DE29617793U1 - Schaltgerät - Google Patents

Description

Anmelderin: Kuhnke GmbH

Lütjenburger Straße 101
23714 Malente

Schaltgerät

Die Erfindung geht aus von einem Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zu den bekannten Schaltgeräten, die ausschließlich durch elektrische Signale beeinflußt werden und die ihrerseits auf einen elektrischen Energiekreis Einfluß nehmen, zählen Relais und Schütze. Diese Geräte beinhalten einen Sockel mit elektrischen Anschlüssen für die Steuersignale und den elektrischen Leistungskreis zum Schalteia von eigenen Kontakten. Es sind auch Schaltgerate bekannt, zum Beispiel Magnetventile, bei denen durch elektrische Steuersignale fluidische Ausgangssignale beeinflußt werden. Umgekehrt werden in Druckschaltern durch fluidische Steuersignale elektrische Ausgangssignale beeinflußt.

Der Antrieb des Schaltgerätes wie auch der durch das Schaltgerät zu steuernde Energiekreis können sowohl elektrischer als auch fluidischer Art sein.

Die auf elektrische Schaltgeräte einwirkenden Steuersignale werden von den Anschlüssen her einer elektrischen Spule zugeführt, die von einem Eisenkreis mindestens teilweise umhüllt ist. Bei Bestromung der Spule baut sich ein elektromagnetisches Feld auf,

das auf einem beweglich gelagerten, ferromagnetischen Mechanismus, der einen Anker enthält, einwirkt und diesen mit Kraftüberschuß bewegt. Diese vom Anker ausgehende Kraft wirkt auf eine beweglich gelagerte, kräfteentkoppelte Schließ-ZÖffnungseinrichtung in Form eines einendig gelagerten Schaltarmes, der als Kontaktträger ausgebildet und mit dem beweglichen Teil der Relaisbzw. Schützkontakte bestückt ist. Der Kontaktträger ist oftmals eine eingespannte Blattfeder. Der Kraftüberschuß, der vom Anker ausgeht, ist so groß, daß die beweglichen Kontakte ebenfalls mit Kraftüberschuß an den festen Kontakten zur Anlage kommen und so den zu steuernden Energiekreis schließen. Hierbei ist es wichtig, daß dieser an den Kontakten anliegende Kraftüberschuß in sehr engen Grenzen, zum Teil im Bereich weniger mN, eingehalten wird, um Kontaktübergangswiderstände, das Verschleißverhalten usw. unter Betriebsbedingungen in vorgegebenen Toleranzwerten zu halten. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder einzelne Kontaktträger, der den beweglichen Kontakt trägt, entsprechend durch geringe oder stärkere Verbiegung justiert wird. In modernen Fertigungsautomaten geschieht dieses Justieren durch zeitraubendes Hämmern der Kontaktträger und fortlaufendes Messen des anliegenden Kraftüberschusses.

Schaltgeräte rein fluidischer Art benötigen ein fluidisches Ansteuerungssignal. Dieses kann z. B. geringen Druckes sein, um ein fluidisches Ausgangssignal größeren Druckes und größerer Durchflußmenge zu beeinflussen. So kann z. B. die vorgenannte elektrische Spule durch einen fluidisch betriebenen Zylinderantrieb (Aktuator) ersetzt werden. Es sind auch Verstärkerventile bekannt, bei denen ein sehr geringer Steuerdruck von z. B. < 10 mbar einen Ausgangsdruck von 8 bar bei einer Durchflußmenge von 500 Norm-Liter/min und mehr beeinflußt. Diese Geräte weisen einen Verstärkerteil und ein Leistungsventil auf, wobei

beide Teile direkt oder über einen Kanal oder Schlauchleitungen fluidisch und auch z. T. mechanisch miteinander verbunden sind. Das Leistungsventil umfaßt einen Sockel, dem ein Gehäuse oder eine Anschlußplatte zugeordnet ist, in welchen Teilen die An-Schlüsse für die ein- und ausgehenden fluidischen Signale vorgesehen sind.

Die fluidischen Steuersignale wirken auf einen Mechanismus, deren einer Teil eine Seite einer druckdicht eingespannten Membran ist und deren anderer Teil der Raum ist, der die Membran einseitig abschließt und als Druckraum bezeichnet wird. Diesem Druckraum ist auf der gegenüberliegenden Membranseite eine Düse mit relativ geringem Strömungsquerschnitt zugeordnet, die in nicht betätigtem Zustand einen definierten Fluidstrom unterhalb der Membran abbläst. Dieser Raum des Verstärkerteiles, in den der Fluidstrom abgeblasen wird, kommuniziert mit einem Vielfachen des Strömungsquerschnittes der Düse mit der Atmosphäre, so daß hier trotz Abblasen des Fluides praktisch Atmosphärendruck herrscht.

Um die Membran in unbetätigtem Zustand in definierter Entfernung von der zu schließenden Düse zu halten und um den minimalen Steuerdruck der Eingangssignale einzuhalten, wird die Membran düsenseitig durch eine kräfteentkuppelte Feder, z. B.

eine mäanderförmige Blattfeder, unterstützt. Der fluidische Funktionsteil des Verstärkerteiles wirkt wie folgt: Dem zu steuernden fluidischen Energiekreis, der an das vorgenannte Leistungsventil angeschlossen wird, wird in seinem ungesteuerten Bereich über einen in dem Leistungsventil vorgesehenen Bypass ein Teilfluidstrom entnommen, der über eine Blende kleineren Strömungsquerschnittes als derjenige der genannten Düse des Leistungsventiles, z. B. einen fluidisch betätigbaren Kolben, zugeführt. Aufgrund der

Querschnittsverhältnisse der Blende kleineren Querschnittes und der Düse größeren Querschnittes baut sich bei geöffneter Düse in dem Raum zwischen Blende, Düse und Aktuator lediglich ein Druck in der Größenordnung auf, der auf den Aktuator des Leistungsventiles keinen Bewegungseinfluß hat. Wird jedoch ein fluidisches Steuersignal ausreichenden Druckes gegeben, das aus dem Druckraum heraus auf die Membran wirkt, wird sich diese aufgrund ihrer wirksamen Steuerfläche auf die Düse zu bewegen und diese verschließen. Hierdurch baut sich in dem Raum zwisehen Blende, Düse und Aktuator des Leistungsventiles der gleiche Druck auf, wie er auch in dem ungesteuerten Energiekreis herrscht, z. B. 8 bar. Dieser Druck reicht aus, über den Aktuator das Leistungsventil zu schalten.

Wie sich aus diesen Darlegungen leicht erkennen läßt, liegt hier, analog zum Relais, auch das Problem der genauen Schaltpunkte in der Kraft und der Toleranz der Feder unterhalb der Membran vor. Die richtige Feder läßt sich allerdings nur durch Ausmessen der Federkraft vor dem Einbau bestimmen. Trotzdem kommt es auf Grund von Fertigungstoleranzen, z. B. der Membraneinspannung, der Membrandicke, der Härtetoleranzen der Membran usw. zu Problemen, einen engen und reproduzierbaren Schaltpunkt zu erreichen und im Betrieb dauerhaft beizubehalten.

Es besteht somit die Aufgabe, ein Schaltgerät der eingangs genannten Art sowohl für elektrische als auch für fluidische Zwecke und Kombinationen davon vorzuschlagen, das sich einfach und im bereits teilmontiertem Zustand mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit einstellen läßt und die eingestellten Werte auch im Dauereinsatz beibehält.

Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem im Anspruch 1 angegebenen Schaltgerät erreicht.

Mit dieser Lösung ist es auf einfache Weise möglich, im bereits teilmontiertem Zustand des Schaltgerätes eine definierte Anlagekraft des beweglichen Schaltelementes des Schaltgerätes mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit einzustellen. Die eingestellten Werte werden dabei auch im Dauerbetrieb des Schaltgerätes beibehalten. Wenn die einendige Lagerung des Schaltarmes so ausgebildet wird, daß in diesem Bereich ein den Schaltarm lagerndes Bauteil beispielsweise durch Biegen eingestellt wird, kann der Schaltarm genau eingestellt werden kann. Die Einstellage des Schaltarmes kann während der Fertigung in herkömmlicher Weise gemessen und somit laufend überprüft werden. Es entfällt dadurch

z. B. die zeitraubende Hämmerung des Schaltarmes.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist die ortsfeste Lagerung des Schaltarmes ein Bauteil mit einem biegbaren Längenabschnitt auf, der durch eine externe Biegekraft zwecks Einstellung der definierten Anlagekraft des Schaltarmes verstellbar ist. Dieser Längenabschnitt kann aus dem Stegteil des Z-förmig, L-förmig oder U-förmig ausgebildeten Bauteiles bestehen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand mehrerer, in den anliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
30

Fig. 1

und 2 in teilweiser Darstellung und im Schnitt zwei rein

elektrische Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Schaltgerätes,
5

Fig. 3

und 4 in teilweiser Darstellung und im Schnitt ein elek-

trisch-fluidisches Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Schaltgerätes und
10

Fig. 5 in teilweiser Darstellung und im Schnitt ein rein

fluidisches Beispiel des vorgeschlagenen Schaltgerätes.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 4 zeigen nur die zum Verständnis der Erfindung wichtigen Bauteile. Die übrige Konstruktion ist für den Fachmann allgemein bekannt, so daß sich eine Erläuterung hierüber erübrigt. Das vorgeschlagene Schaltgerät umfaßt einen Sockel 1, der einen allgemein mit 2 bezeichneten Schaltmechanismus und eine elektrische Spuleneinrichtung 3 als Antrieb für den Schaltmechanismus aufweist. Die Spuleneinrichtung 3 besteht in üblicher Weise aus einer elektrischen Spule 4, die um einen Eisenkern 5 gewickelt ist, und aus einem zweiarmigen Anker 6, dessen einer Schenkel 7 bei Bestromung der Spule 4 angezogen wird und im nichtbestromten Zustand der Spule 4 vom Kern 5 losgelöst ist, wie es Fig. 1 zeigt. Der andere Schenkel 8 des Ankers 4 liegt dann an dem Mechanismus 2 an.

Der Schaltmechanismus 2 umfaßt einen zwischen zwei Schaltstellungen bewegbaren, länglichen Schaltarm 9, der an seinem einen Endbereich mittels einer Lagerung 10 ortsfest gelagert und im übrigen zwischen zwei Schaltstellungen frei beweglich ist. Das andere Ende des Schaltarmes ist beidseitig mit einem Kontakt-

element 11 versehen, dem jeweils ein festes Kontaktelement 12 und 13 gegenüberliegt. Die festen Kontakte 12 und 13 sind mittels Halter 14 im Sockel 1 befestigt.

Die Lagerung 10 für den Schaltarm 9 kann beispielsweise aus einem L-förmigen Halter 15 bestehen, an dessen kurzem Schenkel der Schaltarm beispielsweise durch Nietung befestigt ist.

Mit dem längeren Schenkel 16 ist der Halter 15 im Sockel 1 befestigt. Um zu erreichen, daß der elektrisch leitende Schaltarm 9 mit seinem beweglichen Kontakt 11 in seiner ersten, in Fig. 1 oberen Stellung mit einer definierten Anlagekraft an dem festen Kontakt 12 anliegt, wird die Lagerung 10 so verstellt, daß der längere Schenkel 16 des Halters 15 in bezug auf die Zeichnung z.

B. nach links verbogen wird, und zwar um einen gewissen Winkel &agr;, wie es in Fig. 1 angegeben ist. Dadurch wird der Schaltarm 9 ein wenig nach oben gebogen gekrümmt, wie es strichpunktiert mit der Linie 9a stark übertrieben angegeben ist. Um welchen Winkel der längere Schenkel 16 umgebogen werden muß, hängt von dem jeweiligen Anwendungszweck des betreffenden Schaltgerätes ab, so daß zwischen den Kontakten 11 und 12 die vorgeschriebene Kontaktanlagekraft erreicht wird. Diese Kontaktanlagekraft wird in üblicher Weise während der Fertigung des Schaltgerätes mit einem Meßgerät 17 beispielsweise an der in Fig. 1 gezeigten Stelle gemessen. Das Verbiegen des längeren Schenkels 16 um den jeweils erforderlichen Winkel &agr; ist während der Fertigung des Schaltgerätes auf einfache Weise und schnell durchzuführen. Eine gleiche Wirkung läßt sich jedoch auch erzielen, wenn der kurze Schenkel gegenüber dem längeren verbogen wird.

Der zu steuernde Energiekreis ist in Fig. 1 mit den elektrischen Leitungen 18 schematisch angedeutet, ist allgemein bekannt und

gehört nicht zum Gegenstand der hier beschriebenen Erfindung. Man erkennt in Fig. 1, daß der Schaltarm 9 mit seinem Kontakt 11 an dem oberen Kontakt 12 anliegt, so daß der zu steuernde Energiekreis 18 geschlossen ist. Hierbei liegt der Kontakt 11 auf Grund der Verbiegung des längeren Schenkels 16 des Halters 15 gemäß dem Winkel &agr; mit einer definierten Kraft an dem oberen festen Kontakt 12 an.

Wenn der zu steuernde Energiekreis 18 geöffnet werden soll, wird die elektrische Spule 4 bestromt, so daß der Anker 6 an seinem Schenkel 7 angezogen wird. Dadurch wird der Schaltarm 9 durch den anderen Schenkel 8 des Ankers 6 nach unten gedrückt und liegt dann gegen den unteren festen Kontakt 13 des Mechanismus 2, dessen Kraft ebenfalls definiert einzustellen ist, wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist es erforderlich, auch zwischen dem unteren festen Kontakt 13 und dem beweglichen Kontakt 11 des Schaltarmes 9 eine definierte Kontaktanlagekraft vorzusehen. Um dies zu erreichen, wird der untere Schenkel 8 des Ankers 6 um einen Winkel ß eingestellt, so daß der Schenkel 8 den Schaltarm 9 mit einer bestimmten Kraft nach unten drückt. Diese Kraft wird während der Fertigung ebenfalls mit dem Meßgerät 17 gemessen. Man erkennt in Fig. 2, daß der Schaltarm mit einem gewissen Maß nach unten bogenförmig durchgedrückt ist, um die gewünschte Kontaktanlagekraft zu erhalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es so, daß auf jeden Fall sowohl zwischen dem Kontakt 11 und dem Kontakt 12 als auch zwischen dem Kontakt 11 und dem Kontakt 13, der einem zweiten zu steuernden Energiekreis 19 zugehörig ist, bei der jeweiligen Schaltstellung des Schaltarmes 9 eine definierte Anlagekraft vorhanden ist.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich insofern von denjenigen nach den Fig. 1 und 2, als daß hier der zweite zu steuernde Energiekreis 20 ein fluidischer Kreis ist, von dem nur das Fluidventil 21 gezeigt ist. Dieses Ventil wird über eine Fluidleitung 22 angesteuert. Fig. 3 zeigt die erste Schaltstellung des Schaltarmes 9, in der das Ventil 21 nicht betätigt ist, weil über die Leitung 22 entlüftet wird. In Fig. 4 befindet sich der Schaltarm 9 mit einer definierten Anlagekraft in seiner zweiten Schaltstellung, in der die Fluidleitung 22 nun geschlossen ist, so daß das Ventil 21 nunmehr angesteuert wird und seine entsprechende Schaltstellung zur Steuerung des Energiekreises 20 einnimmt.

Gleichzeitig ergibt sich aus den Fig. 3 und 4, daß der erste Energiekreis 18 gemäß Fig. 3 geschlossen und gemäß Fig. 4 geöffnet ist. Hierbei kann die elektrische Spuleneinrichtung 3 auch durch einen nicht dargestellten fluidischen Zylinderantrieb ersetzt werden.

Nach der vorstehenden Beschreibung wird der bewegliche Schaltarm 9 durch Verstellung des längeren Schenkels 16 seiner ortsfesten Lagerung 10 eingestellt. Es kann alternativ oder zusätzlich auch so vorgegangen werden, daß der kürzere Schenkel 16a, auf dem der Schaltarm 9 unmittelbar aufliegt, durch Biegen gemäß einem Winkel &agr; eingestellt wird. Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist als Halter 15 für den Schaltarm 9 ein L-förmiges Bauteil vorgesehen. Alternativ kann jedoch auch ein Z-förmiges Bauteil oder beispielsweise auch ein U-förmiges Bauteil verwendet werden, wie es z. B. in Fig. 5 dargestellt ist. Bei diesen Bauteilen ist es vorteilhaft, jeweils immer den größeren Längenabschnitt für die Einstellung des Winkels &agr; durch Biegen zu verwenden, weil dies durch eine externe Kraft einfacher durchzuführen ist. Ein Verbiegen des

*· &iacgr;&ogr;

kürzeren Schenkels gegenüber dem längeren würde jedoch zu gleichen Ergebnissen führen.

Der untere Schenkel 8 des als zweiarmiges Winkelhebelbauteil ausgebildeten Ankers 6, der mit dem beweglichen Schaltarm 9 des Mechanismus 2 in Berührung kommt, ist mit einem Kunststoffisolierteil 23 umhüllt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein rein fluidisches Schaltgerät 24 zur Druck- und Leistungsverstärkung für einen zu steuernden fluidischen Energiekreis 42. Es umfaßt einen fluidischen Antrieb 25, der über federnde Elemente 26, zum Beispiel mehrere umfangsmäßig verteilte Gummiringe, mit dem Sockel 27 mittels schematisch angedeuteter Schrauben 28 fest verbunden ist. Zwischen dem Antrieb 25 und dem Sockel 27 ist eine Entlüftungsmöglichkeit 29 gegeben.

Der Antrieb 25 umfaßt eine mit einer Verstärkungsplatte 30 versehene Membran 31, die an ihrem umfang fluiddicht eingespannt ist und über einen Anschluß 32 fluidisch angesteuert wird.

Der Sockel 27 enthält in einem Raum 33 einen beispielsweise U-förmig ausgebildeten Halter 34, der an seinem Oberende den beweglichen Schaltarm 9 trägt. Auch in diesem Fall ist der Schaltarm an seinem einen Ende an dem Halter 34 starr befestigt, während er im übrigen zwischen zwei Schaltstellungen frei beweglich ist. In den Raum 33 ragt ferner eine Düse 35, die über einen Fluideinlaß 36 und eine Blende 37 beaufschlagt wird. Der Einlaß 36 kommuniziert mit einem Auslaß 37, der über eine Fluidleitung 38 einen Aktuator 39, &zgr;. B. ein Kolben, eines Leistungsventiles 40 beaufschlagt.

Um eine definierte Anlagekraft an der Membran 31 zu erhalten und somit den Schaltdruck exakt vorzugeben, wird der Stegteil 34a des Halters 34 gemäß einem Winkel &agr; durch Biegen verstellt, so daß der bewegliche Schaltarm zu der Membran 31 hin eine bestimmte Einstellung erhält. Diese Ausgangseinstellung des Schaltarmes 9 wird ebenfalls während der Herstellung des Schaltgerätes 24 mittels des Meßgerätes 17 in üblicher Weise gemessen.

Fig. 5 zeigt das Schaltgerät 24 in geöffnetem Zustand. In diesem Fall wird der Einlaß 36 über die vom Leistungsventil 40 kommende Fluidleitung 41 beaufschlagt, wobei der von der Blende 37 gedrosselte Fluidstrom über die Düse 35 und die Entlüftungsmöglichkeit 29 in die Atmosphäre strömt. Wird nun die Membran 31 über den Anschluß 32 beaufschlagt, so daß sie den Schaltarm 9 nach unten drückt, wird die Düse 35 durch das Dichtteil 9b des Schaltarmes 9 geschlossen, so daß nun der Aktuator 39 über den Auslaß 37 und die Leitung 38 mit einem höheren Fluiddruck beaufschlagt wird. Der Aktuator nimmt nun seine andere Schaltstellung ein und beeinflußt somit den Energiekreis 42 zur weiteren Nutzung.

Claims (6)

&Idigr;2 Ansprüche

1. Schaltgerät für elektrische und/oder fluidische Signale, umfassend einen Mechanismus zum Schließen und Öffnen wenigstens eines zu steuernden Energiekreises, wobei der Mechanismus einen zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung bewegbaren Schaltarm, der an seinem einen Endbereich ortsfest gelagert und im übrigen zwischen den Schaltstellungen frei beweglich ist, und einen Antrieb zum Betätigen des Schaltarmes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Lagerung (10) des Schaltarmes (9) derart verstellbar ist, daß der gegenüberliegende Endbereich (11) des Schaltarmes in wenigstens einer Bewegungsrichtung bezüglich seiner beiden Schaltstellungen zur Erzielung einer definierten Anlagekraft einstellbar (&agr;, ß) ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Lagerung (10) des Schaltarmes (9) ein Bauteil (15) mit einem biegbaren Längenabschnitt (16) aufweist, der durch eine externe Biegekraft zwecks Einstellung der definierten Anlagekraft des Schaltarmes (9) verstellbar ist.

3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längenabschnitt (16) aus dem Stegteil des Z-förmig, L-förmig oder U-förmig ausgebildeten Bauteiles (15) besteht.

4. Schaltgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Antrieb einen Anker umfaßt, der von einer elektrischen Spuleneinrichtung

oder von einem fluidischen Antrieb betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Schaltarm (9) wirkende Schenkel (8) des Ankers (6) zwecks Erzielung einer definierten Anlagekraft des Armes (9) in einer zweiten, der erstgenannten Bewegungsrichtung des Armes entgegengesetzten Richtung durch Biegen einstellbar ist.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) aus. einem zweiarmigen Winkelhebelbauteil besteht, dessen den Schaltarm (9) betätigender Schenkel (8) zu dem anderen Schenkel (7) durch Biegen winkelmäßig (ß) einstellbar ist.

6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schaltarm (9) betätigende Schenkel (8) des Ankers (6) von einem Kunststoffisolierteü (23) umhüllt ist.