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Kugelschalter Die Erfindung richtet sich auf einen Kugelschalter,
dessen Schalthebel mit einer runden Schaltscheibe versehen ist, die entweder je
einen in den Bewegungsrichtungen liegenden Kontakt oder in der kontaktlosen Diagonalzwischenstellung
gleichzeitig zwei dieser Kontakte betätigt.
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Bei Kugelschaltern mit vier in den Hauptbewegungsrichtungen liegenden
Schaltstellungen, wie sie an Werkzeugmaschinen verwendet werden, betätigt die Schaltscheibe
bei der Schwenkbewegung des Schalthebels in der einen oder anderen Bewegungsrichtung
je einen Kontakt. Eine Schaltbewegung nach oben oder unten entspricht beispielsweise
dem Heben oder Senken einer Bohrspindel und eine Schaltbewegung nach rechts oder
links beispielsweise ihrem Rechts-oder Linkslauf.
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Um mehr als vier verschiedene Einzelschaltungen, die in den Hauptbewegungsrichtungen
liegen, vornehmen zu können, sind an einem vorbekannten Kugelschalter Diagonalzwischenstellungen
vorgesehen, wobei dann die Schaltscheibe in der Diagonalstellung des Schalthebels
gleichzeitig zwei dieser Kontakte betätigt. Diese verschiedenen Schaltmöglichkeiten
sind jedoch nur durch Bewegungen des Schalthebels in rad'iaIen Ebenen, die von der
Mittenstellung des Schalthebels ausgehen, möglich. Beim Loslassen des Schalthebels
geht dieser unter Federwirkung selbsttätig in die neutrale Stellung zurück, da Rastungen
in den einzelnen Schaltstellungen nicht vorgesehen sind. Auch ist es nicht durchführbar,
zu einer vollzogenen Schaltung unter Aufrechterhaltung dieser Schaltung eine andere
Schaltung -zusätzlich auszuführen, oder, wenn Doppelschaltungen vorgenommen werden,
eine Schaltung hinwegzunehmen, um nur die andere Schaltung aufrechtzuerhalten, wie
dies an Werkzeugmaschinen bei der Steuerung einzelner oder kombinierter Schaltvorgänge
zur Verminderung der Leerlauf- und Ver lustzei:ten erwünscht ist. Diese Möglichkeit
ist auch nicht an einem ebenfalls bekannten Kugelschalter gegeben, der zwei verschiedene
Kontaktebenen aufweist, bei dem wahlweise durch Schwenken des Schalthebels in einer
seiner vier Bewegungsrichtungen je ein Kontakt oder durch Drehen des Schalthebels
über eine ovale Schaltscheibe gleichzeitig zwei gegenüberliegende Kontakte einer
tiefer liegenden Ebene betätigt werden. Diese zweite Kontaktserie liegt um 45° versetzt
zu der ersten, so daß die Schaltscheibe bei ihrer Schwenkverstellung, in der sie
einen Kontakt der ersten Serie betätigt, von den Kontakten der zweiten Serie freikommt.
Mit diesem Schalter können also nur immer je ein Kontakt der ersten Serie oder zwei
Kontakte der zweiten Serie betätigt werden. Für Kombinationsschaltungen an Werkzeugmaschinen
ist dieser Kugelschalter nicht anwendbar. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt,
einen Kugelschalter zu schaffen, der viele Schaltmöglichkeiten, sowohl Einzelschaltungen
als auch Schaltkombinationen, aufweist, ohne daß dadurch seine Abmessungen über
die bisher gebräuchlichen vergrößert werden müssen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß außer den gerasteten Stellungen des Schalthebels für die in den Bewegungsrichtungen
liegenden Kontakte auch die Zwischenstellungen gerastet und alle Raststellungen
untereinander einschließlich der Mittelstellung durch an sich bekannte sternförmig
verlaulende Führungsnuten und außerdem durch eine alle Raststellungen verbindende
Kreisnut der im Innern des Schalters befindlichen Rastenplatte für den mit Führungsstift
und Rastkuppe versehenen Schalthebel verbunden sind.
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Ein solcher Kugelschalter ermöglicht es, zu einem bereits betätigten
Kontakteinen zweiten benachbarten Kontakt hinzuzuschalten und dabei die Kontaktgabe
des ersten Kontaktes aufrechtzuerhalten oder von zwei gleichzeitig betätigten Kontakten
einen Kontakt abzuschalten und dabei die Kontaktgabe des anderen Kontaktes wiederum
aufrechtzuerhalten. Somit erlaubt es die Erfindung, von der -7\Tullstellung des
Schalthebels ausgehend entweder den einen oder anderen Kontakt, der am Ende einer
Bewegungsrichtung liegt, durch radiale Verstellung des Schalthebels oder in den
Zwischenstellungen beide dieser Kontakte zu betätigen und je nach Belieben unter
Aufrechterhaltung einer Kontaktgabe, also unter Umgehung der Nullstellung, einen
Kontakt dazu- oder abzuschalten, so daß die verschiedensten Schaltkombinationen,
wie sie für Steuerungen an Werkzeugmaschinen gebraucht werden, mit diesem Schalter
-möglich sind.
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Die Vielzahl der möglichen Schaltkombinationen wird nach der Erfindung
noch dadurch vergrößert, daß der Schalthebel zusätzlich zu der Schwenkverstellung
auch axiale Schaltbewegungen ausführen kann, die in der jeweiligen Schwenkeinstellung
die Betätigung
weiterer Kontakte für sich oder in Kombination mit
anderen ermöglichen. Erreicht wird dies dadurch, daß die Schaltscheibe zusätzlich
zu ihrer Schwenkverstellung axial verschiebbar ist und bei dieser Bewegung in der
jeweiligen Schwenkstellung weitere Kontakte betätigt, wobei die axialen Verstellbewegungen
des Schalthebels ebenfalls gerastet sind.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Kugelschalters besteht in der großen
Einfachheit seines Aufbaues, in den vielen Schaltmöglichkeiten, in dem stufenweise
Dazu- und Abschalten von Stromkreisen und darin, daß beispielsweise für acht Schaltstellungen
nur vier Schalter bzw. für sechzehn Schaltstellungen nur vier Doppelschalter benötigt
werden.
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Vorteilhaft ist die Schaltscheibe ballig ausgebildet, so daß sie je
nach der gerasteten Axialstellung des Schalthebels an verschiedenen Durchmessern
ihres Umfanges auf Stufenschalter wirkt und dadurch den Betätigungsknopf des Stufenschalters
in die eine oder andere Schaltstellung bringt. Zu diesem Zweck kann der Schalthebel
aus einem in der Gelenkkugel axial verschieblichen und in zwei Stellungen gerasteten
Rohr, mit welchem die ballig ausgebildete Schaltscheibe verbunden ist, und einem
in dem Rohr angeordneten verschieblichen Führungsstift bestehen, auf welchem die
Rastkuppe entgegen der Feder verschieblich ist und der durch die Rastkuppe hindurchgreift
und durch eine sich an dem Rohr und an einem Bund des Führungsstiftes abstützenden
Feder in die Führungsnuten der Rastenplatte gedrückt wird.
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Für die selbsttätige Auslösung des axial verstellten Schalthebels
ist auf der Rastkuppe ein die Feder umgebender Anschlagring befestigt, der in der
niedergedrückten Raststellung des Schalthebels beim Ausrasten gegen die Schaltscheibe
drückt und das Rohr aus seiner Raststellung herausbewegt, worauf der Schalthebel
durch den Gegendruck der Federn in seine gerastete Ausgangsstellung bewegt wird.
Wenn also das Herausziehen des Schalthebels aus seiner hineingedrückten Stellung
vergessen wird, so drückt der Anschlagring beim Ausrasten durch die axiale Bewegung
der Rastkuppe die Schaltscheibe und damit. den Schalthebel nach oben, so daß er
wieder in seine gerastete Ausgangsstellung gelangt.
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Es ist ferner vorteilhaft, einen Signalknopf vorzusehen, der in der
niedergedrückten Stellung des Schalthebels aus dem Kugelgriff heraustritt, Dadurch
ist jede eingenommene Schaltstellung des Schalthebels sofort erkenntlich.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Kugelschalter mit acht verschiedenen Schaltmöglichkeiten
im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-B der Fig. 1, Fig. 3 eine andere
Ausführungsforen des Schalters für sechzehn verschiedene Schaltmöglichkeiten in
der Nullstellung, Fig. 4 den Schalter nach Fig. 3 mit vollen und gestrichelten Linien
in zwei Schwenkstellungen des Schalthebels und Fig. 5 eine Aufsicht auf die Rastenplatte
mit Führungsnuten und Rastungen.
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Der Schalter nach Fig. 1 besitzt das Gehäuse 1, das in der gezeichneten
Ausführungsform eine Würfelform aufweist, das aber auch als Zylinder ausgebildet
sein kann. Das Gehäuse trägt auf seiner Außenseite die vier Schalter 2. Am oberen
Teil des Gehäuses ist mit der Kugelschale 3, die mittels Schrauben oder Niete befestigt
ist, eine aus Stahl oder Preßstoff bestehende Gelenkkugel 4, die mit der Schaltstange
5 verbunden ist, d@rehbair behalten. Am oberen Ende der Schaltstange ist der Kugelgriff
6 befestigt. Die Schaltstange trägt im Innern des Gehäuses 1 die kreisrunde Schaltscheibe
7, vorzugsweise aus Stahl, die nach unten konisch verjüngt und dabei ballig ausgebildet
ist. Diese Seitenfläche der Schaltscheibe ist mit 8 bezeichnet. Sie ermöglicht es,
den Betätigungsknopf 9 eines Schalters 2 bei einer seitlichen Bewegung des Schalthebels
aus der Nullstellung heraus mit geringster Reibung nach außen zu drücken, wodurch
ein oder mehrere Kontakte geschlossen werden. Am unteren Ende trägt die Schaltstange
5 den Führungsstift 10. Auf diesem gleitet die Rastkuppe 11, die mittels der Feder
12 stets nach unten gedrückt wird. Der Führungsstift 10 greift in Führungsnuten
13 der Rastenplatte 14 ein, die kuppelförmig ausgebildet und dem Schwenkradius des
Führungsstiftes angepaßt ist. Die Führungsnuten sind, wie es die Fig. 5 zeigt, in
an sich bekannter Weise von der Mittelrastung ausgehend sternförmig angeordnet und
schließen jeweils einen Winkel von 45° miteinander ein und sind untereinander durch
die Kreisnut 15 verbunden. Die Mittelrast ist mit 16 bezeichnet. In den Schnittpunkten
der radialen Führungsnuten 13 mit der Kreisnut 15 liegen die Rasten 17, 18; 19,
20, 21, 22, 23 und 24. Die Rasten stellen sich als kalottenförmige Vertiefungen
dar, die in der Form der Rastkuppe 11 angepaßt sind. Den Rasten 17, 19, 21 und 23
sind Schalter 2 zugeordnet, während die Rasten 18, 20, 22 und 24 Zwischenstellungen
des Schalthebels sind, in denen die runde Schaltscheibe 7 die Kontakte 17 und 19
bzw. 19 und 21 bzw. 21 und 23 bzw. 23 und 17 betätigt.
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Der in der Fig, 3 dargestellte Kugelschalter unterscheidet sich von
demjenigen der Fig. 1 dadurch, daß die Schaltstange mit der Schaltscheibe zusätzlich
zu der Schwenkbewegung eine axiale Bewegung ausführen kann, um weitere Schaltungen
vornehmen zu können. Die Schaltstange besteht aus dem Rohr 25, das in der Gelenkkugel
4 axial verschieblich ist und zwei als Rasten dienende Ringnuten 26 und 27 aufweist,
in welche Kugeln 28 durch Federn 29 gedrückt werden, die in Bohrungen 30 der Gelenkkugel
angeordnet sind. Die Schaltscheibe 7 ist mit dem Rohr 25 fest verbunden. In dem
Rohr ist der Führungsstift 31 verschieblich, der durch den Kugelgriff 6 hindurchfährt
und an seinem oberen Ende mit dem Signalknopf 32 versehen ist. Das andere Ende des
Führungsstiftes gleitet in den Führungsnuten 13, Die auf dem Führungsstift verschiebliche
Rastkuppe 11 wird wie in der Fig. 1 durch -die Federn 12 in die Rasten gedrückt.
Außerdem wird der Führungsstift 31 durch eine zweite Feder 33, die sich gegen das
Führungsrohr und gegen den Bund 34 des Führungsstiftes abstützt, stets in die Führungsnuten
gedrückt. Die Rastkuppe trägt den Anschlagring 35, der die Federn 12 und 33 auf
einem Teil ihrer Länge umgibt. In der in Fig. 4 gestrichelt dargestellten niedergedrückten
Stellung des Schalthebels, wenn dieser durch die Ringnut 26 gerastet ist, berührt
die Schaltscheibe 7 fast den Anschlagring, der also die axiale Bewegung beim Niederdrücken
begrenzt. Die Bewegung des Schalthebels in der anderen Richtung wird durch die mit
dem Rohr 25 verbundene Scheibe (Bund) 36 begrenzt. In dieser Stellung rasten die
Kugeln 28 in die Ringnut 27 ein, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Schalter
2' sind in diesem Falle so ausgebildet, daß nacheinander beim Hineindrücken des
Betätigungsknopfes 9 mehrere Schaltungen ausgeführt werden. Diesem Zweck dient die
entsprechende Formgebung der Umfangsfläche 8, die bei
der Schwenkbewegung
den Betätigungsknopf 9 eines Schalters zunächst erst teilweise hineindrückt und
dabei die erste Schaltung ausführt und beim Niederdrücken des Schalthebels in die
zweite Raststellung den Betätigungsknopf weiter hineindrückt, um Kontakte im Schalter
zu betätigen.
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Der Kugelschalter kann zusätzlich zu der Rastung mit einer Verriegelung
der Nullstellung versehen sein, wenn das Gehäuse 1 an der Stelle, an der die Gelenkkugel
eingesetzt ist, den in der Fig. 1 gestrichelt angeordneten trichterförmigen Aufsatz
37 besitzt, in den die auf der Schaltstange 5 verschiebliche Hülse 38 mit ihrem
entsprechend kegelförmig ausgebildeten Ansatz 39 durch die Feder 40 gedrückt wird.
Um den Schalthebel ans seiner verriegelten Nullstellung herauszubewegen, muß die
Hülse 38 an der kalottenförmigen Handhabe 41 entgegen der Kraft der Feder 40 herausgezogen
werden. Diese Verriegel.ungsvorrichtung ist an Kreuzschaltern an sich bekannt. Bei
dem Kugelschalter mit axialer Bewegung der Schaltstange wirkt sie als zusätzliche
Sicherung dafür, daß der Schalter in seiner Ruhestellung ausgeschaltet ist, da die
Feder 40 die Zu-rückbe"vegung der Schaltstange aus der niedergedrückten Stellung
in die Ausgangsstellung unterstützt und bei einem etwaigen Versagen der sonstigen
Federn diese Ausschaltbewegung auch allein herbeiführt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Durch die Bewegung des Schalthebels
in eine der Raststellungen, z. B. 17, wird der dieser Raststellung zugeordnete Schalter
infolge der Schwenkbewegung durch die Schaltscheibe betätigt, wodurch der dieser
Schaltstellung zugeordnete Motor direkt oder über ein Schaltschütz in Tätigkeit
gesetzt oder ein anderer Schaltvorgang ausgelöst wird. Der Einfachheit halber sei
die Wirkungsweise an Hand einer Motorenschaltung weiter erläutert. Befindet sich
der Schalthebel dagegen in der Raststellung 19, so wird der dieser Stellung entsprechende
Motor eingeschaltet. Wird dagegen die Raststellung 18 eingenommen, die zwischen
diesen beiden Stellungen liegt, so werden durch die Schaltscheibe die Betätigungsknöpfe
9 beider Schalter gleichzeitig nach außen gedrückt. Hierdurch werden beide Sehalter
gleichzeitig betätigt und die den Raststellungen 17 und 19 zugeordneten Motoren
in Tätigkeit gesetzt.
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Es ergeben sich somit folgende Schaltmöglichkeiten nach Fig. 1: Raststellung
17 .... Motor 1 läuft, Raststellung 19 .... Motor 2 läuft, Raststellung
18 .... Motoren Lund 2 laufen. Ist der Schalter in Raststellung 18 gebracht,
so daß beide Motoren laufen, so kann eine Bewegungsrichtung stillgesetzt werden,
da der Schalthebel unter Umgehung der Nullstellung durch seine Führung in der Kreisnut
15 von 18 entweder nach 17 oder nach 19 bewegt werden kann. Im ersten Fall läuft
der Motor 2 weiter, und der Motor 1 wird stillgesetzt, und im zweiten Fall läuft
der Motor l weiter, und der Motor 2 wird stillgesetzt.
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Sinngemäß gelten diese Schaltmöglichkeiten für jede der Schaltstellungen
19-20-21, 21-22-23 und 23-24-17.
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Die gleichen Schaltmöglichkeiten besitzt auch der Kugelschalter nach
den Fig.3 und 4, der um die doppelte Anzahl der Schaltmöglichkeiten durch die zusätzliche
axiale Bewegung des Schalthebels erweitert ist. Hierbei steht es im Belieben der
verschiedenen konstruktiven Möglichkeiten, ob der oder die infolge der Schwenkbewegung
zuerst geschlossenen Kontakte weiterhin geschlossen bleiben oder wieder geöffnet
werden, wenn der zusätzliche Schaltvorgang durch die axiale Bewegung des Schalthebels
erfolgt. Dieser zusätzliche Schaltvorgang kann selbstverständlich ebenfalls allen
Schalterfordernissen angepaßt werden, so daß beispielsweise zusätzlich Kontakte
geschlossen oder vorher geschlossene Kontakte geöffnet werden können.
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Wird die Schaltstange, wie es in der Fig.4 gestrichelt dargestellt
ist, in einer Schwenkstellung, in der also bereits ein oder mehrere Kontakte betätigt
sind, niedergedrückt, so daß der Schalthebel in .der Stellung seiner zweiten Raste
26 steht, in der eine oder mehrere Schaltvorgänge zusätzlich erfolgen, so ist die
Schaltscheibe 7 so weit niedergedrückt, daß sie den Anschlagring 35 fast berührt.
Der geringe Abstand zwischen dem Anschlagring 35 und der Schaltscheibe 7 ist für
das Einfühlen der Rastung zweckmäßig. In dieser Stellung tritt der Signalknopf 32,
der beispielsweise rot markiert sein kann, aus dem Kugelgriff 6 heraus und zeigt
die zweite Schaltstellung an. Zum Ausschalten wird .der Schalthebel wieder durch
Herausziehen in seine Ausgangsstellung und dann durch Schwenken wieder in seine
Nullstellung gebracht. Wird das Herausziehen vergessen, so drückt der Anschlagring
35 beim Ausrasten durch die axiale Bewegung der Rastkuppe 11 die Schaltscheibe und
damit das Rohr 25 des Schalthebels nach oben. Diese Bewegung ist so groß, daß die
Kugeln 28 aus der Ringnut 26 herausgleiten, so daß der Schalthebel unter Wirkung
der Federn 12 und 33 bzw. auch 40 in die wiederum gerastete Ausgangsstellung nach
Fig. 3 gelangt.