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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schnappschalter für Druckbetätigung
mit einem Steuerhebel, dessen eines Ende um einen ortsfesten Drehpunkt schwenkbar
und der über eine Schnappfeder mit einem etwa parallel zu und unterhalb von ihm
angeordneten, in einem gegenüberliegenden, ortsfesten Drehpunkt schwenkbar gelagerten,
umschnappbaren Kontaktarm verspannt ist, welcher an seinem freien Ende zwei Kontaktstücke
trägt, von denen das eine mit einem Schließ-Festkontakt und das andere mit einem
öffnungs-Festkontakt in Berührung bringbar ist, und mit einer das freie Ende des
Steuerhebels beaufschlagenden Rückstellfeder.
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Bei den bekannten Schnappschaltern dieser Art ist die Stärke der Schnappfeder
bestimmend für die Höhe des Kontaktdruckes. Zur Gewährleistung einer mit einem hohen
Kontaktdruck gleichzusetzenden, hohen Leistungsfähigkeit muß also bei diesen Schaltern
eine relativ starke Schnappfeder Verwendung finden, die in solchen Konstruktionen
ihren Gegenpol in der Rückstellfeder besitzt, welche dann also gleichwertig stark
auszulegen ist wie die Schnappfeder. Da nun die Rückstellkraft dieser Rückstellfeder
unmittelbar eingeht in den zur Betätigung eines solchen Schnappschalters benötigten
Kraftaufwand - bei der Druckbetätigung ist die Kraft der Rückstellfeder unmittelbar
zu überwinden -, ist die Bereitstellung eines hohen Kontaktdruckes bei diesen bekannten
Schnappschaltern gleichzusetzen mit dem Erfordernis eines hohen Kraftaufwandes zum
Betätigen des Druckgliedes. Hierfür maßgebend ist der Tatbestand, daß bei den bekannten
Schnappschaltern die Drehpunkte für den Steuerhebel und den umschnappbaren Kontaktarm
in Verbindung mit den Angriffspunkten der Schnappfeder an diesen so gelegt sind,
daß Schnappfeder und Rückstellfeder bis zum Zeitpunkt des Schnappvorganges in gleicher
Richtung wirken, der Schnappvorgang aber begleitet wird von einer Richtungsumkehr
der Wirkungslinie der Schnappfeder, so daß also nach erfolgtem Schnappvorgang Schnappfeder
und Rückstellfeder in unterschiedlichen Richtungen wirken. Die Kräfte der beiden
Federn stehen also über einen vollen Schaltzyklus nicht ständig im Ausgleich, und
die Rückstellfeder übernimmt bei diesen bekannten Schaltern nur die Funktion einer
automatischen Zurückführung des Kontaktarmes in seine Ausgangslage.
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Die vorstehend abgehandelten Verhältnisse für elektrische Schnappschalter
der eingangs genannten Art liegen auch vor bei einem nach dem deutschen Gebrauchsmuster
1899 866 bekannten Schnappschalter, mit dessen Weiterbildung sich die vorliegende
Erfindung im wesentlichen unter Zugrundelegung der Aufgabe befaßt, einen elektrischen
Schnappschalter für Druckbetätigung dieser Art zur Verfügung zu stellen, der einerseits
die Bereitstellung eines hohen Kontaktdruckes zur Gewährleistung einer hohen Leistungsfähigkeit
erlaubt und der andererseits unter Einhaltung kleinster Abmessungen mit minimalem
Kraftaufwand betätigbar ist. Bei dem Schnappschalter nach diesem Gebrauchsmuster
sind die ortsfesten Drehpunkte für den Steuerhebel und für den Kontaktarm auf der
gleichen Seite vorgesehen, und die Rückstellfeder und die Schnappfeder sind bis
zum Zeitpunkt des Schnappvorganges nach oben, also in der gleichen Richtung, wirkende
Druckfedern, deren Federkonstanten sich also bis zum Schnappvorgang wechselseitig
addieren, sich hingegen nach erfolgtem Schnappvorgang wechselseitig subtrahieren,
weil dann die Schnappfeder in anderer Richtung wirkt als die Rückstellfeder.
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Die vorstehend vermerkte Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem
elektrischen Schnappschalter für Druckbetätigung der eingangs genannten Art durch
die Vereinigung der folgenden für sich teilweise bekannten Merkmale gelöst: a) der
ortsfeste Drehpunkt des Steuerhebels liegt bei Berührung des einen Kontaktstückes
mit dem Schheß-Festkontakt oberhalb der Verbindungslinie des ortsfesten Drehpunktes
des Kontaktarmes mit dem Angriffspunkt der Schnappfeder an dem Kontaktarm; b) die
Rückstellfeder belastet das freie Ende des Steuerhebels von unten her; c) das Druckglied
kommt mit dem freien Ende des Steuerhebels von oben her zur unmittelbaren Beaufschlagung;
d) die Rückstellfeder ist eine nach oben wirkende Druck- oder Zugfeder, und die
Schnappfeder ist eine nach unten wirkende Zugfeder, und e) die auf den Steuerhebel
einwirkende Zugkraft der Schnappfeder wirkt ständig in entgegengesetzter Richtung
zu der Druck- bzw. Zugkraft der Rückstellfeder und ist kleiner als diese.
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Mit diesen Maßnahmen, für deren Gesamtheit die Erfindung ihren Patentschutz
begehrt, erreicht man eine Unabhängigkeit der zur Druckbetätigung des Schalters
aufzubringenden Kraft von der Höhe des durch die Schnappfeder bestimmten Kontaktdruckes,
der maßgebend ist für die Leistungsfähigkeit eines solchen Schalters. Selbst wenn
dieser Kontaktdruck durch entsprechende Auslegung der Schnappfeder sehr hoch gewählt
wird, wird zur Druckbetätigung des Schalters nur eine minimale Betätigungskraft
benötigt, weil beide Federn für einen vollen Schaltzyklus ständig in unterschiedlichen
Richtungen wirken und ihre Federkonstanten also ständig am Ausgleich stehen.
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In übereinstimmung mit weiteren Teilmerkmalen der Erfindung kann man
die Höhe dieser Betätigungskraft leicht dadurch ändern, daß man für den ortsfesten
Drehpunkt des Steuerhebels eine veränderliche Anordnungsmöglichkeit in verschiedenen
Höhenlagen vorsieht oder daß man die Rückstellfeder nachstellbar ausbildet. Andererseits
kann- einer Veränderungsmöglichkeit des Verschiebeweges des Druckgliedes dadurch
bereitgestellt werden, daß für die Schnappfeder verschiedene Festlegungsmöglichkeiten
am Steuerhebel vorgesehen werden.
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Der erfindungsgemäße Schnappschalter wird nachfolgend an Hand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F
i g. 1 den Schnappschalter in einem Längsschnitt, F i g. 2 den Schnappschalter in
Draufsicht nach der Linie II-11 der F i g. 1, F i g. 3 eine Schemadarstellung in
verkleinertem Maßstab zur Veranschaulichung der verschiedenen Schwenklagen von Steuerhebel
und Kontaktarm für einen Schaltzyklus, F i g. 4 eine weitere Schemadarstellung zur
Veranschaulichung der Kräfteverteilung und
F i g. 5 ein Schaubild
zur Erläuterung der Kräftemomente, die auf den Steuerhebel wirken.
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In den F i g. 1 und 2 bezeichnet 1 das in einer Öffnung 3 des Gehäuses
2 verschiebbare Druckglied des Schnappschalters, welches mittels eines Isolierstückest
von oben her mit dem freien Ende eines Steuerhebels 4 zur unmittelbaren Beaufschlagung
kommt. Das Gehäuse 2 besitzt einen abnehmbaren Deckel 2' und ist an seiner oberen
Innenwand mit einem Isolator 2" ausgekleidet. Der Steuerhebel 4 ist mit seinem messerförmig
ausgebildeten Ende 4' in einer Kerbe 51 eines gehäusefesten Isolierkörpers 5' gelagert,
welche also einen ortsfesten Drehpunkt für diesen Steuerhebel 4 bildet. Der Isolierkörper
5 besitzt weitere Kerben 52' und 53' in unterschiedlichen Höhenlagen, welche zur
Lagerung des Steuerhebels 4
herangezogen werden können, um dadurch die über
das Druckglied 1 auszuübende Betätigungskraft zu erhöhen.
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An dem freien Ende des Steuerhebels 4 greift eine nach oben wirkende
Druckfeder 6 an, welche als Rückstellfeder des Schalters wirkt. Diese Rückstellfeder
6 stützt sich ab an einer in eine Gewindebohrung 7 des Isolierkörpers 5 eingeschraubte
Stellschraube 8, die einen Schlitz 8' zum Ansetzen eines Schraubenziehers bei abgenommenem
Gehäusedeckel 2' besitzt. Durch Eindrehen oder Ausdrehen der Stellschraube 8 kann
also die Vorspannkraft der mittels eines Ansatzes 4" am Steuerhebel 4 fixierten
Rückstellfeder 6 verändert werden, eine Erhöhung dieser Vorspannkraft durch Eindrehen
der Stellschraube 8 resultiert in einer Erhöhung der über das Druckglied 1 auszuübenden
Kraft zur Betätigung des Schalters. Neben dem Ansatz 4" ist am freien Ende des Steuerhebels
4 ein etwas längerer Ansatz 9 vorhanden, der mit Öffnungen 91', 92 und 93' zum Einhängen
des einen Endes einer Schnappfeder 10 versehen ist, deren anderes Ende in eine Öffnung
11'
eines Kontaktarmes 11 eingehängt ist. Die Schnappfeder
10 ist eine nach unten wirkende Zugfeder, deren auf den Steuerhebel 4 einwirkende
Zugkraft ständig in einer zu der Druckkraft der Rückstellfeder 6 entgegengesetzten
Richtung wirkt und kleiner ist als diese. Hierfür maßgebend ist der Tatbestand,
daß der Kontaktarm 11 einen dem ortsfesten Drehpunkt .des Steuerhebels 4 gegenüberliegenden
ortsfesten Drehpunkt besitzt, der durch eine Kerbe 12' in dem aufrechten Steg eines
gehäusefesten Körpers 12 zur Aufnahme des messerförmigen Endes 11" des Kontaktarmes
11 gebildet wird. Im Verhältnis zu diesem ortsfesten Drehpunkt des mit zwei Kontaktstücken
13 an seinem freien Ende bestückten Kontaktarmes 11 liegt der ortsfeste Drehpunkt
des Steuerhebels 4 bei Berührung des einen Kontaktstückes 13 mit einem Schließ-Festkontakt
16 oberhalb der Verbindungslinie des ortsfesten Drehpunktes des Kontaktarmes mit
dem Angriffspunkt 11' der Schnappfeder 10 an dem Kontaktarm. Die Anschlußklemme
für den Schließ-Festkontakt 14 ist mit 14" und der mit dem anderen Kontaktstück
des Kontaktarmes 11 zusammenarbeitende Öffnungs-Festkontakt ist mit 15 bezeichnet.
15" bezeichnet schließlich die Anschlußklemme für diesen öffnungs-Festkontakt, und
12" bezeichnet eine dritte Anschlußklemme. Wird die Schnappfeder 10 in eine der
beiden anderen öffnungen 92 und 92 des Ansatzes 9 des Steuerhebels 4 eingehängt,
dann läßt sich dadurch der Verschiebeweg des Druckgliedes 1 vergrößern. Unter
Hinweis auf die weiteren Fi g. 3 bis 5 ist für die Arbeitsweise des vorbeschriebenen
Schnappschalters davon auszugehen, daß die Schnappfeder 10 über ihre beiden Enden
einander entgegengerichtete Zugkräfte F1 und F2 auf den Steuerhebel 4 bzw. den Kontaktarm
11 ausübt. Die Zugkraft F1 läßt sich vektoriell aufteilen in die Kräfte F* und F1",
also in eine in Richtung des Steuerhebels 4 wirkende und eine senkrecht dazu wirkende
Teilkraft. Die Teilkraft Ft ' wirkt in einer zu der Wirkungslinie R der Rückstellfeder
6 entgegengesetzten Richtung. Wie die Fi g. 3 ausweisen, die für eine Berührung
der Kontaktstücke des Kontaktarmes 11 am Schließ-Festkontakt (F i g. 3 A) bzw. am
Öffnungs-Festkontakt (F i g. 3 C) bzw. für einen Zeitpunkt kurz vor dem Eintritt
des Schnappvorganges (F i g. 3 B) stehen, herrscht diese Kräfteaufteilung für einen
Schaltzyklus nahezu immer vor, der eingeleitet wird durch ein Niederdrücken des
Druckgliedes 1. Dabei kommt es also zu einem Verschwenken des Steuerhebels 4 im
Uhrzeigergegensinn, wodurch dessen Artsatz 9 nach unten bewegt wird. Diese Bewegung
des Ansatzes 9 nach unten bewirkt auch eine Bewegung der Schnappfeder 10 nach unten
zur Auslösung des Schnappvorganges, der also ein Verschwenden des Kontaktarmes 11
im Uhrzeigersinn zur Folge hat, wodurch dessen eines Kontaktstück mit dem öffnungs-Festkontakt
15 in Berührung kommt und so lange in dieser Berührungsstellung bleibt, bis die
Kraft auf das Druckglied 1 aufgehoben wird. Dies hat dann zur Folge, daß
die Rückstellfeder 6 das freie Ende des Steuerhebels 4 nach oben drückt, wodurch
dieser im Uhrzeigersinn verschwenkt, dadurch der Ansatz 9 nach oben bewegt und somit
auch die Schnappfeder 10 nach oben gezogen wird, so daß das andere Kontaktstück
des Kontaktarmes 11 wieder in Berührung kommt mit dem Schließ-Festkontakt.
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Hinsichtlich der Kräfte- und Kraftinomentverteilung ist unter Hinweis
insbesondere auf die F i g. 4 und 5 dabei vors folgenden Vorraussetzungen auszugehen.
Ohne Berücksichtigung der in Richtung der Vektorlinie W wirkenden Betätigungskraft
ist für die Berührung des einen Kontaktstückes 13 des Kontaktarmes 11 mit dem Schließ-Festkontakt
14 von einem Ausgleichszustand derselben auszugehen. Dieser Ausgleichs- oder Gleichgewichtszustand
liegt auch bei jeder beliebigen Schwenklage des Steuerhebels 4 vor, weil
das durch die Rückstellfeder 6 einerseits aufgebrachte Drehmoment entgegengesetzt
gerichtet ist zu dem durch die Schnappfeder 10 andererseits aufgebrachten
Drehmoment. Dabei wird nun die Höhe des Kontaktdruckes bestimmt durch die Stärke
der Schnappfeder 10, welche also ihren Gegenpol findet in der Rückstellfeder 6,
gegenüber welche sie etwas schwächer ausgeführt ist. Dieser Ausgleichs- oder Gleichgewichtszustand
wird nur gestört, wenn auf das Druckglied 1 eine Betätigungskraft in Richtung
der Vektorlinie W ausgeübt wird, diese Betätigungskraft kann somit mit einem minimalen
Wert angesetzt werden. Es ist dabei für die Schaltcharakteristik des Schalters unerheblich,
wo das Druckglied zur Beaufschlagung des Steuerhebels 4 kommt, kommt es in
der in Fig.4 gestrichelt eingezeichneten LA ae zur Beaufschlagung, dann wird
dadurch nur die Höhe der dort in Richtung der Vektorlinie W wirkenden Betätigungskraft
beeinflußt.
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In dem Schaubild der F i g. 5 sind schließlich in Abhängigkeit von
dem auf der X-Achse abgetragenen Verschiebeweg des Druckgliedes die im Uhrzeigersinn
wirkenden
Drehmomente über dem positiven Zweig der Y-Achse abgetragen, während über deren
negativem Zweig die im Uhrzeigergegensinn wirkenden Drehmomente abgetragen sind.
Der Linienzug a-b steht für die Änderung des von der Rückstellfeder 6 auf den Steuerhebel
4 ausgeübten Drehmoments, sein Steigungswinkel entspricht der Federkonstante k dieser
Rückstellfeder. Der Linienzug c-d-e-j-g-h-c steht für die Änderung des von der Schnappfeder
10 auf den Steuerhebel 4 ausgeübten Drehmoments, der Linienzug i-j-k-l-m-n-i steht
andererseits für die Änderung der Resultierenden aus diesen beiden Drehmomenten.
Natürlich handelt es sich bei diesen Linienzügen nur im Idealfall um Geraden, üblicherweise
werden Kurvenzüge zum Ansatz zu bringen sein, die aber angenähert als gerade angesehen
werden können. Der für die Resultierende aus den beiden Drehmomenten stehende Linienzug
bestimmt also die Höhe der auf das Zugglied auszuübenden Kraft zur Betätigung des
Schalters. Der Verschiebeweg O-qu entspricht dem Verschiebeweg x der F i g. 4, welcher
also benötigt wird, um das eine Kontaktstück 13 des Kontaktarmes von dem Schließ-Festkontakt
14 abzuheben. Für dieses Abheben wird andererseits ein Drehmoment der Größe qu-j
benötigt, welches also absolut kleiner ist als das Drehmoment qu-e, woraus die Schlußfolgerung
resultiert, daß die Kraft zum Niederdrücken des Druckgliedes 1 selbst dann relativ
niedrig angesetzt werden kann, wenn die Schnappfeder 10 zur Bereitstellung
eines hohen Kontaktdruckes relativ stark ausgelegt ist. Aus diesem Schaubild ist
auch herleitbar, daß durch ein Eindrehen der Stellschraube 8, also einer dadurch
bewirkten Erhöhung der Vorspannkraft der Rückstellfeder 6, der Linienzug a-b parallel
zu sich selbst nach oben verschoben wird und also auch der Linienzug i j-k-l-m-n-i,
ohne daß es zu einer Veränderung des Linienzuges c-d-e-f-g-h-c kommt.
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An Stelle des als Druckknopf ausgebildeten Druckgliedes der vorbeschriebenen
Ausführungsform kann auch ein auf einer Welle aufgeteilter Nocken als Betätigungsglied
zur Beaufschlagung des Steuerhebels kommen. Die Rückstellfeder 6, die in der vorbeschriebenen
Ausführungsform als nach oben wirkende Druckfeder ausgebildet ist, kann auch als
nach oben wirkende Zugfeder ausgebildet sein, ohne daß dadurch die beschriebenen
Verhältnisse eine Veränderung erfahren würden.