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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Grenzschalter.
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Elektrische
Grenzschalter werden in vielen Anwendungen häufig verwendet, und sie werden
im Allgemeinen verwendet, um einen elektrischen Kreis während gewisser
Positionen einer wiederholten Bewegung zu erstellen bzw. zu unterbrechen.
Gegenwärtig
verwendete Grenzschalter umfassen im Allgemeinen eine Kombination
von modularen Elementen. Ein Basis-Schalter stellt hauptsächlich die
elektrische Funktionalität
bereit; ein "Kopf" stellt ein Mittel
zum Betätigen
des Basis-Schalters bereit; und ein Gehäuse haltert zum einen den Kopf
und den Schalter und stellt zum anderen einen Schutz gegenüber Umwelteinflüssen für den Basis-Schalter bereit.
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Das
bei weitem am häufigsten
eingesetzte Verfahren zum Verbinden des Basis-Schalters mit der
Anwendungsverdrahtung erfolgt mittels Schraubanschlüssen. Diese
umfassen üblicherweise
eine Art von Haltescheibenanordnung, welche das freigelegte Ende
des Leiters klemmt, wenn der Benutzer die Schraube anzieht. Wenn
ein solcher Schalter verdrahtet wird, muss nicht nur ein Teil des
Außenmantels
von dem Kabel abgezogen werden, sondern auch ein Teil der Isolierung
der Enden der einzelnen Adern. Die freigelegten Enden von Mehrlitzen-Adern sind
ebenfalls üblicherweise
verdrillt, oder weisen eine auf geklemmte Hülse auf, um zu verhindern, dass
eine abstehende Litze einen Kurzschluss verursacht. Grenzschalter
kleinerer Größe, wie
etwa die, die der EN50047 (d.h. dem derartige Produkte betreffenden europäischen Standard)
entsprechen, weisen einen sehr geringen Raum innerhalb des Gehäuses auf.
Dies führt
dazu, dass das Verdrahten schwierig wird, und oft wird der Basis-Schalter entfernt
und außerhalb
des Gehäuses
verdrahtet. Fingerschutz und Schraubendreherführung sind verbreitete Merkmale, welche
den Schaltern hinzugefügt
werden, um die Verdrahtung zu erleichtern und einen zufälligen Stromschlag
zu vermeiden.
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Um
einen Zugang zur Verdrahtung und ein Entfernen des Basis-Schalters
zu ermöglichen,
weisen Gehäuse
typischerweise eine entfernbare Abdeckung auf. Diese Abdeckung bildet üblicherweise
einen gröberen
Teil einer Vorderseite des Gehäuses, und
sie wird durch bis zu vier Schrauben oder eine Kombination von Gelenken,
Clipsen und Schrauben gehaltert. Diese Befestigungen müssen entfernt
werden, um die Verdrahtung zu ermöglichen, und sie müssen dann
korrekt wieder angebracht werden, um sicherzustellen, dass das Gehäuse den
gewünschten
Schutz gegenüber
Umwelteinflüssen
bereitstellt. Abdeckungsversiegelungen sind üblicherweise von einem Dichtungstyp
mit Schrauben, welche innerhalb eines bestimmten Drehmomentbereichs
angezogen werden müssen,
um einen ausreichenden Dichtungsdruck bereitzustellen. Abdeckungen,
welche durch mehrere Schrauben gehalten werden, können bessere
Möglichkeiten
zur Dichtungskomprimierung bereitstellen und haben bessere Werte
in Bezug auf Schutz vor Umwelteinflüssen, sind jedoch entsprechend
zeitaufwendiger zu entfernen und zu ersetzen.
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Der
andere Bereich des Gehäuses,
welcher versiegelt sein muss, um dessen Fähigkeit zum Schutz gegenüber Umwelteinflüssen aufrecht
zu erhalten, ist der Kabelausgang. In den meisten Fällen wird
dies mittels einer Kabelbuchse erreicht. Diese Buchse wird üblicherweise
nicht mit dem Grenzschalter geliefert. Die Buchse wird in ein mit
einem Gewinde versehenes Loch in dem Gehäuse geschraubt und ge genüber dem
Gehäuse
abgedichtet entweder durch einen Dichtungsring oder eine komprimierbare Komponente
an der Buchse. Die Buchse dichtet ebenfalls gegenüber dem
Kabel ab, und zwar aufgrund der Wirkung einer eine flexible Dichtung
komprimierenden Mutter. Das Kabel muss durch die Buchsenanordnung
hindurchgeführt
werden, bevor es mit dem Basis-Schalter verdrahtet wird. Die Größen von
Kabelbuchsen und die daran eingesetzten Gewindeformen variieren
weltweit beträchtlich.
Es ist deshalb oft nötig,
mehrere verschiedene Gehäuseoptionen
bereitzustellen, welche sich hinsichtlich des mit dem Gewinde versehenen
Kabelausgangslochs unterscheiden.
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Der
Schalter muss an einem Ort und unter einer Orientierung vorgesehen
sein, welche einen Zugang zu der Abdeckung ermöglichen. Dies dient der Erleichterung
einer anfänglichen
Verbindung oder einer Wartung zu einer späteren Zeit. Da es wahrscheinlich
eine begrenzte Anzahl derartiger Orte und Orientierungen gibt, ist
es oft notwendig, eine größere Anzahl
von Aktuatorkopfkonfigurationen bereitzustellen oder den Kopf derart
auszugestalten, dass er umorientiert werden kann.
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Das
Verdrahten und Konfigurieren eines Schalters an einem schwierigen
Ort wird häufig
durch die Anzahl der möglichen
entfernbaren Teile komplizierter gemacht. Diese umfassen: Abdeckung,
Kopf, Basis-Schalter, Abdeckungsdichtung, Schrauben für den Kopf,
Schrauben für
den Basis-Schalter, Schrauben für
den Anschluss, Kabelbuchse und Buchsendichtung. Der Verlust eines
dieser Teile macht die Vervollständigung
der Aufgaben schwierig oder unmöglich.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 198 08 060 A1 offenbart eine Schaltanordnung
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des unabhängigen Anspruches 1.
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Die
Patentschrift
DE 197
05 411 C2 offenbart einen Halter für einen temperaturabhängigen Schalter.
Der Halter weist Schneidklemmen auf, um einen Anschluß für einen
elektrischen Leiter bereitzustellen. Dabei durchdringen Schneidkanten
der Schneidklemmen eine Isolation eines Leiters. Der temperaturabhängige Schalter
ist über
separate Verbindungsleitungen mit den Schneidklemmen verbunden.
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Eine
elektromechanische Schaltvorrichtung, die zwei Schalter aufweist,
ist aus der deutschen Offenlegungschrift
DE 38 27 161 A1 bekannt.
Die beiden Schalter sind so ausgebildet, dass die Arbeit des einen
Schalters bezüglich
der des anderen Schalters verzögert
ist. Hierfür
weisen die Schalter eine geeignete Federvorspannung auf. Die elektrische
Verbindung eines Leiters mit der Schalteranordnung erfolgt über Schraubklemmen.
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Ein
Grenzschalter mit einer Schaltkomponente und einem Stellglied für die Schaltkomponente,
welches eine drehbare Welle und ein bei seiner Abwärtsbewegung
die Schaltkomponente schaltendes auf- und abbewegbares Antriebskolbenelement aufweist,
ist aus dem Dokument
DE 29 12
057 bekannt. Zur elektrischen Kontaktierung weist der Schalter
Anschlussstifte auf.
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Es
gehört
zu den Aufgaben der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, diese und andere von Grenzschaltern
her bekannte Nachteile zu vermeiden oder zu mindern. Es gehört weiter
zu den Aufgaben der Ausführungsformen
der vor liegenden Erfindung, einen verbesserten Grenzschalter mit
weniger entfernbaren Teilen bereitzustellen, und welcher auch einfacher
und schneller verdrahtet und installiert werden kann.
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Die
vorstehende Aufgabe wird in einer elektrischen Schaltanordnung mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruches 1 durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Weiter
wird die vorstehende Aufgabe in einem Verfahren zur Verdrahtung
eines elektrischen Grenzschalters mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des unabhängigen
Anspruches 33 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruches
33 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Schaltanordnung bereitgestellt,
wobei die Anordnung umfasst: eine Basis zum Aufnehmen einer Mehrzahl
von isolierten elektrisch leitenden Elementen, einen Körper, um
mit der Basis in Eingriff zu treten, wobei der Körper elektrische Kontaktelemente
zum Eingriff mit den leitenden Elementen umfasst, wobei jedes Kontaktelement eine
Schneidkante zum Durchdringen der Isolation eines leitenden Elements
und zum Kontaktieren desselben aufweist, und Schaltmittel, welche
in dem Körper
angeordnet sind, um Paare von Kontaktelementen wahlweise elektrisch
miteinander zu verbinden.
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Beim
Einsatz kann eine Schaltanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
verdrahtet werden, indem einfach isolierte Drähte in die Basis eingeführt werden,
die Drähte
an den Schneidkanten der Kontaktelemente angeordnet werden, und
Druck auf die Basis und die Kontaktelemente ausgeübt wird.
Die Schneidenden der Kontaktelemente durchdringen die Isolation
der Drähte
und bilden eine elektrische Ver bindung, während die wahlweise elektrische
Verbindung als ein Basis-Schalter wirkt. Die Verdrahtung kann somit
schneller und zielführender erreicht
werden als bei bekannten Grenzschalteranordnungen.
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Vorzugsweise
ist die Schneidkante als ein Schlitz bereitgestellt, der in dem
Kontaktelement ausgebildet ist, um einen Teil des Leiters aufzunehmen. Eine
Kante oder beide Kanten des Schlitzes können mit einer Schneidkante
bereitgestellt sein. Während des
Einsatzes kann der Schlitz dazu dienen, den Leiter zu halten und
eine ungewollte Bewegung des Leiters zu verhindern oder zu reduzieren.
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Vorzugsweise
ist die Basis oder/und der Körper
mit einer Stopp-Einrichtung versehen, um die relative Bewegung zwischen
der Basis und dem Körper zu
begrenzen. Ohne eine solche Stopp-Einrichtung besteht die Möglichkeit,
dass ein Benutzer die Basis und den Körper zu weit aufeinander zu
drücken
kann, wodurch die Schneidkante des Kontaktelements die leitenden
Elemente durchschneidet und hierdurch die Funktionalität des Schalters
reduziert wird.
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Vorzugsweise
umfasst die Basis eine Mehrzahl von Öffnungen zum Aufnehmen der
leitenden Elemente. Vorzugsweise wird jedes leitende Element in
einer jeweiligen Öffnung
aufgenommen. Vorzugsweise sind die Öffnungen auch dazu ausgebildet,
die Kontaktelemente aufzunehmen. Dies erleichtert die Ausrichtung
und Führung
der Leiter zu den Kontaktelementen. Vorzugsweise umfassen die Öffnungen einen
bezüglich
der Kontaktelemente abgewinkelten Bereich; dies stellt eine größere Oberfläche zwischen den
Leitern und den Kontaktelementen bereit, so dass eine wirksamere
elektrische Verbindung sichergestellt ist. Vorzugsweise können die Öffnungen Stopp-Einrichtungen
umfassen, um die Bewegung der Kontaktelemente in die Öffnungen
hinein zu begrenzen.
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Vorzugsweise
umfasst der Apparat eine Koppeleinrichtung zum Verbinden des Körpers und der
Basis miteinander. Während
die Schaltanordnung verdrahtet werden kann, indem ein Benutzer einen
Leiter per Hand in jedes Kontaktelement einführt, kann das Verdrahten erleichtert
werden, wenn alle Leiter und Kontakte gegeneinandergedrückt werden. Vorzugsweise
umfasst die Kopplungseinrichtung eine Mutter oder dergleichen, deren
Anziehen die Basis gegen den Körper
drückt.
Die Anordnung umfasst vorzugsweise ein Schraubgewinde, auf welchem
die Mutter oder dergleichen gedreht werden kann. Das Schraubgewinde
umfasst vorzugsweise einen Teil einer an der Anordnung montierten
Kabelbuchse. Vorzugsweise umfasst die Mutter eine Öffnung,
durch welche der Leiter hindurchtreten kann; und sie kann ferner
in Verbindung mit einer Dichtung bereitgestellt sein, um ein Eintreten
von unerwünschten
Substanzen hin zu der Anordnung zu verhindern.
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Vorzugsweise
umfasst die Einrichtung zur wahlweisen elektrischen Verbindung einen
bewegbaren elektrischen Kontakt. Vorzugsweise bildet der elektrische
Kontakt in einer ersten Stellung eine elektrische Verbindung zwischen
den beiden Kontaktelementen, während
in einer zweiten Stellung die Kontaktelemente elektrisch nicht miteinander
verbunden sind. Wenn die Anordnung mehr als zwei Kontaktelemente
umfasst, kann der elektrische Kontakt in einer ersten Stellung zwei
Kontaktelemente verbinden und in einer zweiten Stellung zwei hiervon
verschiedene Kontaktelemente verbinden. In gewissen Ausführungsformen
der Erfindung kann der elektrische Kontakt zwischen verschiedenen
Stellungen bewegbar sein, wobei er in jeder Stellung ein verschiedenes Paar
oder keines der Kontaktelemente verbindet. Die Einrichtung zum elektrischen
Verbinden ist vorzugsweise in eine Stellung vorgespannt; beispielsweise kann
die Einrichtung zum Verbinden federmontiert sein, wobei die Feder
in eine Stellung drückt.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zum Verbinden einen Kolben bzw.
eine Verschiebekomponente, dessen axiale Bewegung die Verbindungen
herstellt oder unterbricht; es kann jedoch jegliche geeignete Form
von Einrichtung zum Verbinden eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
sind vier Kontaktelemente bereitgestellt; vorzugsweise sind die
Elemente auch als zwei alternierend verbundene Paare angeordnet.
Alternativ können
die Elemente als zwei Paare angeordnet sein, welche beide zu einer
Zeit entweder elektrisch verbunden oder elektrisch nicht verbunden sind.
Diese Art von Schalter stellt eine Redundanz der Verbindungen bereit
und kann deshalb unter anderem in sicherheitsrelevanten Anwendungen
eingesetzt werden, wo ein Maß an
Redundanz gewünscht ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Anordnung ferner eine Abdeckung. Vorzugsweise ist die
Abdeckung im Wesentlichen abgedichtet. Vorzugsweise ist das Innere
der Abdeckung normalerweise für
den Benutzer nicht zugänglich.
Aufgrund der Natur der vorliegenden Erfindung kann die Verdrahtung
und der Zusammenbau der Vorrichtung erreicht werden, ohne dass hierzu
Zugang zu den internen Teilen der Anordnung nötig ist. Deshalb ist die Integrität gegenüber Umwelteinflüssen und
die Abdichtung der Abdeckung nicht davon abhängig, ob der Benutzer die Abdeckung
korrekt anbringt; und die einfachere Auslegung ermöglicht es
auch, dass einfachere und zuverlässigere Dichtungen
verwendet werden können.
Vorzugsweise umfasst die Abdeckung eine integrale Kabelbuchse. Vorzugsweise
umfasst die Abdeckung zwei Teile; vorzugsweise sind diese Teile
miteinander rastverbunden. Ein oberer Teil kann eine Betätigungsanordnung
für die
Einrichtung zur wahlweisen Verbindung umfassen, während ein
unterer Teil den Körper
und die Basis der Anordnung abdeckt. Die separate Betätigungseinrichtung
ermöglicht
es, dass verschiedene Abwandlungen und Alternativen für die Anordnung vorgesehen
werden können,
ohne eine aufwendige Neuentwicklung durchführen zu müssen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Verdrahten eines elektrischen Grenzschalters bereitgestellt, wobei das
Verfahren die Schritte umfasst Einführen einer Mehrzahl von isolierten
elektrischen Leitern in eine aufnehmende Basis, und In-Eingriff-Bringen
der isolierten Leiter derart mit einer Mehrzahl von Kontaktelementen,
welche jeweils eine Schneidkante aufweisen und wobei Paare der Kontaktelemente
wahlweise elektrisch miteinander verbunden sind, dass die Schneidkante
die Isolation des leitenden Elements durchdringt und dieses kontaktiert,
um eine elektrische Verbindung zu bilden.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich
beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 und 2 linke
und rechte perspektivische Ansichten einer Ausführungsform eines Grenzschalters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen,
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3 und 4 perspektivische
Ansichten des Schalters der 1 und 2 zeigen,
wobei das Gehäuse
entfernt ist,
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5 und 6 Ansichten
im Längsschnitt des
Schalters der 1 und 2 zeigen,
und zwar zusammengebaut und verdrahtet, und
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7 eine
Explosionsdarstellung des Schalters der 5 und 6 von
außen
zeigt.
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Es
wird zunächst
auf die 1 und 2 Bezug
genommen. Diese zeigen die äußere Erscheinung
eines Grenzschalters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Grenzschalter 10 umfasst eine Abdeckung 12 mit
oberen und unteren Abdeckungsteilen 12a, 12b,
welche der Klarheit halber voneinander separiert dargestellt sind.
An dem oberen Abdeckungsteil 12a ist eine Betätigungsanordnung 14 für den Schalter
angebracht, welche ein Kolbenteil 16 und eine Rolle 18 umfasst.
Beide Teile 12a, 12b des Gehäuses 12 sind mit Klickverschlusszungen 20 und Nuten 22 versehen,
um das Gehäuse 12 zusammenzuhalten,
und eine O-Ring-Dichtung 24 ist zwischen den beiden Teilen
angeordnet, um eine Dichtung bereitzustellen. Das untere Teil des
Gehäuses 12b endet
in einer integralen Kabelbuchse 26, an welcher ein Schraubgewinde 28 vorgesehen
ist.
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Ansichten
des Schalters 10 der 1 und 2 mit
entfernter Abdeckung 12 sind in den 3 und 4 gezeigt.
Der Schalter umfasst vier Kontaktelemente 30, von denen
jedes einen Schlitz 32 an dessen unterem Bereich umfasst,
wobei der Schlitz innere Schneidkanten 34 aufweist. Die
unteren Bereiche der Kontaktelemente 30 erstrecken sich
in die Kabelbuchse 26.
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Der
Kolben 16 der Betätigungsanordnung 14 umfasst
zwei elektrische Kontakte 36a, 36b, welche mit
dem Kolben 16 vertikal bewegbar sind. Jeder Kontakt 36 stellt
eine elektrische Verbindung zwischen zwei der Kontaktelemente 30 her,
wenn der Kolben 16 in der geeigneten oberen oder unteren Stellung
ist, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Jeder Kontakt 36 und
jedes Kontaktelement 30 ist ferner mit gegenüberliegenden
Kontaktplatten 38 zum Bilden elektrischer Verbindungen
versehen.
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Der
Kolben 16 ist an einer Druckfeder 40 angebracht,
welche vorgespannt ist, um den Kolben 16 derart nach oben
zu drücken,
dass der Kontakt 36b an einer unteren von zwei Flächen des
Kontaktelements 30 anliegt, um eine elektrische Verbindung hierzwischen
zu bilden. Der Kolben 16 trägt auch ein Paar von Nockenelementen 42,
welche an Anschlägen 44 anliegen,
welche an den Kontaktelementen 40 vorgesehen sind, um die
Bewegung des Kolbens 16 zu begrenzen.
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Wenn
der Kolben 16 hinuntergedrückt wird, bewegt sich der Kontakt 36b nach
unten, wodurch die Verbindung zwischen den beiden Kontaktelementen 30 unterbrochen
wird, während
der andere Kontakt 36a bewegt wird, um an der oberen Fläche des anderen
Paars der Kontaktelemente 30 anzuliegen, um einen elektrischen
Kontakt zwischen diesen Elementen zu bilden.
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Die
Anordnung ist deshalb in der Lage, als ein Schalter zu wirken, um
eine elektrische Verbindung zwischen Paaren von Leitern umzuschalten.
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In
einer alternativen Anordnung kann ein Schalter als ein Schalter
mit "Schnappwirkung" bereitgestellt sein,
wobei die beweglichen Kontakte in einem Träger gehalten sind, welcher
mit dem Kolben über
zwei Umschalt-Schnappfedern verbunden ist. Wenn der Kolben hinuntergedrückt wird,
schalten die Schnappfedern um, um den Träger und die Kontakte nach oben
zu bewegen. Es kann auch ein Schalter vom Unterbrechertyp bereitgestellt
sein.
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5 und 6 zeigen
Querschnittsansichten der Anordnung der 3 und 4,
wenn diese mit einem elektrischen Kabel 46 verbunden ist.
Das Kabel 46 umfasst vier isolierte Leiter 48,
von denen ein jeder in Öffnungen 54 gehalten
ist, welche in einer Basis 56 ausgebildet sind, welche
auch die Kontaktelemente 30 aufnimmt. Um das Kabel 46 herum
ist eine Elastomere-Dichtung 50 angebracht, welche wiederum
von einer Mutter 52 umgeben ist, die mit dem Schraubgewinde 28 der
Kabelbuchse 26 in Eingriff steht.
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Eine
Explosionsdarstellung der Außenansicht
des Schalters ist in 7 gezeigt.
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Beim
Einsatz wird der Schalter wie folgt verdrahtet. Ein Kabel 46 wird
durch die Mutter 52 und die Dichtung 50 hindurchgeführt. Die äußere Schicht
der Isolierung wird von dem Kabel 46 entfernt, um die vier
isolierten Leiterdrähte 48 freizulegen.
Jeder dieser Drähte 48 wird
dann in eine Öffnung 54 der
Basis 56 eingeführt.
Die Basis 56 wird dann mit den Kontaktelementen 30 ausgerichtet,
welche sich in die Kabelbuchse 26 erstrecken, und die Basis 56 wird
dann in die Kabelbuchse geschoben. Dies führt dazu, dass die Kontaktelemente 30 in
vertikale Öffnungen 58 eintreten,
welche in der Basis 56 vorgesehen sind, und dass die Drähte 48 in
den Schlitz 32 eintreten, welcher in den Kontaktelementen 30 ausgebildet
ist. Die Mutter 52. wird dann an der Kabelbuchse 26 festgezogen,
was die Schaltereinheit abdichtet und die Drähte 48 gegen die Schneidkanten 34 der
Kontaktelemente drückt,
um durch die Isolationsschicht an den Drähten 48 hindurchzuschneiden,
wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Drähten 48 und den Kontaktelementen 30 gebildet
wird. Der Schalter ist dann zusammengebaut und einsatzbereit.
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Aus
den vorangehenden Erläuterungen
wird ersichtlich, dass die vorliegende Schaltung einen Schalter
bereitstellt, welcher einfach und schnell zu verdrahten und zu installieren
ist; keinen Benutzerzugang zu den inneren Komponenten benötigt; und
relativ wenige entfernbare Teile aufweist. Deshalb hat der Schalter
mehrere Vorteile gegenüber
den herkömmlichen
Grenzschalteranordnungen.
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Alternativ
zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann der Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer Vielzahl von Anordnungen ausgeführt sein. Beispielsweise zwei
normalerweise geschlossene Schalter, zwei normalerweise offene Schalter,
ein normalerweise offener und ein normalerweise geschlossener Schalter.
Weitere Beispiele sind ein Unterbrechen eines Schaltkontaktes vor
einem Herstellen eines Schaltkontaktes, das Herstellen eines Schaltkontaktes
vor einem Unterbrechen eines Schaltkontaktes, und dergleichen.