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Kontaktsystem für einen elektrischen Schalter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktsystem für einen elektrischen Schalter mit einer Reihe von festen, auf einer flachen kreisringförmigen Bahn angeordneten Kontakten und einer gegen die Bahn geneigten bewegbaren Scheibe mit konischem, als Gegenkontakt dienendem Rand, welche je nach Schaltstellung eine elektrische Verbindung zu mindestens einem Kontakt der genannten Reihe von festen Kontakten herstellt. Schalter mit solchen Kontaktsystemen sind in der Schalttechnik bekannt unter den Namen Drehschalter, Stufenschalter, Vielfachumschalter, Voltmeter-Umschalter usw. Bei diesen bekannten Schaltern schleift meist ein drehbarer, auf einer zentralen Achse angeordneter Kontakt über die, in einer kreisförmigen Bahn angeordneten festen Kontakte.
Die Kontaktgabe erfolgt also mittels eines Schleifkontaktes, was einen relativ hohen Kontaktverschleiss zur Folge hat.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Kontaktsystem zu schaffen, bei dem die Kontaktgabe durch Abwälzen stattfindet. Dies lässt sich gemäss der Erfindung dadurch erreichen, dass die Kontaktscheibe die Scheibe eines Kreisels mit senkrecht zur Scheibe verlaufender, ausgeprägter Achse ist, deren eines Ende im Zentrum der flachen, kreisringförmigen Kontaktbahn in einem kugelpfannenartigen Lager geführt ist, und dass ein Betätigungsorgan angeordnet ist, welches die Kreiselachse führt und dabei immer einen etwa senkrecht zur flachen Kontaktbahn gerichteten Druck auf die Achse ausübt, die unabhängig von der Stellung der Kreiselscheibe einen für die Kontaktgabe erforderlichen Kontaktdruck erzeugt,
wobei der konische Rand der Kreiselscheibe sich bei einer Betätigung des Schalters auf den in kreisringförmiger Bahn angeordneten festen Kontakten abwälzt und der Reihe nach eine elektrische Verbindung zwischen dem konischen Scheibenrand und einem der genannten Kontakte herstellt.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Kontaktsystems, sowie damit ausgerüstete Schalter dargestellt : Fig. la bis 3a zeigen Kontaktsysteme in Ansicht von der Seite und teilweise im Schnitt ; Fig. lb bis 3b einige Anordnungen von festen Kontakten, in Ansicht von oben, von denen aber jeweils nur eine Hälfte dargestellt ist ; Fig. 4 einen bewegbaren Kontakt, teilweise im Schnitt ; Fig. 5 eine weitere Variante eines Kontaktsystems, in Seitenansicht und teilweise im Schnitt ; Fig. 6 einen von Hand betätigbaren Miniatur-Vielfachschalter im Schnitt ; Fig. 6a denselben Schalter in Ansicht von aussen, in etwa natürlicher Grösse ; Fig. 7 denselben Schalter, zur Hälfte in Ansicht von oben, zur Hälfte im Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6 ; Fig. 8 denselben Schalter in Ansicht von unten ;
Fig. 9 einen Mittenlängsschnitt eines elektrisch betätigbaren Stufenschalters ; Fig. 10 das Magnetsystem desselben Schalters, teilweise im Schnitt ; Fig. 11 dasselbe Magnetsystem in Ansicht von oben, jedoch ohne Anker ; Fig. 12 die Kontaktplatte desselben Schalters in Ansicht von oben und Fig. 13 das Ratschen-Schaltwerk desselben Schalters, im Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 9.
Zunächst sei an Hand der Fig. l bis 5 der prinzipielle Aufbau des neuen Kontaktsystems erläutert.
Allen diesen Systemen ist gemeinsam, dass der bewegbare Kontakt die Form eines Kreisels mit schräggestellter Achse hat, dessen Scheibe oder Scheiben sich über eine in flacher, kreisringförmiger Bahn angeordnete feste Kontakte abwälzt. Die Kreiselachse erstreckt sich von der Kreiselscheibe aus entweder nach zwei Seiten (Fig. l bis 4) oder nur nach einer Seite (Fig. 5). Dementsprechend liegt der Angriffspunkt für ein Betätigungsorgan entweder auf dem nach aussen ragenden Ende (Fig. l bis 4) dieser Achse oder zwischen der Kreiselscheibe und dem inneren Teil dieser Achse (Fig. 5).
Fig. la und Ib zeigen einen als Kreisel ausgebildeten bewegbaren Kontakt-10--, mit einer
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Scheibe --11-- und einer Achse mit einem oberen Ende --12-- und einem unteren Ende --13--. Das unterste Ende--13'--des Achsenteiles--13--ist kugelig ausgebildet und liegt in einer hohlkugeligen Vertiefung --15-- eines mittleren Kontaktes--16--auf. Die andern festen
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Achse und wählt man die Länge dieses Achsabschnittes so, dass die senkrechte Projektion des Punktes --12'-- auf die Kontaktplatte zwischen dem mittleren Kontakt-M-und den auf kreisringförmiger Bahn angeordneten Kontakten liegt, so liegt der Kreisel mit Druck, sowohl auf dem
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nach Verbindungen --MA,MB,MC,MD usw.--.
Der in Fig. 2a dargestellte kreiselförmige Kontakt unterscheidet sich vom oben beschriebenen Kontakt darin, dass er aus verschiedenen Teilen aufgebaut ist. Er umfasst eine, wie eine Membrane, kreisringförmig gewellte Kreiselscheibe-20--, die demzufolge ein wenig elastisch ist. Sie ist mittels eines Ringes --21-- auf einem Bund-22-einer Achse --23-- befestigt. Der Ring--21-kann mit Festsitz aufgepresst oder angelötet sein. Er könnte aber auch mittels eines entsprechenden Gewindes aufgeschraubt sein. Da nun die Kreiselscheibe elastisch ist kann deren Betätigungsorgan starr sein. Der Kontaktdruck wird dann von der elastischen Scheibe erzeugt.
Der in Fig. 2a gezeigte Kreiselkontakt wälzt sich ab auf einer Reihe von Kontaktsegmenten, die abwechslungsweise in grösseren und kleineren Abständen voneinander angeordnet und wechselweise mit einer Ringverbindung-H bzw. I-- miteinander verbunden sind, wie Fig. 2b zeigt. Ferner ist ein mittlerer mit --0-- bezeichneter Kontakt angeordnet. Schaltungsmässig ergibt sich dann bei einer
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der Kontakt --0-- nicht angeschlossen zu werden. Wenn die Abstände zwischen den, mit-H bzw.
1-- verbundenen Segmenten genügend gross bzw. genügend klein gewählt sind ergeben sich bei den genannten Drehrichtungen Kontaktfolgen IH-Pause-IH-Pause-IH usw., bzw. HI-Pause-HI-Pause usw. Die Kreiselscheibe verbindet dabei kurzzeitig die Segmente-IH bzw. HI--.
Fig. 3a zeigt einen Kreiselkontakt mit zwei parallel zueinander angeordneten Kreiselscheiben --30 und 31-von verschiedener Grösse, damit deren Rand auf einer selben Hüll-Konusfläche liegen und beide zum Aufliegen auf je einer kreisringförmigen Kontaktbahn gebracht werden können, wie in Fig. 3a dargestellt ist. In diesem Fall ist es aber zur Erzielung einer guten Kontaktgabe unbedingt erforderlich, dass mindestens eine dieser Scheiben ein wenig elastisch ist, wie bereits beim Kreisel nach Fig. 2a beschrieben ist. Beide Kreiselscheiben-30 und 31-sind kreisringförmig gewellt ; sie sind daher beide elastisch. Diese Scheiben aus elektrisch leitendem, elastischem Material, wie z. B. Phosphorbronze,
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zudem mittels eines Ringes--36--elektrisch miteinander verbunden.
Diese beiden, elektrisch miteinander verbundenen Scheiben können nun eine Verbindung zwischen einem einteiligen Ringkontakt-P-und den, auf ringförmiger Bahn angeordneten Kontakten-Q-R-S-T-usw. herstellen, wie in Fig. 3b dargestellt ist. Die Kontakte-Q, R, S, T-- usw. sind so ausgebildet, dass sie sich in radialer Richtung gesehen überschneiden, so dass die Verbindungen --PQ-PR-PS-PT-- usw. ohne Unterbrechung erfolgen während kurzzeitige Verbindungen-PQR-PRS-usw. während des Schaltens entstehen. In entsprechender Ausführung sind Anordnungen der festen Kontakte wie bei Fig. lb, 2b und 3b dargestellt, mit jedem der beschriebenen Kreiselkontakte kombinierbar.
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In Fig. 4 ist noch eine Ausführung eines Kreiselkontaktes dargestellt, der etwa der Ausbildung des Kontaktes nach Fig. la entspricht. Nur ist hier der Körper --40-- des Kreisels aus Kunststoff
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federnd ist. In diesem Fall lässt sich mit einem solchen Kontakt dasselbe erreichen wie mit einem Kontakt nach Fig. 2a.
Die Ausbildung eines Kreiselkontaktes mit isolierter Achse, wie nach Fig. 3a oder nach Fig. 4 hat den Vorteil, dass das Betätigungsorgan des Schalters nicht besonders isoliert zu sein braucht.
Fig. 5 zeigt einen Kreiselkontakt --50-- mit einer Kreiselscheibe --51-- und einer sich nur nach einer Seite erstreckenden Achse-52-. Am inneren Ende, bei --53-- und etwa mitten zwischen diesem Ende und der Scheibe --51-- ist die Welle bei --54-- kugelig ausgebildet. Die Betätigung erfolgt am kugeligen Teil-54--. Ein Druck in Richtung des Pfeiles --K-- bewirkt, dass der Kontakt sowohl beim Mittenkontakt-N-als auch auf einem Kontakt-W-einer Reihe von, in kreisförmiger Bahn angeordneten Kontakten mit einem Druck K/2 aufliegt. Bildet man die Achse --52-- federnd elastisch aus, so kann das Betätigungsorgan starr geführt sein. Dieses Prinzip ist auch anwendbar bei einem kreiselförmigen Kontakt nach Fig. la.
Bildet man hier die ganze Kreiselachse - -12, 13-- oder nur deren oberes Ende --12-- federnd elastisch aus, dann kann das Betätigungsorgan starr sein. Die in den Fig. la und 5 dargestellte Kraft-K-rührt dann nicht vom Betätigungsorgan her, sondern ist eine am Betätigungsorgan auftretende Reaktionskraft infolge der Federwirkung der durchgebogenen Achse.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen einen einfachen Schalter mit zwölf Stellungen. Er ist als Miniaturschalter mit Steckkontaktstiften ausgebildet. Fig. 6a zeigt etwa die wahre Grösse dieses Schalters. Die Steckkontaktstifte sind auf ein 2, 5 mm Raster ausgerichtet wie Fig. 8 zeigt. Der Rasterabstand-r-beträgt also 2, 5 mm ; der Durchmesser des Schalters ist 14 mm und seine Höhe ohne Stift beträgt etwa 10 mm. Das Kontaktsystem dieses Schalters entspricht etwa demjenigen nach Fig. la und Ib. Die festen Kontakte --60-- sind durch Ätzen einer plattierten Isolierstoffplatte --61-- gebildet und der zentrale Kontakt --62-- besteht aus einer runden Metallscheibe mit einem Kragen, der eine zentrale Vertiefung für die Achse des als Kreisel ausgebildeten bewegbaren Kontakts--63--aufweist.
Die Kontaktstifte--64 bzw. 64'--sind direkt an die Kontakte--60--bzw. an die Platte--62-angelötet.
Die Betätigung dieses Schalters erfolgt vermittels eines zylindrischen Isolierstoffkörpers --65--, der ein schräg verlaufendes Sackloch --66-- aufweist. Die Bohrung dieses Sackloches ist so gross, dass sie den kreiselförmigen Kontakt --63-- zu fassen vermag und besitzt eine zentrische, konische
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mit dessen verjüngten Teil --72-- bündig. Von oben sind Markierungen-1, 2, 3 usw. bis 12-- (s, linken Teil der Fig. 7) angebracht und an der Unterseite des überkragenden Teiles des Mantels sind zwölf Vertiefungen --76-- für die Rastierung angebracht in denen die Rastierungskugel-71-- eingreifen kann.
Die zylindrische Seitenwand--77--des Mantels führt den Isolierstoffkörper
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aufliegt und auf den zentralen Kontakt-62-.
In den Fig. 9 bis 13 ist ein elektrisch betätigbarer Stufenschalter dargestellt. Er umfasst ein Kontaktsystem, welches etwa demjenigen nach Fig. la und Ib entspricht. Fig. 12 zeigt seine
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--90-- mitKreisel ausgebildete Kontakt --94-- ist aus Metall hergestellt. Die bereits erwähnte Magnetspule --95-- ist auf einem Spulenkörper-96-aus Kunststoff gewickelt. Dieser Spulenkörper hat einen
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--93-- abstütztPlatte --90-- eingeschoben ist.
Der Spulenkörper hat aber noch weitere Funktionen : erstens führt er in einer zentralen Bohrung-98- (Fig. 11) ein in dieser Bohrung drehbares, mit einer Rätschenverzahnung --99-- (Fig.13) versehenes Betätigungsorgan --100-- (Fig. 9), das aus Kunststoff hergestellt ist und zweitens hält er die feste Eisenarmatur--101--eines Magnetsystems.
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Schalter gestülpt und dessen offenes Ende mit dem Pressglas-Sockel verbunden ist, hermetisch verschlossen. Oben in dem Becher liegt eine Platte --105-- aus Isolierstoff und eine Blattfeder --106--. Die Blattfeder hat zwei Funktionen : erstens drückt eine Lippe-106'-auf das obere Ende des Betätigungsorgans-100-und sorgt auf diese Weise für den Kontaktdruck.
Eine weitere Lippe-106"-drückt auf das Ende des Klappankers --102-- und drückt ihn in die, in Fig. 9 dargestellte Lage.
Der Schalter hat zehn Schaltstellungen. Das Betätigungsorgan-100-muss daher für einen Schaltschritt jeweils um 360 gedreht werden. Wird die Magnetspule --95-- erregt, so zieht die Magnetarmatur-101-den Anker-102-an. Dabei schiebt ein Schenkel --103'-- der Feder --103-- den Rätschenzahn --99'-- vor sich her, während der andere Schenkel über den
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18 .- -106-- den Anker in seine Ausgangslage ; dabei zieht der andere Schenkel --103"-- der Blattfeder --103-- den Rätschenzahn --99"-- mit und das Betätigungsorgan-100-wird um weitere 180 gedreht, so dass die Umschaltung vollzogen ist.
Das Schalten erfolgt also durch eine Impulsbetätigung der Spule-95--. Die Anschlüsse der Spule sind zu den Steckerstiften --92'-- geführt. Steckerstift --92"-- ist mit dem zentralen festen Kontakt-94'--, auf dem die Achse des kreiselförmigen
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--94-- gelagertPATENTANSPRÜCHE :
1. Kontaktsystem für einen elektrischen Schalter mit einer Reihe von festen, auf einer flachen kreisringförmigen Bahn angeordneten Kontakten und einer gegen die Bahn geneigten bewegbaren Scheibe mit konischem, als Gegenkontakt dienendem Rand, welche je nach Schaltstellung eine elektrische Verbindung zu mindestens einem Kontakt der genannten Reihe von festen Kontakten
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senkrecht zur Scheibe verlaufender, ausgeprägter Achse ist, deren eines Ende im Zentrum der flachen, kreisringförmigen Kontaktbahn in einem kugelpfannenartigen Lager geführt ist, und dass ein Betätigungsorgan angeordnet ist, welches die Kreiselachse führt und dabei immer einen etwa senkrecht zur flachen Kontaktbahn gerichteten Druck auf die Achse ausübt,
die unabhängig von der Stellung der Kreiselscheibe einen für die Kontaktgabe erforderlichen Kontaktdruck erzeugt, wobei der konische Rand der Kreiselscheibe sich bei einer Betätigung des Schalters auf den in kreisringförmiger Bahn angeordneten festen Kontakten abwälzt und der Reihe nach eine elektrische Verbindung zwischen dem konischen Scheibenrand und einem der genannten Kontakte herstellt.
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