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Schnappschalter
Die Erfindung betrifft einen Schnappschalter mit einem Basisteil, auf dem ein Ende einer freitragenden Blattfeder befestigt ist, deren anderem freien Ende mindestens ein Kontakt zugeordnet ist, die einen geschlitzten Mittelbereich aufweist und deren Seitenkanten im geschlitzten Mittelbereich von einer Vorspanneinrichtung ergriffen und unter Verringerung der Schlitzbreite aufeinander zugebogen sind, während an der so quer zu ihrer Längsachse durchgebogenen und vorgespannten Blattfeder an ihrem Mittelbereich eine Betätigungseinrichtung für den Schalter angreift.
Schnappschalter dieser Art sind beispielsweise aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 789, 173 bekannt.
Bei ihnen wirken an Seitenkanten einer Blattfeder Druckkräfte, so dass eine Kraft, die in einem Punkt senkrecht zur Blattfeder an dieser angreift, eine unter Kraftfreisetzung erfolgende Schnappwirkung her-
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ihre zweite Lage springt. In der USA-Patentschrift Nr. 2, 789, 173weist, die mit einem Ende an einem Basisteil gesichert und mit Kontakten versehen ist, die mit festen, am andern Ende dieses Basisteils montierten Gegenkontakten zusammenarbeiten. Dabei ist in einem Teil des Mittelbereiches dieser Feder ein Längsschlitz und ferner eine U-förmige Klammer vorgesehen, deren Arme die äusseren Kanten der Schalterfeder erfassen und ihre beiden Hälften an jeder Seite des Schlitzes gegeneinanderpressen.
Ferner ist das Betätigungselement derart ausgebildet, dass es eine senkrecht zur Feder gerichtete Druckkraft in einem Punkte zwischen dem Schlitz und dem gesicherten Ende angreifen lassen kann. Auf die gegenüberliegende Seite der Blattfeder drückt dabei eine Feder, um eine konstante Kraft zu liefern, die der vom Betätigungsglied aufgebrachten Druckkraft entgegenwirkt.
Es sind auch schon Schalter bekannt, dessen Betätiger durch eine Membran so verbunden sind, dass eine Betätigung des Schalters durch eine wasserdichte Wand hindurch möglich wird.
Weiter sind Schnappschalter mit bimetallischer Blattfeder bekannt. Diese ist an zwei Stellen längsgeschlitzt, wodurch ein Mittelteil und zwei Seitenteile entstehen, die zum Instellunghalten des Mittelteils einer Längskompression unterworfen werden, unter deren Wirkung sie sich längs durchbiegen. Die bimetallische Blattfeder wird an ihren mittleren, gebogenen Teil von einem Knopf unterstützt. Die Blattfeder ist an ihrem einen Ende entweder an einem Träger befestigt oder schwenkbar an diesem Träger angebracht. Ihr anderes Ende ist frei und trägt Kontaktstücke. Die Betätigung des bimetallischen aus drei Teilen bestehenden Blattfeder-Schnappschalters erfolgt durch Temperaturänderungen im Bimetall oder von Hand.
Der Angriffspunkt der Handbetätigungseinrichtung an der Blattfeder liegt an ihrem äussersten Ende dort, wo sie am Träger befestigt ist. Die Betätigungseinrichtung wirkt also an einem Punkt auf die Blattfeder ein, an dem diese nicht gebogen ist. Die Betätigungseinrichtung bewegt die Seitenteile gegenüber dem Mittelteil nach oben. Es ist schwierig, dieses nachoben Biegen von Hand durchzuführen,
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weshalb ein Kraftvervielfältiger verwendet werden muss.
Es ist oft wünschenswert, das Verhältnis Kraft : Bewegung, das die zur Betätigung eines Schalters er- forderliche Arbeit angibt, in der Weise zu änderen, dass die Bewegung grösser und die nötige Kraft klei- ner wird. Bisher ist das nur dadurch möglich gewesen, dass man einen Hebelarm hinzufügte. Das Hin- zufügen eines Hebelarmes führt aber zusätzliche Reibungskräfte und andere Kraftverluste in das System ein, so dass die erforderliche Arbeit zur Betätigung eines Schalters mit der Hinzufügung eines Armes, der das Verhältnis Kraft : Weg ändern soll, vergrössert wird. Die Erfindung überwindet diese schwierig- keiten, indem eine Bauart geschaffen wird, in welcher die zur Betätigung des Schalters nötige Arbeit unabhängig davon gleichbeliLt, welches Verhältnis von Kraft : Weg angewendet wird.
In der Verwendung eines in grossen Stückzahlen hergestellten Schnappschalters einer Standardform hat es sich des öfteren als wünschenswert erwiesen, auf den Schalter eine Kraft in einer andern Rich- tung wirken lassen zu können, als es durch den Betätiger vorgegeben ist. Daher war es nötig, zwischen diesen und einem Element, mit welchem die Betätigungskraft auf den Schalter zu übertragen ist, zu- sätzliche Hebelarme vorzusehen. Auch in diesem Falle haben die Reibung und andere durch solche He- belsysteme bedingte Kräfte den Arbeitsaufwand für die Betätigung solcher Schalter erhöht. Die Erfin- dung schafft nun die Möglichkeit, Kraft über einen Bereich von 1800 aus jeder Richtung anwenden zu können, wobei die zur Betätigung des Schalters nötige Kraft konstant auf jenem Minimalwert gehalten wird, der nötig ist, um den Schalter zu betätigen.
Demnach macht es die Erfindung möglich, einen Schalter eines gegebenen elektrischen Arbeits- vermögens nicht nur aus jeder Richtung eines 1800 überstreichenden Bereiches zu betätigen, sondern sie gestattet es auch, einen solchen Schalter ohne jeden zusätzlichen Aufwand an Arbeit oder Veränderung derselben zu betätigen. Der Arbeitsaufwand ist kleiner als bei bekannten Schaltern. Ferner schafft die
Erfindung die Möglichkeit, die zur Betätigung des Schalters nötige Arbeit nach Kraft und Weg beliebig zu wählen, wobei das Produkt dieser Grössen konstant bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Betätigungseinrichtung zum Auslösen des Schnappens durch ein am Mittelbereich auftretendes Drehmoment kippbar ausgebildet ist.
Dabei wird die einseitig befestigte Blattfeder senkrecht zu ihrer Längsachse vorgespannt, wodurch sich die mit einem einzigen Schlitz versehene Blattfeder nach oben durchbuckelt. Diese Bewegung erfolgt also in einer Richtung quer zur Längsachse der Blattfeder und die Blattfeder wird nicht in Längs - richtung durchgebogen. Gerade das Aufbuckeln in Querrichtung macht es aber möglich, bei Betätigung des Schalters die Schaltwirkung schon bei einer sehr kleinen Kraft und ohne Kraftvervielfältiger zu erhalten. Der einfache Aufbau des erfindungsgemässen Schalters macht es möglich, auf zusätzliche Hebelarme zu verzichten und damit zusätzliche Reibung oder andere Energieverluste auszuscheiden.
Weiter wird beim Schnappschalter nach der Erfindung nicht nur durch sehr kleine Kräfte, sondern wegen der Art der Betätigung auch bereits bei sehr kleinen Wegen der Betätigungseinrichtung die Schaltwirkung ausgelöst.
Erfindungsgemäss kann die Betätigungseinrichtung aus einem senkrecht zur Ebene der Blattfeder auf dieser befestigten Hebel bestehen. Da der Hebel also auf der Blattfeder befestigt ist, kann durch Kippen des Hebels an der Blattfeder ein Kräftepaar angreifen und damit das gewünschte Drehmoment im Mittelbereich auftreten.
Soll die Betätigung des Schalters durch eine senkrecht zur Achse eines solchen Betätigungshebels wirkende Kraft erfolgen, so durchsetzt der Hebel nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Führung mit Spiel. Soll das Auslösen des Schnappens aber durch eine in Richtung der Achse des Betätigungshebels wirkende Kraft erfolgen, so wird der Hebel, bevor er aus dem Schaltergehäuse herausgeführt wird, zweimal umgebogen.
Schliesslich kann erfindungsgemäss eine dem Drehmoment durch ihre Federkraft entgegenwirkende Feder vorgesehen sein.
Zur Erläuterung weiterer Merkmale des vorliegenden Schalters sei auf die Zeichnungen verwiesen, in ihnen zeigen :
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Schnappschalters, Fig. 2 eine ähnliche Schnittdarstellung durch eine abgeänderte Ausführungsform und Fig. 3 einen Grundriss, teilweise im Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1 und 2, Bemerkt sei, dass die Erfindung zahlreiche Ausführungsformen erlaubt und daher die zeichnerisch dargestellten keineswegs die Verwirklichung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens erschöpfen.
In den Zeichnungen bezeichnet --10-- einen Kunststofformkörper, der den Basis- oder Gehäuseteil vorstellt. Er enthält eine positiv zu betätigende Blattfeder --21--, die an einem Ende an einer metal-
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können.
In den Basisteil --10-- ist ferner eine zweite metallische Hülse --25-- starr so eingebettet, dass sie an dem andern Ende des Basisteiles --10-- zu einem festen Bestandteil desselben wird. Auf der Hül- seist mit einem seiner Enden ein Kontaktarm-26-gesichert, der nahe seinem ändern Ende einen Kontakt --27 -- trägt. Schliesslich ist in den Basisteil --10-- eine dritte Metallhülse-30-- ein- gebettet ; sie trägt, darauf starr gesichert, einen Arm --31--, der einen Kontakt --32-- nahe an seinem einen Ende aufweist. Ein Kontaktpaar --33 und 34-- ist auf dem freien Ende der Feder --21-- so gesichert, dass sie mit den Kontakten --27 und 32-- zusammenwirken können.
Die Hülse --30-- ist ähnlich den Hülsen --22 und 25-- beschaffen, indem sie ebenfalls eine mit Gewinde versehene Innen- fläche --35-- haben.
Ein U-förmiger Federmetallstreifen bildet eine Klammer --40--, wenn er in eine Ausnehmung - eingesetzt ist. Sie hat Arme, die mit Nocken --42 - versehen sind. Die Feder --21-- kann mit einem mittig verlaufenden Schlitz --43-- versehen sein, obgleich dies nicht immer nötig ist. Wie dies
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diesem Querglied zusammenwirken.
Eine die Einstellung der Klammer ermöglichende Schraube --45-- sichert die Klammer --40--und den Klemmsitz --44-- an dem Basisteil --10--, indem sie in den letzteren --10-- eingeschraubt ist.
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den. Dies beansprucht die Feder --21--, bis sie sich ausreichend ausgebuckelt hat, was zur Folge hat, dass der Mittelteil der Feder aus der Federebene herausgebogen wird. Das Drehen der Einstellschrau- be-44-- wird erreicht, indem man einen Schraubenzieher durch eine Öffnung --46-- der Feder - einführt.
Das Ausmass der Ausbuckelung kann durch Anziehen oder Nachlassen der Schraube --45-- reguliert werden. Wenn die Feder gespannt ist, bleibt sie in einer niedergedrückten Stellung, wobei der Kontakt --34-- mit dem Kontakt --32-- in Berührung steht. Die Feder --21-- kann aus jedem elastischnachgiebigen Material wie Federstahl oder Bronze bestehen, das eine gewisse Eigenelastizität besitzt.
Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, ist ein Hebelarm --50-- an der Feder --21-- zwischen dem
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um die Feder --21-- nach aufwärts zu krümmen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Fehlt die Feder--51-- so wird, wie ersichtlich ist, die Feder --21-- in der Schnappstellung verbleiben.
Wenn nun eine Kraft auf den Hebel --50-- in einer Richtung senkrecht zu seiner Mittellinie angelegt wird, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, so wird die Feder --21-- in dem Punkt, in dem der Hebel --50-- mit der Feder --21-- verbunden ist, einer drehenden Kraft unterwofen. Der Teil der Feder, der sich zwischen dem Hebel --50-- und dem das Ende der Feder sichernden Niet --23-- befindet, wird vergleichsweise fest bleiben und als ein nachgiebiges Scharnier wirken, um das der Teil der Feder, der an dem Hebel --50-- angreift, schwingt.
Daher kann der Hebelarm --50-- auf jede Weise an der Feder --21-- gesichert werden, die eine Drehkraft in dem Punkt erzeugt, in dem der Hebelarm --50-mit der Klinge --21-- verbunden ist; es kann etwa eine starre Verschweissung, Vernietung, Verschrau- bung oder Verlötung des Hebels mit der Feder angewendet werden.
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sondern es kann der Hebel schwenkbar oder lose mit der Feder verbunden sein, solange er nur in irgendeinem Punkt die verlangte Drehkraft hervorbringen kann.
Beispielsweise könnte der Hebel --50--lose durch ein in der Feder vorgesehenes Loch hindurchtreten und zu beiden Seiten der Feder mit einem Bund versehen sein, der an der Feder anliegt um eine Drehkraft auf sie zu übertragen, sobald der Hebel hinreichend geschwenkt wird, oder der Hebel könnte mit der Feder mittels eines Scharniers verbunden sein, wobei die Scharnierachse parallel zu der Längsachse der Feder verläuft.
Da diese Kraft, wie in Fig. 1 dargestellt, den Hebel schwenkt, wird der Teil der Feder, der sich zwischen dem Hebelarm --50-- und der Federklammer --40-- befindet, nach unten gedrückt bis die Feder sich in der entgegengesetzten Richtung ausbuckelt, was mit einer positiven Wirkung, d. h. Kraftfreisetzung verbunden ist, die eine Lösung des Kontaktes --27-- vom Kontakt --33-- zur Folge hat und
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die Verbindung zwischen den Kontakten-32 und 34-- herstellte. Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird die
Feder --21-- in ihrer nach unten geschnappten Stellung verharren.
Nach der aus Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsform hat die Feder --51-- genügend Kraft, um den
Teil der Feder --21-- im Verbindungsbereich mit dem Arm --50-- aufwärts zu schwingen, bis die Fe- I der --21-- wieder in ihre obere Lage schnappt, d. h. nach oben ausbuckelt. Der Stromweg-32 bis
34-- ist offen, wogegen der Stromweg --27 bis 33-- geschlossen wird. Das Produkt der an den He- bel --50-- angelegten Kraft, multipliziert mit dem Weg, den der Hebelarm in dem Punkt, in dem die
Kraft angelegt wird, beschreibt, ist bedeutend kleiner als das Produkt aus der Kraft, die vertikal nach unten auf den Hebel --50-- I'lirken muss, multipliziert mit dem Weg des Hebels --50--, der nötig ist, um die Feder nach unten auszubuckeln.
Daher wird, indem man auf die Feder --21-- eine Drehkraft über den Hebel --50-- wirken lässt, eine geringere Arbeit nötig sein als man sie benötigen würde, wenn eine direkt wirkende Druckkraft angewendet werden würde. Demnach erfordern die Schalteinrichtun- gen, die aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich sind, weniger Kraft zur Betätigung als man in gegenwärtigen vergleichbaren Schnappschaltem braucht, wie sie z. B. durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 789, 173 be- schrieben sind.
Ein Deckel aus Isoliermaterial, der zweckmässig ebenfalls ein Formpressteil ist, wird auf den Ba- sisteil aufgesetzt um den Schaltmechanismus einzuschliessen. Ein Kanal --61-- ist in dem Dek- kel-60-ausgeführt, der breiter ist als der Arm --50--, damit letzterer genügend Raum findet um um das Scharnier gedreht werden zu können, das durch den Teil der Feder --21-- vorgestellt ist, der sich zwischen dem Arm --50-- und dem Niet --23-- befindet.
Wenn der Angriffspunkt der wirkenden Kraft in Fig. 1 nach unten längs des Armes --50-- verscho- ben wird, so wird die zur Betätigung des Schalters nötige Kraft vergrössert, aber der Kraftweg wird klei- ner, so dass die zur Schalterbetätigung nötige Arbeit gleich bleibt, Obgleich man Schalter kennt, die Übersetzungshebel verwenden um das Kraft : Bewegungverhältnis zu verändern, damit man so verschie- dene Schalter betätigen kann, vermochten diese Vorrichtungen dieses Ziel nicht unter Konstanthalten der gesamten Arbeit zu erreichen, weil die zusätzlichen Hebel auch zusätzliche Reibungskräfte und an- dere Einflüsse geltend machten. Die Erfindung vermeidet diese Einflüsse.
Die aus Fig. 2 ersichtliche geänderte Ausführung der Erfindung unterscheidet sich von dem aus
Fig. 1 ersichtlichen Aufbau dadurch, dass der gerade Hebel --50-- durch einen Hebel --50a-- ersetzt
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Teil --55-- besitzt,mes --50a-- ist auf die gleiche Weise wie der Hebel --50-- in Fig. 1 starr mit der Feder --21-- verbunden. Die verbleibenden-Teile der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind mit Ausnahme des Deckels, der hier durch den Teil --70-- vorgestellt ist, dieselben wie in Fig. 1 und tragen auch dieselben Bezugszeichen. Ein Teil --57-- des Hebels --50a-- steht im wesentlichen senkrecht zu dem Teil so, dass ein Teil des Armes --57-- über den Deckel-70-- vorragt, der ansonsten auf die-
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Nun kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Kraft auf den Schalter vertikal nach unten wirken.
Die Länge des Teiles --55 -- des Armes --50a -- bestimmt das zur Betätigung des Schalters erforderliche Verhältnis von Kraft : Weg. Wenn man den Arm --55-- verkürzt, so wird die nötige Kraft grösserund umgekehrt. Es ist ferner ersichtlich, dass der Hebel solche Form erhalten kann, dass eine Kraft auf ihn in Richtung nach oben oder in seitlicher Richtung nach Fig. 1, oder in Richtung nach unten wie aus Fig. 2 ersichtlich, wirken kann. In welcher Richtung immer man die Kraft angreifen lassen mag, so wird sie im wesentlichen unter einem rechten Winkel auf den Hebelarm wirken, der sich von dem Punkt der Krafteinwirkung auf den Hebel zum Verbindungspunkt von Hebel und Feder-21-erstreckt.
Demnach erlaubt es die Erfindung, eine Betätigungskraft in jeder Richtung über einen Bogen von mindestens 1800 anzulegen, wobei die nur Betätigung des Schalters nötige Arbeit konstant bleibt und die ausserdem geringer ist als jene, die derzeit bekannte vergleichbare Schalter erfordern. Des weiteren wird diese Arbeit konstant gehalten, wenn man das zur Schalterbetätigung erforderliche Arbeitsausmass vorstellende Verhältnis von Kraft : Weg einer Änderung unterwirft.
Es ist nun leicht ersichtlich, dass es zahlreiche Abwandlungen des vorstehend erläuterten Prinzips gibt, die an seinem Wesen nichts ändern. Beispielsweise kann man eine Spannfeder dem Punkt, in dem die auf den Hebelarm wirkende Kraft --50-- wirkt, gegenüberliegend wirken lassen, welche überwun-
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den werden muss, bevor der Schalter betätigt werden kann, oder die die Rückkehr in die Ausgangslage bewirkt, wie dies durch die Feder --51-- der Fig. 2 erreicht wird. Andere Anwendungen ergeben sich dem Fachmann von selbst.
Kurz zusammenfassend schafft die Erfindung einen Schnappschalter als positiv wirkende Schalteilr richtung, die eine elastische Feder umfasst, deren ein Ende starr mit einem Basisteil verbunden ist, wogegen das andere Ende frei beweglich ist ; die Feder wird einer seitlichen Vorspannung unterworfen und ist mit Einrichtungen versehen, die es erlauben, ihr in einem Punkt zwischen dem festen Ende und dem Punkt der Zufuhr der seitlichen Vorspannung eine Drehkraft anzulegen. Falls gewünscht, kann die Feder hinsichtlich ihres Widerstandes gegen die seitliche Vorspannung geschwächt werden und der Basisteil kann mit einer zusätzlichen Feder versehen werden, um bestimmten Drehkräften zu widerstehen, die auf die Feder wirken.
Durch geeignete Auslegung jener Mittel, die die Zufuhr der Drehkräfte erlauben, kann der vorliegende Mechanismus durch Anlegung von Kräften betätigt werden, deren Wirkungsrichtung beliebig innerhalb eines Bogenumfanges von 1800 verläuft, ohne dass dies zu einer Änderung jener Arbeit führt, die zur Betätigung des Schalters erforderlich ist. Mit dem vorliegenden Mechanismus ist es ferner möglich, das Verhältnis von Kraft : Weg zu ändern, ohne dass dies zu einer Änderung der zur Schalterbetätigung nötigen Arbeit führt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schnappschalter mit einem Basisteil, auf dem ein Ende einer freitragenden Blattfeder befestigt ist, deren anderem freien Ende mindestens ein Kontakt zugeordnet ist, die einen geschlitzten Mittelbereich aufweist und deren Seitenkanten im geschlitzten Mittelbereich von einer Vorspanneinrichtung ergriffen und unter Verringerung der Schlitzbreite aufeinander zugebogen sind, während an der so quer zu ihrer Längsachse durchgebogenen und vorgespannten Blattfeder an ihrem Mittelbereich eine Betätigungs- einrichtung für den Schalter angreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (50 ; 56) zum Auslösen des Schnappens durch ein am Mittelbereich (21c) auftretendes Drehmoment kippbar ausgebildet ist.