontakts lösen, aber ein anderer Teil kann kurzzeitig einen niedrigeren Widerstand als zuvor erzielen. Je unregelmäßiger die Oberfläche und je stärker die Winkelkraft zwischen den Kontakten ist, desto stärker ist dieser Effekt wahrscheinlich sein.

Obwohl es für unser Auge glatt aussieht, sieht die Kupferoberfläche unter dem Mikroskop etwas anders aus:

Denken Sie über das Gegenteil nach. Was wäre, wenn Sie einen Schalter entwerfen müssten, der beim Öffnen nicht abprallt? Wie würden Sie auf mikroskopischer Ebene sicherstellen, dass sich die beiden Leiter immer monoton und ohne Wischwirkung wegbewegen (Gleiten, was zu einem kurzzeitigen Öffnen und Schließen führen kann)? Man muss bedenken, dass auf dieser Ebene alles eine Feder ist, egal wie starr es auf einer makroskopischen Ebene erscheinen mag. Selbst wenn es irgendwie möglich wäre, keine Wischaktion zu haben, wenn sich die Kontakte trennen, wie können Sie dann sicherstellen, dass die Kontakte nicht schwingen, wenn sie sich entfernen? Sie müssen berücksichtigen, dass die Geschwindigkeit bei 0 beginnt, sodass selbst ein geringfügiges Spiel oder Nachschwingen aufgrund eines Bruchs der Haftreibung erheblich sein kann.

Denken Sie darüber nach und beschreiben Sie uns einen trockenen mechanischen Schalter, der nicht abprallt, wenn Sie tatsächlich denken, dass dies möglich ist.

In den 1950er und frühen 1960er Jahren arbeitete ich als Elektroingenieur in einem Team, das Gleichstromversorgungen mit Hochstromregelung (> 100 Ampere) entwarf. Wir hatten Magnetverstärker zur Steuerung verwendet, aber dann tauchten sogenannte SCRs (Silicon Controlled Rectifiers, jetzt Thyristors) auf. Sie waren sehr anfällig für Überlastungen und brannten schneller durch als die verfügbaren Sicherungen. Ein Weg, sie zu schützen, war eine "Brechstange", dh ein Schalter, der die Sekundärwicklung des Transformators kurzschloss, sodass die Versorgung von den SCRs unterbrochen wurde , und Sicherungen in der Zuleitung würden durchbrennen - der schwere Transformator und seine Verkabelung könnten den Stoß sicher aufnehmen. Das Problem war, dass es eine Menge gefährlicher und erschreckend lauter gab, die funkelten, als der Schalter unweigerlich aufprallte. Die klugen Ingenieure im Forschungslabor haben ein "

Wie ich mich an einen Film über den Schalter mit hoher Geschwindigkeit erinnere, stieg ein oberer Kontakt auf einen unteren ab, und die Kombination wurde so gefedert, dass sie zusammen blieben, während sie sich zurückzogen und auf und ab schwangen. Als wir einen testeten, gab es zwar keine Funken vom Schalter, aber eine lose Verbindung zum Transformator löste sich mit einem allmächtigen Knall. (bevor sich die t-dotter und eye crosser beschweren, weiß ich, dass es "da war kein Funke" sein sollte, aber was ich schrieb, klingt eher nach Realität)