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Elektrischer Schalter Zusatz zu Patent-Nr. ....................
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(Patent-Anmeldung Nr. P 23 60 167.4) Die Erfindung betrifft einen
elektrischen Schalter mit einer beidendig im Gehäuse abgestützten aus Federmaterial
gebogenen Kontaktfeder, mit insbesondere im mittleren Federbereich angeordneter
sickenartiger Wölbung und einwärtsgebogenen als Kontaktarme ausgebildeten Federenden,
wobei jeder Kontaktarm mit einem von zwei zu überbrückenden Festkontakten zusammenwirkt,
nach Patent-Nr. ............... (Patentanmeldung Nr. P 23 60 167.4).
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Ein derartiger elektrischer Schalter ist an sich bereits vorgeschlagen
worden. Die Kontaktfeder wird dort mit Hilfe
eines längsverschiebbaren
Betätigungsorgans umgeschaltet.
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Für manche Fälle ist es nun vorteilhafter anstelle eines Betätigungsstössels
ein schwenk- oder drehbares Betätigungsorgan zu haben.
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Demnach besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen
Schalter der eingangs genannten Art mit einem dreh- oder schwenkbaren Betätigungsorgan
auszustatten um insbesondere kurze Betätigungswege und/oder eine rasche Schaltbewegung
zu erzielen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein derartiger elektrischer Schalter
vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Auswölbung
der Kontaktfeder die Gestalt eines Zahnes mit vorzugsweise steilen Zahnflanken besitzt,
und daß der von den Festkontakten wegweisende Zahn mit einem dreh- oder schwenkbar
im Gehäuse gelagerten Gegenzahn zusammenwirkt, der ebenfalls vorzugsweise steile
Zahnflanken aufweist. Die in Drehrichtung verlaufende Schaltbewegung des Gegenzahnes
wird auf den Zahn der Kontaktfeder übertragen. Da sich Letzterer nicht drehen kann,
muß er notwendigerweise seitwärts bzw. nach unten ausweichen. Dies führt zu einem
Durchbiegen der Kontaktfeder gegen die Festkontakte
hin, wobei
sich gleichzeitig auch die als Kontakt arm ausgebildeten einwärts gebogenen Federenden
in gleicher Richtung bewegen. Die beiden Festkontakte sind in dem Moment überbrückt,
in dem beide Kontaktarme daran aufliegen. Die Feder muß also im Gehäuse so gelagert
oder auch seitlich eingespannt sein, daß sie die genannten Bewegungen ausführen
und auch wieder in die Ausgangslage zurückkehren kann. Es leuchtet ohne weiteres
ein, daß der für das Umschalten notwendige Drehwinkel um so kleiner ist, je steiler
man die einander zugeordneten Zahnflanken wählt.
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Hieraus resultiert jedoch nicht nur ein kleiner Betätigungsweg, sondern
auch eine rasche Umschaltbewegung. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Vermeidung
eines Kontaktabbrandes wichtig.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenzahn
durch das innere Ende eines schwenk- oder drehbar im Gehäuse gelagerten Kipphebels
od. dgl. gebildet. Entsprechende Gehäuseanschläge begrenzen seine Kippbewegung.
Eine andere Variante der Erfindung besteht darin, daß der Gegenzahn an einer drehbar
im Gehäuse gelagerten, mit einem Betätigungsorgan, insbesondere Drehknopf verbundenen
Welle angebracht,
vorzugsweise angeformt ist. Letzteres gilt vor
allen Dingen bei Kunststoffertigung.
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Der Schalter besitzt in Weiterbildung der Erfindung mehrere nebeneinander
angeordnete, insbesondere in getrennten Kammern untergebrachte Federn. Dabei kann
in jeder Kammer ein getrenntes Schaltwerk untergebracht sein. Andererseits ist es
in vorteilhafter Weise auch möglich, daß die Kontaktfedern zur Bildung eines mehrpoligen
Schalters durch einen gemeinsamen oder mehrere gleichartig angebrachte Gegenzähne
betätigbar sind. Im Falle der ersten Alternativen könnte man also von separaten
Schaltwerken in den einzelnen Kammern nicht ohne weiteres sprechen. Unter gleichartiger
Anbringung der Gegenzähne wird eine winkelgleiche Lage beispielsweise an einer Drehachse
verstanden, welche bei seitlich versetzter paralleler Anordnung der Kontaktfedern
ein gleichzeitiges Schließen und öffnen der Kontakte aller Einzelschalter dieses
Mehrfachsehalter gewährleistet. In diesem Zusammenhange ist noch eine andere Ausbildungsform
der Erfindung interessant, welche darin besteht, daß zur Bildung eines Stufenschalters'
jede Kontaktfeder mittels eines separaten Gegenzahnes betätigbar ist, wobei zumindest
ein Teil der Gegenzähne in-Drehrichtung gesehen gegeneinander versetzt sind. Wenn
alle Gegenzähne in Drehrichtung gegeneinander
versetzt sind, liegt
ein Mehrfachschalter mit nacheinander betätigbaren Einzelnschaltern vor, wobei die
Schaltfolge nicht notwendigerweise durchgehend vom ersten bis zum letzten Einzelschalter
erfolgen muß. Man kann die Kombination aber auch so wählen, daß einzelne Paare oder
Gruppen gleichzeitig geschaltet werden, so daß ein mehrpoliger Stufenschalter entsteht.
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Die Kontaktfedern sind in besonders bevorzugter Weise aus Federdraht
mit vorzugsweise kreisrundem Querschnitt hergestellt, weil dies zu einer besonders
schmalen Bauform führt, die insbesondere bei Mehrfachschaltern vorteilhaft ist.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die Kontaktfedern an ihren seitlichen
Abstützenden wenigstens je eine Versteifungswindung besitzen. Die Anbringung der
Letzteren ist bei Verwendung von Blattfedermaterial weniger empfehlenswert, weil
dies zu einer nicht unbeachtlichen Verbreiterung führen und auch Herstellungsschwierigkeiten
mit sich bringen würde.
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Die Kontakt federn können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
als Schnappfedern ausgebildet sein. Bei bistabiler Ausbildung der Kontaktfedern
kann zusätzlich noch ein üblicher Rücksteller vorgesehen werden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine der Kammern
des Schaltergehäuses einen Rastmechanismus und die übrigen je eine Kontaktfeder
und einen Gegenzahn aufnehmen, wobei die Gegenzähne auf einer gemeinsamen Nockenwelle
sitzen und die sickenartige Auswölbung jeder Kontaktfeder gegen den zugeordneten
Gegenzahn weist. Die Kammern sorgen einerseits für eine gute elektrische Abtrennung
der einzelnen Schalter dieses Mehrfachschalters und gleichzeitig können die Kammerwandungen
zur seitlichen und gegebenenfalls auch stirnseitigen Abstützung der Kontakt federn
herangezogen werden. Hierbei ist es wohl am zweckmäßigsten, wenn alle Kammern, also
auch diejenige für den Rastmechanismus gleich ausgebildet sind. Gegebenenfalls kann
man zwei einander gegenüber liegende Seitenwände im Hinblick auf die Lagerborungen
für die Nockenwelle von den übrigen parallel dazu liegenden Seitenwänden unterschiedlich
ausbilden. Denkbar ist es aber auch, die Nockenwelle in sämtlichen Seitenwänden
zu lagern und die Teilung des Gehäuses in der Längsmittelebene der Nockenwelle vorzunehmen.
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Die sickenartige Auswölbung jeder Kontaktfeder wirkt mit dem jeweils
zugeordneten Nocken, Schaltstift oder dgl. der Nockenwelle zusammen und bewirkt
gleichzeitig eine Aussteifung der Feder an der betreffenden Stelle, vorzugsweise
in ihrem mittleren Bereich. Demzufolge sind die Feder und der Nocken von einfachster
Bauart und dies gilt insbesondere dann, wenn auf die Anbringung von Kontaktnieten
oder dgl. verzichtet wird und stattKdessen die freien nach innen weisenden Federenden
unmittelbar zur Anlage an die Festkontakte bestimmt sind. Das
Gehäuse
mit den Kammern kann man in vorteilhafter Weise einstückig aus Kunststoff herstellen.
Dasselbe gilt auch für die Nockenwelle mit Ihren Nocken oder dgl.
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Wie bereits ausgeführt, sind die Nocken, Schaltstifte oder dgl.
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der Nockenwelle wenigstens teilweise in deren Umfangsrichtung gegenseitig
versetzt und erfindungsgemäß in der Art eines Zahnradzahnes mit steilen Flanken
ausgebildet. Das letzte Merkmal gewährleistet insbesondere dann, wenn in zweckmäRiger
Weise die Auswölbung der Kontaktfeder in der Art eines Zahnradzahnes ausgebildet
und vorzugsweise mit steilen Flanken versehen ist, einen extrem kleinen Schaltwinkel
für jeden Schalter, so daß bei sehr geringen Abmessungen eine Vielzahl von hintereinander
wirksamen Schaltnocken an der Nockenwelle angebracht werden können und der Mehrfachschalter
demzufolge besonders viele Einzelschalter besitzen kann. So ist es ohne weiteres
möglich, den erfindungsgemäßen Schalter so auszubilden, daß bei einer einzigen Drehung
der Nockenwelle um 360 zwanzig und mehr Schaltstellungen möglich sind. Die nebeneinander
liegenden Nocken der Rasteinrichtung müssen nicht notwendigerweise jeweil um eine
Rast in Umfangsrichtung versetzt sein, vielmehr können auch zwei oder mehrere derselben
Mantellinie zugeordnet werden. Desweiteren ist
es nicht erforderlich,
daß nebeneinander liegende Schalter dieses Mehrfachschalters in der Reihenfolge
ihrer Anordnung nach einander geschaltet werden. Es ist ohne weiteres denkbar, in
analoger Weise zu den Zylindern eines Verbrennungsmotors die Schaltfolge beliebig
festzusetzen. Schließlich kann man einer einzigen Kontaktfeder auch mehr als einen
Nocken zuordnen, so daß dieser Schalter während einer Umdrehung der Nockenwelle
zwei oder mehrmals betätigt-wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Rastmechanismus
ein drehfest an der Nockenwelle angebrachtes Rastenrad, insbesondere einstückig
damit gefertigtes Zahnrad, Klinkenrad oder dgl. auf und außerdem ist das damit zusammenwirkende
Rastelement oder dgl. als Rastzahn ausgebildet und an einer Bügelfeder angebracht.
Sowohl letztere als auch die Kontaktfedern können so dimensioniert werden, daß man
sie beispielsweise von oben her lediglich in Kammern einlegt, ohne daß noch irgendwelche
zusätzlichen Befestigungsmaßnahmen notwendig wären. Anschließend setzt man dann
die Nockenwelle mit dem Zahnrad oder dgl. ein und abschließend wird dann der Schalterdeckel
befestigt.
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Der Rastzahn ist vorzugsweise durch eine sickenartige Ausbildung der
Bügelfeder gebildet. Sie ist vergleichbar mit der Auswölbung der Kontaktfedern und
kann mit deren Form
identisch sein. In diesem Falle ist es dann
besonders vorteilhaft, wenn die Zähne des Zahn- oder Klinkenrades hinsichtlich ihrer
Form mit den Nocken der Nockenwelle übereinstimmen.
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Die erwähnte Montage der Federn ist dann in sehr zweckmäßiger Art
möglich, wenn die Bügelfeder des Rastmechanismus und die Kontakt federn der Schalter
auf Vorsprüngen oder Absätzen gegegenüberliegender Wandungen aufliegen, insbesondere
die Bügelfedern an den seitlichen, den Vorsprüngeen vorgelagerten Wandungen abgestützt
ist. Im letzteren Falle werden die Kontaktfedern lediglich lose eingelegt und sie
nehmen dann automatisch ihren richtigen Platz ein, während man die Bügelfeder unter
Aufbringung ihrer Vorspannkraft eindrücken muß. Denkbar ist auch der umgekehrte
Fall, bei dem die Bügelfeder lose im Gehäuse liegt und die Kontaktfedern unter Vorspannung
eingedrückt werden.
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Die Schaltwerke der einzelnen Schalter sind in Weiterbildung der Erfindung
monostabil, d. h. sie kehren nach der Freigabe durch ihren Nocken automatisch wieder
in ihre Ausgangslage zurück. Auch dies trägt wegen des Wegfalls spezieller Rückstelleinrichtung
sehr zur billigen Herstellung des erfindungsgemäßen Schalters bei.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen abgebrochenen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 eine zweite Variante vertikal geschnitten, jedoch ohne Gehäusedeckel, Fig.
3 eine Draufsicht auf eine dritte, als Mehrfachschalter ausgebildete Ausführungsform,
Fig. 4. im Vertikalschnitt ein Rastmechanismus des Schalters der Fig. 3, ebenfalls
ohne Gehäusedeckel, Fig. 5 eine etwas anders gestaltete Kontaktfeder von der Seite
gesehen, Fig. 6 dieselbe Feder von oben betrachtet.
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Das Gehäuse der in Fig. 3 gezeigten,,als Mehrfachschalter ausgebildeten
Variante besitzt beispielsweise drei Kammern 2, 3, und 4. In die Kammern 2 und 3
ist jeweils eine Kontaktfeder 5 lose eingelegt, deren Form sich z. B. aus Figur
1 ergibt. Die Kammer 4 erhält demgegenüber eine Bügelfeder 6,
welche
einem Rastmechanismus 7 (Fig. 4) angehört. Jede Kontaktfeder ist als gewölbte Blattfeder
ausgebildet und besitzt in ihrem mittleren Bereich eine sickenartige Auswölbung
8. Die Bügelfederenden sind unter Bildung zweier gegeneinander weisender Kontaktarme
9 und 10 nach unten innen umgebogen. Der Übergang erfolgt jeweils in einem kleinen
Bogenstück 11 bzw. 12. Dieses liegt bei den Ausführungsbeispielen an den inneren
Wandflächen 13 bzw. 14 nicht an, so daß die Kontakt feder vor der Montage der Nockenwelle
15 in Pfeilrichtung 16 von oben her leieht eingeschoben werden kann. In Figur 3
ist die Breite 17 der Kammern etwas größer gewählt als diejenige der Kontaktfedern
5, jedoch muß dies nicht notwendigerweise so sein. Bei gleicher Breite erhält die
Kontaktfeder auch in Längsrichtung der Nockenwelle 15 eine gute Führung. Sie sollte
allerdings an den Kammerlängswänden nicht stramm anliegen, damit ihr Federungsverhalten
nicht negativ beeinflußt wird. Die Kontaktarme 9 und 10 haben keine aufgesetzten
Kontaktniete, vielmehr arbeiten sie unmittelbar mit den jeweils zu überbrückenden
Festkontakten 18 und 19 zusammen. Alle Festkontakte 18 sind gegenüber den FBstkontakten
19 durch eine an den Gehäuseboden angesetzte Wand 20 abgetrennt. Senkrecht hierzu
erstrecken sich noch Wandungen 21 zwischen den Kontakten 19. Man kann solche Wandungen
auch
zwis-cnen den Kontakten 18 vorsehen, jedoch wurde hierauf
im vorliegenden Falle deswegen verzichtet, weil alle Festkontakte 18 zusammengefaßt
sind und lediglich eine einzige Lötfahne 22 besitzen.
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Die Nocken 23 der Nockenwelle 15 sind nicht nur seitlich, sondern
auch in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.
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Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist jeder Kammer bzw.
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jeder Kontaktfeder lediglich ein Nocken 23 zugeordnet.
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Die Kontaktfeder 5 ist monostabil und kehrt nach Freigabe durch den
Nocken 23 automatisch wieder in die Ausgangslage zurück. Durch entsprechende Formgebung
und gegebenenfalls auch Einspannung kann man auch eine bistabile Lage dieser Federart
erreichen, zu deren Rückstellung es allerdings einer besonderen Einrichtung, beispielsweise
einer Rückstellfeder bedarf.
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Der Rastmechanismus 7 besitzt ein einstückig mit der Nockenwelle 15
hergestelltes Zahn- oder Rastenrad 24, mit relativ steilen Zahnflanken. Steile Flanken
besitzen insbesondere auch die Nocken 23 und die Auswölbungen 8 der Kontakt federn
sowie die entsprechende Auswölbung 25 der Bügelfeder 26
des Rastmecnanisrnus
7. Die Bügelfeder ist seitlich an den inneren tNTandSlchen 13 und 14 abgestützt
und gleicht in ihrer worm dem oberen Teil der Kontakt federn . Hach unten hin ist
sie ebenso wie die Kontaktfedern 5 an Vorsprüngen 27 und 28 des Gehäuses abgestützt.
Auf das nach augen überstehende Ende 29 der Nockenwelle 15 kann ein Drehgriff oder
Betätigungshebel 30 aufgesetzt bzw. aufgeschoben werden, von dern in Figur 3 lediglich
eine Nabe angedeutet ist.
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Bei der in Fi. 1 gezeigten Variante handelt es sich um einen normalen
Ein- Aus-Schalter mit lediglich einer einzigen Kontakt feder 5. Sie ist gleich ausgebildet
wie die Kontaktfedern des in den Fign. 2 bis 4 gezeigten Mehrfachschalters.
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Anstelle der Nockenwelle 15 wird dort eine Drehwelle 31 verwendet,
die drehfest mit einem zweiarmigen Schwenkhebel 32 verbunden ist. Der einen Schlitz
des nicht gezeigten Gehäusedeckels durchsetzende, nach außen überstehende Hebelarm
bildet ein Betätigungsorgan 33. Diametral gegenüberliegend ist' am anderen Hebelarm
33 der Nocken 23 angeformt. Es besitzt ebenso wie die Kontaktfeder 5, steile Flanken.
Dreht man das Betätigungsorgan im Gegenuhrzeigersinne, so drückt die der
Auswölbung
8 der Kontakt feder 5 zugekehrte Zahnflanke gegen die zugeordnete Flanke dieser
Auswölbung weswegen Letztere und damit die gesamte Kontaktfeder nach unten, d. h.
gegen die Festkontakte 18 und 19 hin ausweicht. Dabei wird die Kontaktfeder 5 wie
beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nach unten durchgebogen und gegebenenfalls
auch etwas zusammengedrückt.
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Die Kontaktarme 9 und 10 verschwenken dabei wieder um die Vorsprünge
27 und 28 des Gehäuses 1. Die Festkontakte 18 und 19 sind kurz vor Erreichen der
mit gestrichelten Linien angedeuteten Extremlage des Betätigungs-Organs 33 bzw.
Nockens 23 durch die Kontaktfeder 5 überbrückt. Diese oder auch eine kurz vorher
bzw. kurz danach erreichte Umschaltstellung des Schwenkhebels 32 kann durch geeignete
Iiittel, beispielsweise einen Rastmechanismus fixiert werden, der demjenigen des
ersten Ausführungsbeispieles entsprechen kann. Gleichfalls ist es möglich den Schwenkhebel
32 gegen die Kraft einer Rückstellfeder in die Umschaltlage zu bewegen, so daß er
nach dem Freigeben automatisch in die Ausgangslage zurückkehrt und den Stromkreis
wieder
unterbricht.
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Die Kontaktfeder kann aus Federstahlmaterial bzw. Abschnitten eines
Federstahlbandes oder -drahtes beliebigen Querschnitts hergestellt werden. Insbesondere
ist daran gedacht, Federmaterial rechteckigen oder aber, wie in den Fign. 5 und
6 vorgesehen, kreisrunden Querschnitts zu verwenden. Im letzteren Falle kann an
beiden seitlichen Enden der Kontaktfeder 5 je eine Versteifungswindung 35 vorsehen
werden. er als eine Windung sind an sich nicht empfehlenswert, weil dadurch die
Vorteile der flachen Bauweise dieser Feder wieder verloren gehen. Verzichtet man
auf diese Versteifungsyiindungen, so ist der Bau eines besonders kleinen Mehrfachschalters
möglich.
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Durch besondere Formgebung und Materialwahl kann ein Schnappen der
Kontaktf eder erreicht werden. In diesem Falle müsste noch ein besonderer Rücksteller
oder RüclMoler üblicher Art vorgesehen werden.