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Elektrischer Schalter
Es sind zahlreiche Konstruktionen von elektrischen Schaltern, insbesondere Kleinschaltem bekannt, bei denen für das schwenkbar gelagerte Kontaktorgan bei Einleitung der Schaltbewegung ein labiler Zustand herbeigeführt wird, worauf dieses unter der Wirkung eines elastisch gespannten Teiles aus der einen Endlage in die andere schnellt. Es sind sowohl Ausführungen mit einer auf Biegung beanspruchten Blattfeder, die aus dem Kontaktorgan selbst herausgearbeitet sein kann, als auch mit einer Zugfeder (Schraubenfeder) als elastischem Teil gebräuchlich. Die Zugfeder weist dabei gegenüber der Blattfeder wesentliche Vorteile auf. Einmal bietet sie bei der Dimensionierung weit grössere Freiheiten, indem Drahtdurchmesser, Windungszahl, Windungsdurchmesser und Vorspannung innerhalb weiter Grenzen wahlbar sind.
Dabei lässt sich auch die im Betriebe auftretende Belastung des Federdrahtes klar überblicken und meist in solchen Grenzen halten, dass die Feder eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer erhält. Die Schraubenfeder lässt sich ferner meistens auch einfacher montieren als die Blattfeder und macht ein Justieren des Schalters im Anschluss an die Montage überflüssig.
Das eine Ende der Zugfeder ist jeweils am Kontaktorgan verankert. Zur Einleitung der Schaltbewegung bzw. Herbeiführung des labilen Zustandes für das Kontaktorgan sind verschiedene Ausführungen des Kippmechanismus bekannt : Entweder wird das andere Ende der Zugfeder seitlich verschoben oder die Fe-
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Fällen erfolgt die Kippbewegung des Kontaktorganes um eine feststehende Achse, in der sich das Kontaktorgan abstützt. Diese Anordnungen gewährleisten zwar eine rasche Kippbewegung des Kontaktorganes, schliessen aber die Gefahr des Klebens der Kontakte ein, da das Kontaktorgan eine reine Schwenkbewegung ausführt und somit nach Überschreiten der Totpunktlage senkrecht vom ruhenden Kontakt bzw. vom Anschlag abgehoben wird.
Diese Gefahr des Klebens, dessen Ursache in Verunreinigungen oder im leichten Zusammenschweissen der Kontakte infolge zu hoher Strombelastung liegen kann, bedeutet natürlich einen schweren Mangel für den Schalter, der sich unter Umständen verhängnisvoll auswirken kann.
Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Einleitung der Schaltbewegung besteht darin, das Kontaktorgan auf einem beweglich geführten Organ abzustützen, wobei die Totpunktlage dann eintritt, wenn die Abstützstelle auf ihrer Bahn die Wirkungsgerade der Feder erreicht. Bei dieser beweglichen Abstützung des Kontaktorganes ist es prinzipiell möglich, dass während der Einleitung der Schaltbewegung eine sogenannte Wischbewegung der Kontaktflächen, d. h. eine Längsbewegung des Kontaktorganes gegenüber dem ruhenden Gegenkontakt eintritt, die an sich eine vorangegangene Verschweissung der Kontakte wieder lösen kann.
Bei den bekannten Anordnungen ist die Bahn der Abstützstelle des Kontaktorganes entweder ein Kreisbogen, dessen Zentrum auf der Wirkungsgeraden der Feder liegt, oder eine Gerade, welche die Wirkungsgerade im rechten Winkel schneidet. Dies bedeutet, dass eine bei der Einleitung der Schaltbewegung anfänglich allenfalls vorhandene Wischbewegung gegen die Totpunktlage hin immer kleiner wird und in dieser selbst vollständig verschwindet.
Nun bringt es aber der Kippmechanismus mit sich, dass der Kontaktdruck, welcher von der Feder aufgebracht wird, während der Einleitung der Schaltbewegung gegen die Totpunktlage hin ständig abnimmt. Dadurch steigt der Übergangswiderstand beträchtlich an, so dass auch bei normaler Strombelastung die Erwärmung der Kontakte so gross sein kann, dass sie zusammenschweissen. Dies ist insbesondere bei extrem langsamer Schaltbewegung der Fall, wie sie bei solchen Schaltern häufig ist, beispielsweise
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bei Betätigung durch Schaltuhren, Thermostaten u. dgl.
Da nun bei den bekannten Schaltern die Wischbewegung gleichzeitig mit der Abnahme des Kontaktdruckes verschwindet, also gerade dann, wenn sie wegen der erhöhten Gefahr des Zusammenschweissens der Kontakte am nötigsten wäre, wird auch bei diesen Schaltern das Klebenbleiben der Kontakte keineswegs wirksam vermieden.
Die Erfindung sucht nun, unter Beibehaltung der Vorteile der Zugfeder, den erwähnten Mangel zu vermeiden. Sie betrifft einen elektrischen Schalter, mit zwei Anschlägen, von denen mindestens der eine als feststehender Kontakt ausgebildet ist, einem langgestreckten Kontaktorgan, dessen eines Ende zwischen den Anschlägen beweglich angeordnet ist, und einer im wesentlichen in der Längsrichtung des Kontaktorganes sich erstreckenden, mit dem einen Ende am Kontaktorgan und mit dem ändern Ende an einem feststehenden Teil verankerten Zugfeder, unter deren Kraft sich das andere Ende des Kontaktorganes gelenkig auf einem zwecks Einleitung der Schaltbewegungen beweglich geführten Organ abstützt.
Der erfindungsgemässe Schalter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn der Abstützstelle des Kontaktorganes die Wirkungsgerade der Zugfeder in deren Totpunktlage in einem schiefen Winkel schneidet, so dass die Bewegung der Abstützstelle im Schaltmoment eine Komponente in Längsrichtung des Kontaktorganes aufweist.
Eine besonders vorteilhafte Verwirklichung des Erfindungsgedankens besteht darin, dass das beweglich geführte Organ um eine Achse schwenkbar gelagert ist, welche ausserhalb der Wirkungsgeraden der Zugfeder in der Totpunktlage liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 den Schalter in Ansicht mit abgenommenem Deckel, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 4 die geometrischen Verhältnisse bei der Anordnung gemäss Fig. l.
Der dargestellte Schalter ist in einem vorzugsweise aus Kunststoff gepressten Gehäuse 1 mit Deckel 12 (nur in Fig. 2 gezeichnet) angeordnet. Für die Befestigung des Schalters auf einer Unterlage sind im Gehäuse durchgehende Montagebohrungen 2 vorgesehen. In der einen Seitenwand des Gehäuses sind drei Anschlussstücke 3 eingesetzt, deren zwei die feststehenden Kontakte 4 und 5 tragen. Diese dienen als Anschläge für das langgestreckte, aus Blechmaterial ausgestanzte Kontaktorgan 6, dessen eines Ende zwischen ihnen beweglich angeordnet ist. Das eine oder das andere Anschlussstück 3 mit dem entsprechenden Kontakt kann natürlich wegfallen bzw. durch einen andern festen Anschlag ersetzt sein, falls der Schalter anstatt als Umschalter nur als Arbeits-oder Ruhekontakt dienen soll.
Eine vorgespannte, im wesentlichen in der Längsrichtung des Kontaktorganes 6 sich erstreckende Zugfeder 7 ist mit dem einen Ende an diesem Kontaktorgan 6 und mit dem ändern Ende am dritten, ebenfalls feststehenden Anschlussstück 3 verankert. Auf dem als Schneide ausgebildeten Ende dieses Anschlussstückes ruht im Punkt 10 ein weiterer Stanzteil 8 mit zwei abgebogenen, parallelen Schenkeln 9 auf, und in zwei Kerben 9a in diesen Schenkeln stützt sich unter der Kraft der Zugfeder 7 das andere Ende des Kontaktorganes 6 im Punkt 11 ab. Der Stanzteil 8 liegt ferner an einem Stössel 13 auf, der verschiebbar in einer Gehäusebohrung sitzt und über den die Betätigung des Schalters von ausserhalb des Gehäuses erfolgt.
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mit ihm das Schneidenlager 11 um den Punkt 10 verschwenkt.
Sobald der Punkt 11 die Verbindungsgerade zwischen den beiden Verankerungsstellen der Enden der Feder 7 erreicht, befindet sich das Kontaktorgan 6 in einer labilen Lage (Totpunktlage) und kippt im nächsten Augenblick unter der Wirkung der gespannten Zugfeder 7 in die andere Endlage, in der es am Kontakt 5 anliegt. Diese Arbeitslage des Schalters bleibt so lange erhalten, als der Stössel 13 eingedrückt bleibt. Wird er losgelassen, so weichen infolge des durch die Feder 7 über das Kontaktorgan 6 und die Arme 9 auf den Teil 8 ausgeübten Drehmomentes um den Punkt 10 auch diese beweglichen Teile wieder zurück, und das Kontaktorgan 6 kippt nach Überschreiten der Totpunktlage wieder in die gezeichnete Ruhelage.
Zur genaueren Betrachtung der betreffenden Bewegungen dient Fig. 4, in welcher der Teil 8 mit seinem Drehpunkt 10 und das Kontaktorgan 6 mit seiner Abstützstelle 11 in der Lage gemäss Fig. 1 angedeutet sind. Bei der Einleitung der Schaltbewegung bewegt sich der Punkt 11 auf einem Kreis k mit dem Radius r um den Punkt 10. Die momentane Bewegung B der Abstützstelle 11 hat die Richtung der Tangente t, die auf dem Radius r senkrecht steht, mit der Längsrichtung p des Kontaktorganes jedoch einen spitzen Winkel Cl einschliesst.
Sie lässt sich aufteilen in eine Komponente B1 in Längsrichtung p des Kontaktorganes und eine zu dieser senkrechte Komponente Bz. Währenddem die Komponente B den Punkt 11 in Richtung nach der labilen Lage hin bewegt, verschiebt die Komponente B1 das Kontaktorgan in dessen Längsrichtung und bewirkt somit eine Wischbewegung entlang dem Kontakt bzw. Anschlag 4.
Diese Wischbewegung hält über den ganzen Bewegungsbereich des Punktes 11 an, insbesondere auch in der Tot-
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punktlage selbst, dank der Tatsache, dass die Bahn des Punktes 11 die Wirkungsgerade der Zugfeder in einem schiefen Winkel schneidet, welche in der Totpunktlage mit der Richtung p identisch ist. Ähnliche Verhältnisse treten auch bei der rückläufigen Schaltbewegung auf, wobei lediglich die Bewegung B bzw. deren Komponenten von der betreffenden Ausgangslage des Punktes 11 in die entgegengesetzte Richtung weisen. Diese Wischbewegung der Kontaktstellen, welche dem Kontaktorgan 6 vor dem Umkippen aufgezwungen wird, verhindert aber zuverlässig jedes Klebenbleiben der Kontakte, selbst bei extrem langsamer Schalterbetätigung.
Zur Erzeugung einer solchen Wischbewegung ist es lediglich erforderlich, das Organ, auf dem sich das Ende des Kontaktorganes 6 abstützt, so zu führen, dass mindestens im Schaltmoment eine Bewegungskomponente in der Längsrichtung des Kontaktorganes entsteht. Es bestehen natürlich mannigfaltige Mög- lichkeiten zur Ausbildung des abstützenden Organes und dessen Führung, von denen die in der Zeichnung dargestellte Anordnung lediglich ein zweckmässiges Beispiel darstellt. Es wäre natürlich auch eine rein translatorische Bewegung des abstützenden Organes zur Einleitung der Schaltbewegung denkbar ; sie müsste jedoch zur Wirkungsgeraden der Zugfeder in deren Totpunktlage schief gerichtet sein, damit die erwähnte Bewegungskomponente entsteht.
Auch ist die Lage der Achse, um die sich im dargestellten Beispiel der Teil 8 im Punkt 10 dreht, innerhalb weiter Grenzen wählbar, es ist lediglich darauf zu achten, dass diese Achse ausserhalb der Wirkungsgeraden der Zugfeder in der Totpunktlage liegt, da andernfalls die momentane Bewegung des Punktes 11 senkrecht zum Kontaktorgan 6 gerichtet wäre und deshalb eine Wischbewegung unterbleiben würde.
Bei der beschriebenen Anordnung übt die genannte Zugfeder 7 über die Schneidenlagerung im Punkt 11 ein ständiges Drehmoment auf den Teil 8 aus, das dauernd seine Richtung beibehält und die gezeichnete Ruhelage der Teile herzustellen trachtet. Die Ursache hiefür liegt in einer derartigen Lage der Achse im Punkt 10, dass diese dauernd auf der gleichen Seite des Kontaktorganes 6 liegt, also beim Wechsel des Kontaktorganes von einer Endlage in die andere von der Wirkungsgeraden der Zugfeder nicht geschnitten wird.
Der beschriebene Schalter mit seiner zweifachen Schneidenlagerung weist eine gewisse Anfälligkeit für Schläge auf, indem bei harten Stössen von aussen, beispielsweise beim Transport, beim Fallenlassen des Schalters usw., die Gefahr besteht, dass die Schneidenlager entgegen der Wirkung der Zugfeder 7 aushängen. Um dies unmöglich zu machen, sind beim vorliegenden Schalter die folgenden Massnahmen ge- troffen :
Vom feststehenden Teil 3, welcher die Schneide 10 trägt, stehen zwei seitliche Anschläge 3a ab (Fig. 3), welche der der Schneide zugekehrten Kante der Schenkel 9 gegenüberstehen.
Der Abstand zwischen Kanten und Anschlägen ist recht gering, vorzugsweise in der Grössenordnung von etwa 2/10 mm, so dass bei dem im montierten Zustand des Schalters vorhandenen Schwenkbereich des Teiles 8 ein Aushängen der Schneide 10 ausgeschlossen ist. Montage und Demontage sind nur ausserhalb des Gehäuses und bei noch nicht eingesetztem Kontaktorgan 6 möglich.
Bei gewissen Ausführungen des Schalters wird eine relativ weiche Zugfeder 7 eingesetzt, insbesondere dann, wenn die am Stössel 13 erforderliche Betätigungskraft sehr niedrig gehalten werden soll. Besonders in diesen Fällen kann das Schaltorgan 7 unter der Wirkung von äusseren Stössen eine vorübergehende Längsverschiebung erfahren, die jedoch innerhalb des Schalters auf den Weg s (Fig. 2) begrenzt ist. Nun weisen aber die erwähnten Kanten der Schenkel 9 je eine Kerbe 9a auf, deren Tiefe grösser ist als der Weg s und in denen das Kontaktorgan 6 im Punkt 11 zentriert ist. Ausserdem setzt sich das Kontaktorgan in zwei Lappen 6a fort, welche ebenfalls länger als der Weg s sind und sich praktisch über die ganze restliche Breite der Schenkel 9 erstrecken.
Bei diesen Vorkehrungen kann sich das Kontaktorgan zwar unter der Wirkung eines kräftigen Schlages vom Auflagepunkt 11 abheben, nimmt aber unter der Wirkung der Zugfeder 7 dank der Zentrierung in den Kerben 9a und der seitlichen Führung durch die Lappen 6a immer wieder die richtige Lage ein ; das Aushängen des Kontaktorganes innerhalb des Schalters ist völlig ausgeschlossen.
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