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Elektrischer Schnappschalter mit Doppelschnappwerk
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fällen, z. B. bei Betätigung durch Wärmefühler mit geringem Arbeitsweg, von ausschlaggebender Bedeu- tung ist. Eine besondere Justierung der Anschläge für die Schaltzunge ist bei dem Schnappschalter gemäss der Erfindung nicht nötig, was eine wesentliche Verbilligung zur Folge hat.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schnappschalters mit Doppel- schnappwerk in Fig. 1 und 2 in Einschalt-bzw. in Ausschaltstellung im Längsschnitt sowie in Fig. 4 in Ver- bindung mit einem Thermostaten im Schaubild dargestellt ; weiters zeigen Fig. 3 das federelastische Sy- stem ; Fig. 5 eindiagramm der Kontaktkraft in Abhängigkeit vom Hub am Betätigungsorgan ; und schliess- lichFig. 6 - 10 ein Schema des Schnappwerkes mit Kraftplan in den verschiedenen Wirkungsphasen.
In Fig. l ist mit 1 eine Blattfeder angedeutet, die am linken Ende 2 mittels Niete 3 zwischen einer
Stromzuführung 4 und einem Träger 5 eingespannt ist. Das Ganze, bestehend aus Stromzuführung 4, Blatt- feder 1 und Träger 5, ist mit einem nicht dargestellten Bolzen an dem Gehäuseteil 6 des Schnappschalters befestigt. Aus der Blattfeder 1 sind zwei Zungen 7 und 8 herausgeschnitten (Fig. 3), die an ihren einander zugekehrten Enden 9 und 10 frei beweglich sind. Die Zunge 8 weist eine Aussparung 11 auf, derzufolge sie mit zwei schmalen Stegen 12 und 13 mit der Blattfeder 1 verbunden ist. Die Stromzuführung 4 über- deckt die Zunge 7 teilweise, so dass deren Bewegung nicht auf den übrigen Teil der Blattfeder 1 übertra- gen wird. Die Zunge 7 bildet eine Steuerzunge, an der die äussere Betätigungskraft angreift.
Die Zunge 8 wirkt als Schaltzunge für den umschnappbaren Teil 14 der Blattfeder l.
Zwischen derSteuerzunge7 und der Schaltzunge 8 ist eineC- oder omegaförmige Kippdruckfeder 15, die an den Punkten 9 und 16 eingreift, eingespannt. Die Kippdruckfeder 15 weist eine relativ flache Charakteristik auf. Das freie bewegliche Ende 17 der Blattfeder 1 (s. auch Fig. 3) trägt zwei aufgenietete Kontakte 18 und 19. Diese können sich zwischen zwei Anschlägen bzw. Gegenkontakten 20 und 21 bewegen, von denen im vorliegenden Fall nur der Anschlag 20 als Gegenkontakt ausgebildet ist. Die Steuerzunge 7 wird von aussen über ein Isolierstück 22 entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 23 betätigt, die sich an einem Federteller 24 abstützt. Der Federteller 24 ist aus dem Träger 5 herausgebogen.
Der Träger weist ausserdem an einem zweiten, verlängerten Ende einen vertikal herausgebogenen Lappen 25 auf. Im Lappen 25 ist ein Schlitz 26 vorgesehen, in dem das frei federnde Ende 10 der Schaltzunge 8 geführt ist. Durch den Schlitz 26 ergeben sich zwei Anschläge 39, 40 (Fig. 6), die die Bewegung des Endes 10 der Schaltzunge 8 nach oben und unten begrenzen. Die Mitte des Schlitzes 26 liegt, gegebenenfalls nach Verbiegung des Trägers 5. mindestens nahezu in einer Ebene, der Nullebene, zusammen mit dem eingespannten Ende 2 der Blattfeder 1 und der Mittellage zwischen den Anschlägen 20, 21.
Die konstruktive Ausgestaltung des Schnappschalters geht aus Fig. l hervor, die den Schnappschalter, angewendet für einen Thermostaten, perspektivisch zeigt. Das Einwirken des Thermostaten über seine Stell- und Justierglieder ist lediglich zur Erläuterung angegeben und nicht Gegenstand der Erfindung. Wie ersichtlich, weist die Schaltzunge 8 eine Längsrippe 28 zur Versteifung auf. Zum gleichen Zwecke sind anderSteuerzunge 7 seitlich zwei aufgebogene Ränder 29 vorgesehen. An die Klemmen 30 und 31 werden die Stromzuleitungen angeschlossen. Die Steuerzunge 7 wird über eine Eichschraube 32 betätigt, die sich am Isolierstück 22 abstützt. Die Eichschraube 32 ist im rechten Ende eines Stellhebels 33 eingeschraubt, der an seinem andern Ende auf einem Stift 34 schwenkbar gelagert ist.
Des weiteren ist ein Temperaturfühler vorgesehen, der aus einem Basisstab 35 und einem am Gehäuseteil 27 befestigten Ausdehnungsrohr 36 besteht. Der Temperaturfühler ist, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Schutzrohres, vom Medium, dessen Temperatur geregelt werden soll, umgeben. Das obere Ende des Basisstabes 35 ist mit Gewinde versehen und trägt einen Einstellknopf 37, über den der Basisstab 35 am Stellhebel 33 angreift. Der Einstellknopf 37 dient zur Einstellung der Solltemperatur. Er weist dazu einen radialen Schlitz 38 auf, der mit Hilfe einer am nicht gezeigten Gehäusedeckel angebrachten Temperaturskala zur Anzeige der Solltemperatur dient. Der Basisstab 35 weist einen sehr geringen, das Ausdehnungsrohr 36 dagegen einen gro- ssen Temperaturkoeffizienten auf.
Am unteren Ende des Fühlers sind der Basisstab 35 und das Ausdehnungrohr 36 miteinander fest verbunden.
Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung arbeitet folgendermassen : Liegt die Temperatur des zu überwachenden Mediums unterhalb der Solltemperatur, so sind die Kontakte 18,20 geschlossen. In dieser Einschaltstellung (Fig. l) wird dem Medium Wärme zugeführt. Bei steigender Temperatur dehnt sich das Rohr 36 allmählich aus und nimmt dabei den Basisstab 35 mit, der folglich nach unten gezogen wird. Diese Bewegung des Basisstabes 35 wird über den Einstellknopf 37 auf den Stellhebel 33 übertragen, der deshalb im Uhrzeigersinn um den Stift 34 schwenkt, wodurch der Steuerhebel 7 über die Eichschraube 32 und das Isolierstück 22 entgegen der Wirkung der Rückstellfe- der 23 nach unten bewegt wird. Wenn der Abstützpunkt 9 der Kippfeder 15 in der Verlängerung der Schaltzunge 8 liegt, befindet sich diese in einer labilen Lage.
Dies ist der Fall, wenn die
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Steuerzunge 7 dch in der oben definierten Nullebene befindet. Die Wirkungslinien der von der Kippfeder
15 auf die Steuerzunge 7 und die Schaltzunge 8 ausgeübten Kräfte fallen dann zusammen und liegen in der Ebene der Schaltzunge 8. Eine sehr geringe Weiterbewegung der Steuerzunge durch die Nullebene hindurch genügt bereits, um den Umschnappvorgang auszulösen. Hiebei springt zuerst die Schaltzunge 8 mit ihrem Ende 10 vom unteren auf den oberen Auflagepunkt im Schlitz 26. Unmittelbar darauf schnappt die Blattfeder 14 schlagartig um und legt den Kontakt 19 an den oberen Anschlag 21. Der Schnappschalter wird damit geöffnet (Ausschaltstellung in Fig. 2). Bei Rückgang der Temperatur erfolgt der Schnappvor- gang in umgekehrtem Sinne, u. zw. selbsttätig unter Einfluss der Rückstellfeder 23.
An Hand der Fig. 6-9 werden nun die Kräfte, die beim Schnappvorgang im Spiele sind, näher betrachtet. In diesen Figuren sind die Teile des Schnappwerkes nur schematisch dargestellt. Die Anschläge
39 und 40 entsprechen dem unteren bzw. dem oberen Auflagepunkt der Schaltzunge 8 im Schlitz 26. Die
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19 ausgeübten Kräfte bezeichnet sind. In der in Fig. 6 dargestellten Einschaltstellung liegt die Schaltzunge 8 mit ihrem federnden Ende 10 am unteren Anschlag 39 des Schlitzes 26 an. Die am Punkt 16 an- greifende Kraft PF übt auf die Schaltzunge 8 gegenüber dem Drehpunkt 39 ein im Uhrzeigersinn wirken- des Moment aus. Dieses Moment bewirkt unter Berücksichtigung des Gegenmomentes, das durch die Aus- lenkung der Schaltzunge 8 aus der Ebene der Blattfeder 14 hervorgerufen wird, eine Kontaktkraft PK zwi- schen Anschlag 20 und Kontakt 18.
Nimmt die Betätigungskraft PB an der Steuerzunge 7 zu, so bewegt sich der Punkt 9'nach unten, wobei sich die Wirkungslinie 9,16 der Kräfte PF allmählich der Lage der
Schaltzunge 8 nähert. Demzufolge nehmen das auf die Schaltzunge 8 ausgeübte rechtsdrehende Moment der Kraft PF und folglich auch die Kraft PK ab, wie es das Diagramm der Fig. 5 zeigt. In dieser Figur ist die Kraft PK vertikal, der Betätigungshub an der Steuerzunge 7 horizontal aufgetragen.
Der Teil des Diagrammes oberhalb der Abszisse bezieht sich auf die auf den unteren Anschlag 20 wir- kende Kraft und der Teil unterhalb der Abszisse auf diejenige, die auf den oberen Anschlag 21 wirkt.
Wenn die Steuerzunge 7 mit der Nullinie 41 zusammenfällt, liegen die Kräfte PF in der Ebene der Schalt- zunge 8. Letztere befindet sich dann in einer labilen Lage, die Steuerzunge 7 und die Blattfeder 14 neh- men jedoch noch immer eine stabile Lage ein.
Das Schnappwerk 7,8, 14 befindet sich jetzt in der in Fig. 7 dargestellten Totlage. In dieser Lage übt die Kraft PF noch immer, sei es auch ein kleineres, rechtsdrehendes Moment auf die Blattfeder 14 aus. demzufolge am Kontakt 18 eine restliche Kontaktkraft PK'verbleibt. Wird die Steuerzunge 7 aus der Nullinie 41 um einen sehr kleinen Winkel weiterbewegt, der zur Überwindung der Reibung in den
Abstützpunkten 9 und 16 zurückgelegt werden muss, so legt sich zuerst die Schaltzunge 8 sprunghaft an den Anschlag 40 an. Während dieser Bewegung fällt die Kontaktkraft PK zwischen Kontakt 18 und An- schlag 20 auf Null zurück.
Sobald die Steuerzunge 8 den Anschlag 40 berührt (Fig. 8), bewirkt die Kraft PF ein resultierendes linksdrehendes Moment, bezogen auf Anschlag 40 als Drehpunkt. Demzufolge schnappen die Hebel 8 und
14 schlagartig in die in Fig. 9 dargestellte Ausschaltstellung, in der der obere Kontakt 19 gegen den An- schlag 21 drückt. Die in diesem Augenblick auftretende Kontaktkraft ist in Fig. 5 durch die Ordinate des
Punktes 42 gegeben. Dieser Schnappvorgang wird durch die infolge der federelastischen Auslenkung der
Stege 12 und 13 in diesen gespeicherte Energie unterstützt, was die sichere Loslösung der Kontakte 18,
20 fördert. Bemerkenswert ist, dass die Steuerzunge 7 auch nach dem Umschalten nahe der Nullinie 41 verbleibt. In umgekehrter Richtung genügt auch wieder eine sehr geringe Auslenkung der Steuerzunge 7, um den Einschaltvorgang auszulösen.
Der differentiale Betätigungshub ist somit äusserst gering und Fig. 5 mit der Strecke 43 übertrieben gross dargestellt.
Sollte aus irgendeinem Grunde, beispielsweise durch Kontaktverschweissung, die Ausschaltung beim
Sollwert unterbleiben, so bewegt sich bei Weiterbetätigung der Steuerzunge 7 der Punkt 9 weiter nach unten. Das Moment der im Punkt 16 angreifenden Kraft PF, bezogen auf den als Drehpunkt wirkenden
Anschlag 40, nimmt folglich zu, bis die verschweissten Kontakte 18,20 voneinander getrennt werden.
Von grösster Bedeutung ist hiebei, dass der erfindungsgemässe Schnappschalter eine grosse Überlast- sicherheit aufweist, d. h., dass die Steuerzunge 7 noch weit nach unten bewegt werden kann, ohne dass das
Schnappwerk Schaden nimmt. Die mit dem beschriebenen Schnappschalter erzielte Überlastsicherheit ist wenigstens 25 Mal so gross wie der Betätigungshub. Hiedurch ist eine sichere Trennung der Kontakte ge- währleistet, da mit zunehmender Durchbiegung derSteuerzunge7 dieAbrisskraft zunimmt. Betriebsstörun- gen infolge verschweisster Kontakte werden demnach weitgehend vermieden. Im Diagramm gemäss Fig. 5 bewirkt diese grosse Überlastbarkeit, dass die Kontaktkraft-Hub-Kennlinie sich über den Punkt 42 hinaus,
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der dem Ende des Ausschaltvorganges entspricht, noch weit nach rechts fortsetzt.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des Erfindungsgegenstandes ergibt sich im Hinblick auf den Betä- tigungshub. Im Betrieb vergrössert sich der Schaltweg infolge des Kontaktabbrandes. Der Betätigungs- oder
Differenzhub nimmt infolgedessen bei dem bekannten Schalter mit steigendem Kontaktabbrand zu. Diese
Vergrösserung des Betätigungshubes wird nun gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ver- mieden und dadurch erreicht, dass in der Totlage des Schnappwerkes 7,8, 14 der Abstützpunkt9 der
Kippfeder 15 um einen kleinen Abstand näher zu den Anschlägen 20,21 gebracht wird als der Schnitt- punkt 44, der von den beiden Endlagen der Schaltzunge 8 gebildet wird (s. Fig. 10). Die Punkte 9 und 44 nähern einander, bezogen auf die Totlage, infolge des Kontaktabbrandes.
Hiedurch wird erreicht, dass auch bei grösserem Kontaktabbrand der Schalter nicht flattert und ausser- dem seinen Differenzhub nicht vergrössert, sondern sogar noch etwas verkleinert. Dadurch, dass der Dif- ferenzhub klein ist, ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise im Fall eines Thermostaten mit Stabfüh- ler die Regelgenauigkeit bei gleichbleibender Fühlerlänge entsprechend gross ist, oder es genügt bei ge- gebener zulässiger Schaltdifferenz eine kürzere Fühlerlänge, als es bei ähnlichen bekannten Thermosta- ten der Fall ist.
Der erfindungsgemässe Schnappschalter eignet sich insbesondere für solche Fälle, bei denen der Be- tätigungshub eine sehr geringe Geschwindigkeit aufweist, wie es z. B. bei Temperaturregelungen oft der Fall ist. Die Restkontaktkraft PK'ist nämlich von der Betätigungsgeschwindigkeit an der Steuerzunge 7 unabhängig. Infolgedessen wird eine schleichende Kontakttrennung und die damit verbundene Lichtbogenbildung vermieden, aus welchem Grund sich der Schnappschalter gemäss der Erfindung weiterhin durch radiostörfreies Schalten auszeichnet. Dadurch, dass das Schnappwerk 7, 8, 14 aus einer gestanzten Einheit besteht, können sehr enge Einspanntoleranzen für die Kippfeder 15 eingehalten werden. Demzufolge und infolge der flachen Charakteristik der Kippfeder erübrigt sich eine Justierung der Querkraft 45 (s.
Fig. 5), die zur Kontrolle des Betätigungshubes bei der Serienfertigung dienen kann. Dies ist von Wichtigkeit, da die Justierarbeiten einen stark kostenerhöhenden Einfluss auf das Endprodukt ausüben.
Der Betätigungshub lässt sich einfach durch Wahl der Spaltbreite des Schlitzes 26 festlegen. Die Schnappschalter weisen demnach, unabhängig von der Grösse ihres Betätigungshubes, alle gleichmässige Teile auf. Auch lässt sich die Lage derSpaltbreite durch Nachbiegen des Trägers 5,26 nachträglich leicht ändern. Die Querkraft 45 bleibt dabei unverändert.
Obwohl in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das Schnappwerk mittels einer Spiralfeder 23 selbsttätig zurückgestellt wird (monostabile Arbeitsweise), kann die Rückstellung auch auf andere Weise durchgeführt werden. So kann beispielsweise in an sich bekannter Weise eine Blattfeder als Rückstellfeder vorgesehen werden, die dann zusammen mit der Blattfeder 1 eingespannt wird oder aber die Steuerzunge 7 selber dient als Rückstellfeder, indem ihm eine geeignete Vorspannung gegeben wird. Soll dagegen der Schnappschalter bistabil arbeiten, d. h. ohne äussere Betätigungskraft zwei stabile Lagen aufweisen, wird keine Rückstellkraft auf die Steuerzunge 7 ausgeübt.'
Die bistabile Arbeitsweise ist z. B für Temperatur- und Sicherheitstemperaturbegrenzer notwendig.
Der erfindungsgemässe Schnappschalter hat weiter den besonderen Vorteil, dass er sowohl als einpoliger Schalter als auch als Umschalter verwendet werden kann, sei es für monostabile oder bistabile Arbeitsweise. Als Umschalter ist lediglich der Gegenanschlag 21 durch einen zusätzlichen Kontakt zu ersetzen.
In beidenAnwendungsfällen arbeitet der beschriebeneSchnappschalter trotz des kleinen Betätigungshubes völlig radiostörfrei.
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