CH664234A5

CH664234A5 - Mikroschalter.

Info

Publication number: CH664234A5
Application number: CH903/84A
Authority: CH
Inventors: Vyacheslav Georgievi Mironenko; Alexandr Pavlovich Poltorak; Vitaly Ivanovich Schutsky; Vladimir Alexandrovi Kosovtsev; Fedor Petrovich Chaly; Vladislav Fedorovic Zagubeljuk; Nikolai Ivanovich Filatov; Vadim Vladimirovic Emelyanenko; Valentin Vasilievich Morgunov; Eduard Samoilovich Rozental; Vladimir Ivanovich Litvinov
Original assignee: Vni Pk I T I Vzryvozaschi; Sp K B Kharkovsko Elektapp Z
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1982-06-21
Publication date: 1988-02-15
Also published as: FI840634A; US4559422A; FI78370B; GB8404193D0; FI78370C; DE3249513T1; BR8208084A; FR2530862B1; GB2134717A; JPS59501137A; DE3249513C2; GB2134717B; FR2530862A1; FI840634A0

Description

664 234

2

PATENTANSPRUCH Mikroschalter, enthaltend eine Isolierstoffplatte, an der Isolierstoffplatte angeordnete feste Kontakte, einen beweglichen Kontakt zum wahlweisen Schalten zwischen den festen Kontakten, ein Betätigungsglied und ein Schaltwerk zum Umschalten des beweglichen Kontakts mittels des Betätigungsgliedes, welches aufeinanderfolgend miteinander verbundene Betätigungsarm, Zwischenhebel, Blattfeder und Schaltarm aufweist, wobei der Betätigungs- und der Schaltarm an der Isolierstoffplatte gelenkig befestigt sind, die miteinander verbundenen Enden des Zwischenhebels und der Blattfeder gegen einen Begrenzungsanschlag anschlagen, während der Schaltarm ein freies Ende aufweist, an welchem der bewegliche Kontakt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (8) mit dem Ende (16) des Schaltarmes (9) verbunden ist, welches seinem freien, den Begrenzungsanschlag (17) und den beweglichen Kontakt (4) tragenden Ende (12) gegenüberliegt, wobei der Schaltarm (9) in seinem mittleren Abschnitt zwischen dem beweglichen Kontakt (4) und der Verbindungsstelle der Enden (16, 15) des Schaltarmes (9) und der Blattfeder (8) mit der Isolierstoffplatte (1) verbunden ist.

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf die Elektrotechnik und betrifft insbesondere Mikroschalter.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung als Streckenschalter (Endschalter) in automatisierten Melde-, Steuer- und Schutzsystemen der Elektroantriebe von Maschinen und Mechanismen zum Einsatz gelangen.

Stand der Technik

Für die Arbeitsgenauigkeit von Fertigungsstrassen sowie Prozesssteuerungssystemen ist die Empfindlichkeit der darin verwendeten Mikroschalter ausschlaggebend, welche eine genaue Informationsübertragung gewährleisten sollen. Die durch die Mikroschalter bedingten Fehler sind kaum behebbar.

Zur Betätigung der beweglichen Kontakte dienen in den Mi-kroschaltern vorwiegend temperatur- bzw. druckempfindliche Metallstreifen, welche sich bei Zug- oder Druckbeanspruchung nur geringfügig verbiegen. Einer der wichtigsten Parameter des Mikroschalters ist deshalb seine Empfindlichkeit, die durch den Verschiebungsweg des Betätigungsgliedes, d.h. den Differentialhub des Mikroschalters, bestimmt wird (je kleiner der für die Umschaltung des beweglichen Kontakts im Mikroschalter erforderliche Hub, desto höher seine Empfindlichkeit).

Es ist ein Mikroschalter (s. z.B. US-PS 2 729 714, Int. Cl.2 H Ol H 13/28) bekannt, welcher eine isolierstoffplatte l1 (s. Fig. 1, 2), an der Isolierstoffplatte l1 befestigte feste Kontakte 2', 31, einen beweglichen Kontakt 41, der wahlweise zwischen den festen Kontakten 2' und 31 schaltet, und ein Schaltwerk zur Umschaltung des beweglichen Kontakts 4' mittels eines Betätigungsgliedes enthält. Zum Schaltwerk des beweglichen Kontakts gehören miteinander verbundene Betätigungsarm 51, Zwischenhebel 6', Blattfeder 71 und Schaltarm 8'. Der Betätigungsund der Schaltarm 51 und 81 sind mit ihren Enden an der Iso-lierstoffplatte l1 an einem gemeinsamen Punkt befestigt. Am freien gegenüberliegenden Ende des Schaltarmes 81 ist der unbewegliche Kontakt 41 angeordnet, während am mittleren Schaltarmabschnitt das Ende der Blattfeder 71 angreift. Das andere Ende der Blattfeder 71 ist mit dem Ende des Zwischenhebels 6' verbunden und schlägt in ihren Endstellungen gegen den Begrenzungsanschlag 91 an, der in der Isolierstoffplatte l1 ausgestaltet ist. Das andere Ende des Zwischenhebels 61 ist mit dem

Ende des Betätigungsarmes 51 verbunden, welches dem an der isolierstoffplatte l1 befestigten Ende gegenüberliegt.

In der Ausgangsstellung des Mikroschalters greift die zusammengedrückte Feder 71 am mit dieser verbundenen Schaltarm 81 mit einer Kraft P (s. Fig. 1) an.

Der Kontaktdruck beträgt dabei:

PK = P • sin ß,

worin ß der Neigungswinkel des Zwischenhebels 61 zur Feder 71 ist.

Unter Wirkung der äusseren Kraft F wird der Betätigungsarm 51 verschoben, und der Zwischenhebel 61 ändert seine Lage gegenüber der Feder 7l.

Sobald der Betätigungsarm 51 die Ansprechstellung erreicht (der Punkt A nimmt die Stellung Ai ein), wird die Feder 71 zusammengedrückt, die Kraft P steigt dabei auf Pi, der Kontaktdruck Pk nimmt ebenfalls zu und beträgt nun Pki = Pi • sin ß (Fig. 2).

Sobald der Punkt A die Instabilitätslinie der Feder 71 — Linie I -1 — kreuzt, schalten die Kontakte 41 mit eigener Bewegungsgeschwindigkeit um.

Bei der Fortbewegung des Betätigungsarmes 51 erreicht der Punkt A seine Endstellung A2 (Fig. 1).

Greift die äussere Kraft F am Betätigungsarm 51 nicht mehr, fangen sämtliche Arme des Schaltwerkes der bewegliche Kontakte 41 mit der Rückstellbewegung an.

Wenn der Punkt A des Betätigungsarmes 51 die Linie II - II — Instabilitätslinie der umgeschalteten Feder 71 — kreuzt, d.h. der Punkt A die Stellung A3 erreicht, erfolgt die Rückschaltung der beweglichen Kontakte 41.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, dass der Kontaktdruck im Mikroschalter bei der Bewegung des Betätigungsarmes 51 in die Ansprechstellung nicht unter den Nennwert abfällt, sondern sogar etwas grösser wird.

Zur Sicherung der Umschaltung der Kontakte 4 im bekannten Mikroschalter sollen die Flächen zur Begrenzung der Bewegung des Betätigungsarmes 51 im Begrenzungsanschlag 91 ausserhalb des durch die Ausgangs- und die Umschaltstellungslinie des Schaltarmes 81 begrenzten Bereiches liegen.

Dabei soll die Feder 71 zur Erhaltung des möglichst kleinen Differentialhubs des Betätigungsarmes 51 im bekannten Mikroschalter am mittleren Abschnitt des Schaltarmes 81 angreifen, während der Begrenzungsanschlag 9' möglichst nahe zu den beweglichen Kontakten 41 liegen soll.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 51 am Punkt A beträgt:

La = H + 2 A h,

worin H der Schaltabstand des beweglichen Kontakts 4' und A h der Hub des Betätigungsarmes 51 sind.

Der Hub A h des Betätigungsarmes 51 wird aus der Beziehung

H H Ah Y ~4 Ä~L L

ermittelt. Daraus folgt:

H 3 HAL

La — .

2 2 L

Hierin sind:

L - Horizontalprojektion des Abstands zwischen der über die Kontakte 2', 31 laufenden Achse und dem Befestigungspunkt 0 der Feder 7' am Schaltarm 81;

AL- Horizontalprojektion des Verschiebeweges des Punktes A vom Befestigungspunkt 0 der Feder 7' am Schaltarm 8', der für die Sofortumschaltung der Kontakte 41 zurückzulegen ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

664 234

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 51 am Angriffspunkt der Kraft F beträgt:

H 3 H AL L2

Lf = ( 1 •

2 2 L Li

■).

(1)

A hi = Somit gilt: LA = H +

(H + Hi) • A L 2L

(H + Hi) • A L

worin Li und L2 die Horizontalprojektionen der Länge des Betätigungsarmes 51 und dessen Abschnitts vom Angriffspunkt der Kraft F bis zum Befestigungspunkt Oi des Betätigungsarmes 51 an der Isolierstoffplatte l1 sind.

In einer anderen Ausführung enthält der Mikroschalter nach der gleichen US-PS 2 729 714 ebenfalls eine Isolierstoffplatte l11 (s. Fig. 3), an der Isolierstoffplatte ln angeordnete feste Kontakte 2n, 3n, einen beweglichen Kontakt 4n, der wahlweise zwischen den festen Kontakten 2n, 3n schaltet, und ein Schaltwerk zur Umschaltung des beweglichen Kontakts 411 mittels eines Betätigungsgliedes, wobei das Schaltwerk aufeinanderfolgend miteinander verbundene Betätigungsarm 511, Zwischenhebel 611, Blattfeder 7" und Schaltarm 8" sowie Begrenzungsanschlag 9" aufweist, der in der Isolierstoffplatte ln ausgeführt ist und ausserhalb des durch die Ausgangs- und die Umschaltstellungslinie des Schaltarmes 8n begrenzten Bereiches liegt. Die Blattfeder 711 greift jedoch in diesem Mikroschalter am mit dem beweglichen Kontakt 4n ausgestatteten Ende des Schaltarmes 8n und nicht an dessen mittlerem Abschnitt an, wie dies im obenbeschriebenen Mikroschalter der Fall ist. Die Länge des Schaltarmes 811 ist dabei gleich L2 + A L, während der Differentialhub des Betätigungsarmes 5" am Punkt A und am Angriffspunkt der Kraft F

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 5m am Angriffspunkt der Kraft F beträgt:

(H + Hi) • A L

Lf = H +

~\h J L

(3)

La = H +

3H AL

LF = (H + i^)ii2

L L,

gleich ist.

Es ist ferner ein Mikroschalter (s. US-PS 2 228 523, Int. CI.2 H Ol H 13/28) bekannt, welcher, wie auch die obenbeschriebenen Mikroschalter, eine Isolierstoffplatte 1UI und an dieser angeordnete feste Kontakte 2111, 3nl, einen beweglichen Kontakt 4ln und ein Schaltwerk des beweglichen Kontakts 4nl enthält, in welchem ein Betätigungsarm 5HI, ein Zwischenhebel 6111, ein Federhebel 7111 und ein Schaltarm 81" aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind (s. Fig. 4).

Im bekannten Mikroschalter liegt der Begrenzungsanschlag 9"' in der Nähe der Drehachse Oi des Betätigungs- und des Schaltarmes 5m und 8m. Dabei kann der Abstand Hi zwischen den Begrenzungsflächen des Betätigungsarmhubes im Begrenzungsanschlag 9nl gering, d.h. gegenüber den obenbeschriebenen Mikroschaltern kleiner als der Kontaktabstand H zwischen den Kontakten 2"1 und 3'" sein.

Die Grösse Hi wird durch den Winkel ß und die Härte der Feder 7111 (d.h. die Kraft P) vorgegeben, welche den Kontaktdruck bestimmen, da Pk = P2 " sin ßi gleich ist.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 5"1 im Punkt A beträgt:

La = H + 2 Ahi.

Die Grösse A hi wird aus der Beziehung

H-H,

A h. Hi +

AL L

ermittelt; daraus folgt:

Aus dem Vergleich der Formeln (2) und (3) ist ersichtlich, dass der Differentialhub des Betätigungsarmes 5ln in diesem in Fig. 4 dargestellten Mikroschalter etwas geringer als im obenbeschriebenen in Fig. 3 gezeigten Mikroschalter ist, da H + Hi <g 3H.

Bei Hi = — folgt — H 3H.

2 2

In den bekannten Mikroschaltern, die in Fig. 1 bis 4 gezeigt sind, ist der Differentialhub des Betätigungsarmes am Punkt A verhältnismässig gross, wodurch ihre Empfindlichkeit verringert wird.

25

(2)

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikroschalter zu entwickeln, bei welchem durch neugestaltete wechselseitige Beziehung der Elemente im Schaltwerk der beweglichen 30 Kontakte der Differentialhub des Betätigungsgliedes beim gleichbleibenden Kontaktdruck wesentlich verringert und somit die Empfindlichkeit des Mikroschalters bedeutend erhöht wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Mikroschalter, der eine Isolierstoffplatte, an der Isolierstoffplatte an-35 geordnete feste Kontakte, einen beweglichen Kontakt zum wahlweisen Schalten zwischen den festen Kontakten, ein Betätigungsglied und ein Schaltwerk zum Umschalten des beweglichen Kontakts mittels des Betätigungsgliedes enthält, welches aufeinanderfolgend miteinander verbundene Betätigungsarm, Zwi-40 schenhebel, Blattfeder und Schaltarm aufweist, wobei der Betätigungs- und der Schaltarm an der Isolierstoffplatte gelenkig befestigt sind, die miteinander verbundenen Enden des Zwischenhebels und der Blattfeder gegen einen Begrenzungsanschlag anschlagen, während der Schaltarm ein freies Ende auf-45 weist, an welchem der bewegliche Kontakt angeordnet ist, die Blattfeder erfindungsgemäss mit dem Ende des Schaltarmes verbunden ist, welches seinem freien, den Begrenzungsanschlag und den beweglichen Kontakt tragenden Ende gegenüberliegt, wobei der Schaltarm in seinem mittleren Abschnitt zwischen 50 dem beweglichen Kontakt und der Verbindungsstelle der Enden des Schaltarmes und der Blattfeder mit der Isolierstoffplatte verbunden ist.

Die gegenseitige Verbindung der Blattfeder mit dem Schaltarm sowie des Schaltarmes mit der Isolierstoffplatte und die 55 Anordnung des Begrenzungsanschlags am Schaltarm ermöglichen eine wesentliche Verringerung des Differentialhubes des Betätigungsgliedes und eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit des Mikroschalters.

60 Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 den Getriebeplan eines bekannten Mikroschalters in zwei Endstellungen des Betätigungsarmes.

65 Fig. 3 den Getriebeplan eines anderen bekannten Mikroschalters,

Fig. 4 den Getriebeplan eines weiteren bekannten Mikroschalters,

664 234

4

Fig. 5 und 6 den Getriebeplan des erfindungsgemässen Mikroschalters in zwei Endstellungen des Betätigungsgliedes,

Fig. 7 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Mikroschalters in Gesamtansicht,

Fig. 8 Teile des in Fig. 7 dargestellten Mikroschalters in Axonometrie,

Fig. 9 eine andere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Mikroschalters in Gesamtansicht,

Fig. 10 Teile des in Fig. 9 gezeigten Mikroschalters in Axonometrie,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Mikroschalters in Gesamtansicht und

Fig. 12 ein Schaltwerk der beweglichen Kontakte in Draufsicht.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Wie in Fig. 5 und 12 gezeigt ist, enthält der Mikroschalter eine Isolierstoffplatte 1, an der Isolierstoffplatte 1 angeordnete feste Kontakte 2 und 3, einen beweglichen Kontakt 4, der wahlweise zwischen den festen Kontakten 2 und 3 schaltet, ein Betätigungsglied 5 und ein Schaltwerk zum Umschalten des beweglichen Kontakts 4 mittels des Betätigungsgliedes 5.

Das Schaltwerk der beweglichen Kontakte 4 enthält einen Betätigungsarm 6, einen Zwischenhebel 7, eine Blattfeder 8 und einen Schaltarm 9. Das eine Ende 10 des Betätigungsarmes 6 ist an der Isolierstoffplatte 1 gelenkig befestigt.

Das andere Ende 11 des Betätigungsarmes 6 ist mit dem Zwischenhebel 7 verbunden. Am freien Ende 12 des Schaltarmes 9 ist der bewegliche Kontakt 4 angeordnet. Die Enden 13 und 14 entsprechend des Zwischenhebels 7 und der Blattfeder 8 sind miteinander verbunden. Der Schaltarm 9 ist an der Isolierstoffplatte 1 gelenkig befestigt und mit dem Ende 15 der Blattfeder 8 verbunden.

Das Ende 15 der Blattfeder 8 ist erfindungsgemäss mit dem Ende 16 des Schaltarmes 9 verbunden, welches dem den beweglichen Kontakt 4 tragenden Ende gegenüberliegt. Am freien Ende des Schaltarmes 9 ist ein Begrenzungsanschlag 17 angeordnet, welcher die Bewegung des Endes 13 des Zwischenhebels 7 begrenzt. Der Schaltarm 9 ist in seinem mittleren Abschnitt zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und der Verbindungsstelle der Enden 16 und 15 des Schaltarmes 9 und der Blattfeder mit der Isolierstoffplatte 1 verbunden.

Das ermöglicht eine wesentliche Verringerung des Differentialhubes des Betätigungsgliedes und somit eine bedeutende Erhöhung der Empfindlichkeit des Mikroschalters gegenüber den bisher bekannten.

Mögliche Ausführungsvarianten und Anordnung der Arme und der Blattfeder im Mikroschalter sind in Fig. 7 bis 12 gezeigt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Mikroschalters besteht in folgendem.

In der Ausgangsstellung des Mikroschalters greift die zusammengedrückte Feder 8 mit der Kraft P am Zwischenhebel 7 an (s. Fig. 5 und 6).

Der Kontaktdruck Pk besteht aus zwei Komponenten

Pk = P, + P3 — ;

L

hierin sind:

Pi = P sin a;

P3 = P sin ß;

a - Neigungswinkel des Zwischenhebels 7 zur Feder 8; ß - Neigungswinkel der Feder 8 zum Schaltarm 9; A Li - Horizontalprojektion des Abschnitts des Schaltarmes 9 von dessen Befestigungspunkt 0 an der Isolierstoffplatte 1 bis zum Verbindungspunkt des Schaltarmes 9 mit der Blattfeder 8;

L - Horizontalprojektion des Abschnitts des Schaltarmes 9 vom Punkt 0 bis zum Ende 12, an welchem der bewegliche Kontakt 4 angeordnet ist.

Unter Wirkung der äusseren Kraft F, die den Wert Fi erreicht, verschiebt sich der Betätigungsarm 6 in Angriffsrichtung dieser Kraft, während der Zwischenhebel 7 seine Stellung ändert und die Feder 8 zusammendrückt.

Wenn der Punkt A die Lage Ai erreicht, nimmt der Kontaktdruck etwas zu, da die Kraft P unter Wirkung der zusammengedrückten Feder 8 auf den Wert P' ansteigt (s. Fig. 6);

_ n ALi P2' sin ß A Li rK = r*3 = •

L L

Bei fortdauernder Bewegung des Betätigungsarmes 6, wenn der Punkt A die Linie I -1 — Instabilitätslinie — kreuzt, erfolgt die Umschaltung des beweglichen Kontakts 4 mit eigener Bewegungsgeschwindigkeit.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 6 am Punkt A (Verbindungspunkt des Betätigungsarmes 6 und des Zwischenhebels 7) ist gleich dem Abstand zwischen Punkten Ai und A3 (s. Fig. 5):

La = A I12 4- 2 A I13 .

Der Hub A I12 wird aus der Beziehung

A h2 H

A Li + A L2 L

ermittelt. Daraus folgt:

H (A L, + A L2) A h2 = - ,

worin

A L2 die Horizontalprojektion des Verschiebeweges des Punkts A ist.

Der Hub A I13 wird aus der Beziehung Aha , A L2 H L 2

ermittelt. Daraus folgt:

2L

Somit gilt:

H (A Li + A L2) H, • A L2

La = + .

L L

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 6 am Angriffspunkt der Kraft F beträgt

" H (A L, + A L2) H, • A L2 "I L,

L'-_ L + —r-J-r <4)

worin L die Horizontalprojektion der Länge des Betätigungsarmes 6 und Li die Horizontalprojektion dessen Abschnitts vom Angriffspunkt der Kraft F bis zum Befestigungspunkt desselben an der Isolierstoffplatte 1 sind.

Da aber gilt: AL] = 0,1 L, A L2 = 0,02 L und Hi = 0,5 H, so folgt:

La - 0,1 H.

Somit ist der Differentialhub des Betätigungsgliedes im erfindungsgemässen Mikroschalter, wie der Vergleich der Beziehungen (3) und (4) zeigt, etwa um das lOfache kleiner als im bekannten Mikroschalter, der in Fig. 4 dargestellt ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

v

3 Blätter Zeichnungen