DE1106402B - Elektrischer Endschalter mit Moment-schaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Endschalter, insbesondere für Werkzeugmaschinen, die eine Momentschaltung ausführen. Darunter wird ein Schalter verstanden, der im Augenblick des Öffnens seines Schließkontaktes zwangläufig unabhängig von der weiteren Betätigung des Betätigungsstößels einen Öffnungskontakt schließt, oder umgekehrt.

Derartige Schalter werden insbesondere bei Steuervorrichtungen für Werkzeugmaschinen häufig gebraucht. Es sind für diesen Zweck die sogenannten Schnappschalter bekanntgeworden, die mit zwei beweglichen Kontaktschenkeln ausgerüstet sind, wobei die beiden Schenkel durch eine Feder zusammengezogen werden. Durch die Betätigung des Schaltstößels werden die beiden Hebel über einen Totpunkt hinaus verstellt, worauf die Feder schlagartig die Schenkel in die andere Stellung reißt. Dieser Schnappschalter hat den Nachteil, daß er eine verhältnismäßig große Bauform hat und daß der Springpunkt ungenau ist. Beides aber ist für einen Endschalter, der bei Werkzeug- ao maschinen Verwendung findet, ungünstig, denn gerade bei diesen Steuervorrichtungen kommt es auf eine besonders kleine und gedrängte Bauart des Schalters an, weil meistens sehr wenig Platz vorhanden ist. Außerdem ist die Genauigkeit des Schaltens für eine zuverlässige Arbeitsweise der Maschine ausschlaggebend.

Es sind auch sogenannte Mikroschalter bekannt, bei denen eine lange Blattfeder in irgendeiner Form auf einer Seite fest eingespannt ist und durch Druck auf eine bestimmte Stelle die Umschaltung bewirkt. Die Mikroschalter kommen jedoch für Maschinensteuervorrichtungen deshalb kaum in Frage, weil der Betätigungsweg nur wenige zehntel Millimeter beträgt. Der Schaltweg muß also durch Hebelrollen, Hebel oder ähnliches vergrößert werden, um die Schalter überhaupt an die bei Maschinensteuervorrichtungen üblichen Schaltwege anzupassen. Außerdem ist der Öffnungsweg bei den Mikroschaltern so klein, daß Gleichstromkreise mit höherer Induktion überhaupt nicht oder wenigstens nicht bei größerer Leistung abgeschaltet werden können.

Nachteilig ist ferner bei allen bekannten Sprungschaltern, daß der Kontaktdruck beim Bewegen des Sprunggliedes, also der Federn in Richtung nach dem Sprung, ständig absinkt und kurz vor dem Sprung praktisch gleich Null wird. Der Kontaktdruck ist aber für die Sicherheit eines Steuerkreises von entscheidender Bedeutung. Durch das Absinken des Kontaktdruckes kann die tatsächliche Unterbrechung des Steuerkreises schon vor dem eigentlichen Sprung erfolgen. Dies würde also grobe Toleranzen in der Schaltgenauigkeit zur Folge haben.

Ein weiterer Nachteil besteht noch darin, daß der größte Teil der bekannten Sprungschalter eine der Elektrischer Endschalter mit Momentschaltung

Anmelder:
Kurt Maecker, Düsseldorf, Oststr. 119

Beanspruchte Priorität:
Schaustellung auf der am 26. April 1959 eröffneten

Deutschen Industrie-Messe Hannover 1959
(Technische Messe — Mustermesse) in Hannover

Kurt Maecker, Düsseldorf,
und Dr. Wolfgang Kniel, Stuttgart,
sind als Erfinder genannt worden

Betätigung entgegengesetzte Sprungrichtung haben. Würde z. B. bei einem sogenannten Mikroschalter durch einen Kurzschluß — z. B. beim Überprüfen einer Steuerleitung — die Strom führende Sprungfeder ausgeglüht sein, also ihre Sprungwirkung verloren haben, so würde bei Betätigung des Betätigungsbolzens der Sprungschalter nicht mehr funktionieren, d. h. der Öffner des Schalters würde nicht geöffnet werden. Gerade bei Anlagen, die der Sicherheit dienen (Unfallschutz), ist es aber notwendig, daß die Öffner eines Endschalters zwangläufig durch den Betätigungsbolzen geöffnet werden.

Außerdem haben sowohl die Schnappschalter als auch die Mikroschalter noch den Nachteil, daß sie sich von den üblichen Schaltern sowohl in ihrer Größe also auch in ihrer Form ganz erheblich unterscheiden, so daß sie gegen die üblichen Schalter nicht austauschbar sind. Schließlich ist ihre mechanische Lebensdauer im Vergleich zu der normaler Schaltelemente gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Momentschalter zu schaffen, der möglichst den gleichen Aufbau wie ein normaler Endschalter hat und der zugleich auch die Schaltgenauigkeit aufweist, die von einem normalen Endschalter nach dem heutigen Stand der Technik erwartet werden muß. Ferner soll der Schalter so aufgebaut sein, daß er erst im Augenblick des Springens seinen Kontaktdruck am Öffner verliert und daß die Schaltung des Öffners zwangläufig bei Betätigen des Betätigungsbolzens erfolgt.

Die Erfindung geht von einem Endschalter aus, bei dem zur Momentschaltung ein Dauermagnet und eine diesem zugeordnete Wippe angeordnet ist. Ein der-

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artiger Schalter ist bereits bekanntgeworden. Bei diesem bekannten Schalter dreht sich die Wippe um eine Achse als Drehpunkt, so daß beim Abreißen der Wippe vom Magneten starke Reibungen entstehen und große Schaltkräfte benötigen werden. Dadurch wird eine große Abnutzung verursacht. Außerdem hat der Schalter noch den großen Nachteil, daß die Wippenfläche haargenau auf die Magnetfläche passen muß, damit ein dichtes Anliegen zustande kommt. Die sich gegenüberliegenden Haftflächen müssen also ganz genau bearbeitet sein.

Alle beschriebenen Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.

Die Erfindung besteht darin, daß die Wippe aus einer Platte, die den Anker für den Dauermagneten bildet und die mit einer Kippkante versehen ist und durch die immer ein Magnetfluß zwischen Dauermagnet und Wippe vorhanden ist, und einem Fuß besteht, wobei die Wippe mit ihrer Platte unmittelbar auf dem Magneten ruht, und daß bei Betätigung des Schaltstößels über i\.nschläge auf den Fuß der Wippe gedruckt und dadurch die Wippe gekippt wird.

Die Wippe ist zweckmäßigerweise mit einer Stahleinlage als Haftfläche für den Dauermagneten versehen. Dabei ist gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Unterseite des Dauermagneten oder die gegenüberliegende Stahleinlage der Wippe auf zwei gegenüberliegenden Seiten nach der Mitte zu ansteigend ausgebildet, so daß entweder die Stahleinlage der Wippe oder die gegenüberliegenden Flächen des Dauermagneten dachförmig mit geringer Neigung ausgebildet sind.

Der in der Mitte befindliche First der dachförmigen Stahleinlage bildet die Kippkante der Wippe, während die auf beiden Seiten vom First liegenden geneigten Flächen Haftflächen für die beiden Stellungen der Wippe bilden.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegt der Wippfuß zwischen zwei auf dem Schaltstößel beweglich angebrachten Hülsen, die je einen Bund besitzen, der am Wippenfuß anliegen kann.

Beiderseits von diesen Hülsen sind Federn angeordnet. Die eine dieser Federn wird beim Eindrücken des Stößels zusammengedrückt, so weit, daß durch den Bund der Hülse der Wippenfuß gekippt und dadurch die eine Seite der Stahleinlage vom Dauermagneten abgerissen wird. An der Wippe befinden sich die beweglichen Kontakte. Durch das Abreißen der einen Seite der Stahleinlage vom Dauermagneten wird der auf dieser Seite befindliche bewegliche Kontakt von festen Kontakten abgehoben nud so diese Verbindung geöffnet. Gleichzeitig wird auf der anderen Seite die Stahleinlage an den Dauermagneten angedrückt und so die an dieser Seite befindliche Verbindung geschlossen. Beim Loslassen des Stößels drückt die Rückholfeder, die durch das Eindrücken des Stößels zusammengedrückt worden ist, über einen Anschlag gegen die auf dem Bund der am Wippenfuß befindlichen Hülse liegende Feder. Diese Feder ist so vorgespannt, daß sie die Haftkraft des Magneten nicht zu überwinden vermag. Die Wippe kippt also, wenn die Rückholfeder den vor ihr am Schaltstößel fest angebrachten Anschlag auf den Bund der Hülse gedrückt hat und dadurch der Wippenfuß in die andere Lage gekippt wird. Da die Haftkraft größer ist als der erforderliche Kontaktdruck, haben die Kontakte bis zum Augenblick des Sprunges immer den vollen Kontaktdruck.

In dem Augenblick, wo die Wippe vom Dauermagneten abgehoben wird, bricht an dieser Haftfläche das Magnetfeld zusammen. Da durch die Kippkante der Wippe immer ein Magnetfluß vorhanden ist, wird jetzt die Wippe durch die vorgespannte Feder in die andere Lage gedrückt. Durch das Kippen der Wippe in die andere Lage öffnet sich das eine Kontaktpaar, und sinngemäß schließt sich auf der anderen Seite das Gegenkontaktpaar. Der Schaltstößel hat also eine Vorspannung und auch einen Nachlaufweg.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hat die

ίο Wippe praktisch keinerlei Reibung, da sie unmittelbar auf dem Magneten ruht und nicht um eine Achse geschwenkt werden muß. Bei Anlage des Anschlages gegen den Fuß der Wippe wird die Wippe geneigt, und der Abstand ihrer einen Fläche vom Magneten vergrößert sich, wodurch die andere Fläche an den Dauermagneten gedrückt wird, ohne daß irgendeine Abnutzung oder merkliche Reibung von Teilen dabei stattfindet.

Dadurch, daß die Kippkante der Wippe einen ständigen magnetischen Fluß aufrechterhält, kann eine Entmagnetisierung des Dauermagneten nicht eintreten. Da es bei der Momentschaltung darauf ankommt, daß die Kontakte schlagartig geöffnet bzw. geschlossen werden, ist die bei der Erfindung durch die Wippe ausgeführte Springbewegung sehr viel günstiger für das Funktionieren eines Momentschalters als bei der bekannten, auf einer Drehachse gelagerten Wippe, die eine kreisbogenförmige Bewegung ausführen muß.

Beim Anlegen der Wippe wird sich der magnetische Fluß stets gleichmäßig über die halbe Magnetfläche verteilen. Beim geringsten Anheben wird sich der Fluß auf die Kippkante konzentrieren, so daß in bezug auf die Magnetfläche stets ein magnetischer Nebenfluß vorhanden ist. Dadurch verläuft die Zugkraft bzw. die Drehmomentkurve in Abhängigkeit vom Kippwinkel viel steiler, als dieses bei einem parallelen Anheben der Wippe bzw. des Dauermagneten der Fall sein würde.

Die Vorspannung der Federn, die durch die Betätigung des Stößels bis zu ihrem Anschlag zusammengedrückt werden, und auch die Länge der Hülse, gegen deren Bund die eine Feder gedrückt wird, können gemäß der Erfindung beliebig geändert werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Vorlauf und auch den Nachlauf beliebig zu ändern.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann die Wippe mit Ansätzen versehen sein, die auf Vorsprüngen im Gehäuse ruhen, oder sie kann sich auf Federn abstützen. Durch diese Maßnahme wird die Wippe auch dann in ihrer Lage festgehalten, wenn der Dauermagnet seine Haftkraft teilweise oder ganz verlieren sollte. Die Wippe wird dann durch den Bolzen zwangläufig in beiden Richtungen sinngemäß mitgenommen, und die Kontakte werden durch die Betätigung der Wippe geöffnet bzw. geschlossen. Der Schalter gemäß der Erfindung bleibt also auch dann funktionsfähig, wenn der Dauermagnet seine Haftkraft verliert. Zwar ist der Endschalter dann nicht mehr als Momentschalter zu verwenden, er könnte aber nach wie vor als normaler Endschalter benutzt werden. Das Öffnen und Schließen der Kontakte ist also zwangläufig immer mit der Betätigung des Bolzens verbunden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Wippe für die Momentschaltung noch ein dritter, normaler Endschalterkontakt hinzugefügt werden, der durch den gleichen Schalterstößel wie die Wippe für die Momentschaltung betätigt wird. Eine solche Ausführung kann bei Werkzeugmaschinen-

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Steuerungen sehr wichtig sein, wenn z. B. eine Endabschaltung von elektrisch gesteuerten Längsbewegungen durchzuführen ist. Der normale, dritte Kontakt würde z. B. den Eilgang abschalten. Der Schlitten bewegt sich dann noch im Schleichgang fort, bis der gleiche Nocken den Schaltstößel so tief drückt, daß auch der genaue Momentkontakt zum Ansprechen kommt, der den Schleichgang abschaltet —■ den Schlitten also nun genau stillsetzt — und zugleich einen Signalkontakt einschaltet oder das Rücklaufkommando durch Schließen des Umschaltkontaktes vorbereitet. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann dieser zusätzliche dritte Kontakt auch als Wippe ausgebildet sein, der durch ein auf dem Schaltstößel sitzendes Glied, z. B. einen Ring, betätigt wird, derart, daß dieser Anschlag gegen den Fuß der Wippe drückt. Je nachdem, wie die Wippe mit dem dritten Kontakt angebracht wird, kann sie als Öffner oder als Schließer dienen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Platte der Wippe so breit ausgebildet, daß der obere Kontaktraum gegen den unteren Raum, der die Betätigungsvorrichtung für den Schalter enthält, abgedeckt ist, so daß durch die Form der Wippe eine Verstaubung des Kontaktraumes verringert wird. Der Weg bis zur Betätigung der Wippe für den dritten Kontakt kann durch eine Stellmutter gemäß der Erfindung stufenlos eingestellt werden. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Endschalter mit Momentschaltung; Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1; Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf Fig. 1; Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Dauermagneten. In Fig. 1 ist 1 der Dauermagnet, der im Schaltergehäuse 2 angeordnet ist und dessen untere Fläche eben ausgebildet ist. Die Wippe 4 besteht aus der Platte 4a und dem Fuß 4 fr., der zwischen Hülsen 10 lose eingesteckt ist. In die Platte 4a ist eine Stahleinlage 5 eingebracht, die als Anker und Haltefläche für den Magneten 1 dient. Die Platte 4a und die Stahleinlagen 5 steigen von den Seiten nach der Mitte zu dachförmig an. Die Wippe trägt an beiden Seiten bewegliche Kontakte 11 und 12, denen feste Kontakte 15 und 16 gegenüberliegen. Der Schaltstößel 6 ist in Fig. 1 nach rechts eingedrückt. Beim Loslassen des Schaltstößels 6 wird die Feder 7 über den Federring 8 durch die Rückholfeder 9 zusammengedrückt. Die Vorspannung der Feder 7 ist nicht groß genug, um die Haftkraft des Dauermagneten 1 zu überwinden. Erst beim weiteren Zurückgehen des Schaltstößels 6 bis zur Anlage des Federringes 8 am Schaft der Hülse 10 wird die Wippe gekippt und dadurch auf der einen Seite vom Dauermagneten 1 abgerissen. Durch die dachartig geformte Stahleinlage 5 der Platte 4a besteht aber ein beständiger magnetischer Fluß, da die Kippkante den Dauermagneten 1 ständig berührt. In umgekehrter Richtung drückt die Feder 13 auf den Bund 14, bis der Bund 14 sich an den Schaft der Hülse 10 anlegt und die Wippe in ihre andere Lage drückt. Die Wippe 4 ist mit Ansätzen 17, 18 versehen, die sich auf Vorsprünge im Gehäuse 3 abstützen. Statt dessen oder außerdem können Federn 19 vorgesehen sein, die zur Abstützung der Wippe dienen. Durch diese Stützen wird die Wippe auch dann in ihrer Lage gehalten, wenn die Haftkraft des Magneten 1 ganz oder teilweise nachlassen sollte. P A T E N T Λ N S I> [1 Γ C H E :

1. Elektrischer Endschalter, insbesondere für Werkzeugmaschinen, bei dem zur Momentschaltung ein Dauermagnet und eine diesem zugeordnete Wippe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe aus einer Platte (4 a), die den Anker für den Dauermagneten (1) bildet und die mit einer Kippkante versehen ist und durch die immer ein Magnetfluß zwischen Dauermagnet und W^rippe vorhanden ist, und einem Fuß (4 b) besteht, wobei die Wippe (4) mit ihrer Platte (4a) unmittelbar auf dem Magneten (1) ruht, und daß bei Betätigung des Schaltstößels (6) über Anschläge (8, 10) auf den Fuß (Ab) der Wippe (4) gedrückt und dadurch die Wippe (4) gekippt wird.

2. Endschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (4) mit einer Stahleinlage (5) als Haftfläche für den Dauermagneten versehen ist.

3. Endschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahleinlage (5) der Wippe (4) dachförmig ausgebildet ist, derart, daß der Grat in der Mitte liegt und die beiden geneigten Flächen nach den Seiten hin abfallen, oder daß die Stahleinlage (5) der Wippe (4) eben ausgebildet ist und der Dauermagnet (1) an der der Stahleinlage gegenüberliegenden Seite die dachförmige Ausbildung hat.

4. Endschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wippenfuß (46) zwischen zwei auf dem Schaltstößel (6) beweglich angebrachten Hülsen (10) angeordnet ist, auf die sich jeweils eine Feder (7, 13) abstützt, von denen eine Feder (13) durch das Eindrücken des Stößels und die andere durch eine Rückholfeder (9) auf den Bund (10 a) der beiden Hülsen (10) drückt und dadurch das Kippen der Wippe (4) und das Abreißen der einen Seite der Stahleinlage (5) der Wippe (4) vom Magneten (1) verursacht.

5. Endschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Rückholfeder (9) gegen den Bund (10 a) der Hülse (10) gedrückte Feder (7) so ausgelegt ist, daß ihre Vorspannung kleiner als die Haftkraft des Magneten (1) ist.

6. Endschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine veränderbare Vorspannung der Feder (7) und durch eine veränderbare Länge der Hülse (10) der Vorlauf beliebig geändert werden kann und dementsprechend auch der Nachlauf nach dem Kippen der Wippe (4).

7. Endschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe bewegliche Kontaktstücke (15, 16) trägt.

8. Endschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe mit Ansätzen (17, 18) versehen ist, die sich auf zugehörige Vorsprünge im Gehäuse (3) oder auf Federn (19) abstützen, so daß die Wippe (4) auch in ihrer Lage festgehalten wird, wenn der Dauermagnet (1) seine Haltekraft teilweise oder ganz verliert, wobei durch die Betätigung des Schaltstößels (6) die Wippe (4) zwangläufig in beiden Richtungen mit-

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genommen und dadurch die Kontakte geöffnet bzw. geschlossen werden.

9. Endschalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wippe (4) für den Momentkontakt betätigende Schaltstößel (6) zusätzlich einen weiteren, normalen Kontakt vor oder nach dem Schalten des Momentkontaktes betätigt.

10. Endschalter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche dritte Kontakt ebenfalls als eine durch einen auf dem Schaltstößel

befindlichen Anschlag betätigte Wippe ausgebildet ist, die durch Umsetzen im Gehäuse sowohl als Öffner als auch als Schließer dienen kann.

11. Endschalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (4 σ) der Wippe (4) so breit ausgebildet ist, daß sie den oberen Kontaktraum des Schalters gegen den unteren Raum, der die Betätigungsvorrichtung enthält, abdeckt und dadurch eine Verstaubung des Kontaktraumes verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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