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Elektrischer Schnappschalter Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Schnappschalter mit einem Stößel und einer am Stößel anliegenden, in Richtung der
Ruhestellung drängenden Betätigungsfeder sowie einer Schnappfeder, die zwischen
der Betätigungsfeder und einem um einen ortsfesten Punkt schwenkbaren Kontaktarm
angeordnet ist. Derartige Schalter haben sich vielfach bewährt und werden auch für
Relaisbetätigung eingesetzt. Als Stößel kann hierbei z. B. ein Teil eines magnetisch
betätigbaren Kipphebels dienen.
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Eine wichtige Größe ist bei Relais das sogenannte »Anzug-Abfall-Verhältnis«.
Man versteht darunter das Verhältnis derjenigen Magnetkraft (ausgedrückt in Amperewindungen,
Strom oder Spannung), die für das Ansprechen des Relais erforderlich ist, zu der
Magnetkraft, bei der das Relais wieder abfällt.
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Bei üblichen Relais, die mit einfachen Blattfederkontaktsätzen ausgerüstet
sind, kann, wenn erwünscht, das Anzug-Abfall-Verhältnis nur wenig größer als Eins
eingestellt werden. Dies beruht darauf, daß die Kurve, die den Verlauf der der Magnetkraft
entgegenwirkenden Federkraft in Abhängigkeit vom Weg (d. h. von der Auslenkung des
beweglichen Kontaktes) angibt, einen ähnlichen Verlauf wie die Magnetkraft erhält,
so daß sich auch die im Einschaltzustand vorhandenen Endwerte der Magnetkraft und
der Federgegenkraft nur wenig voneinander unterscheiden. Grundsätzlich anders liegen
dagegen die Verhältnisse bei Relais, die mit einem Schnappschaltkontaktsatz ausgerüstet
sind. Derartige Schnappschalter besitzen die Eigenart, daß die von der Betätigungsfeder
und dem Schnappglied ausgeübte, dem Antriebsorgan entgegenwirkende Federkraft nach
Durchschreiten der Totpunktlage des Schnappgliedes sprungartig auf einen verhältnismäßig
niedrigen Wert absinkt. Bei Schnappschaltern besitzt daher die dem Relais entgegenwirkende
Federkraft einen grundsätzlich anderen wegabhängigen Verlauf als die vom Relais
ausgeübte Magnetkraft. Die Folge davon ist, daß sich die im Einschaltzustand vorhandenen
Werte der Magnetkraft und der Federgegenkraft stark voneinander unterscheiden, was
gleichbedeutend mit einem außerordentlich hohen Wert des Anzug-Abfall-Verhältnisses
des Relais ist.
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Für viele Anwendungsfälle ist es nun jedoch äußerst erwünscht, dem
Anzug-Abfall-Verhältnis eines Relais einen genau bestimmten Wert zu geben, insbesondere
einen Wert, der nur wenig größer als Eins ist. Vielfach besteht darüber hinaus das
Bedürfnis, das Anzug-Abfall-Verhältnis im Betrieb verändern zu können. Es sind bereits
mit Schnappschaltern ausgerüstete Relaisanordnungen bekannt, bei denen dann, wenn
das Schnappglied seine Totpunktlage erreicht hat, eine außerhalb des Schnappschalters
angeordnete zusätzliche Feder zur Wirkung kommt, die hierdurch den unerwünschten
starken Abfall der gesamten Federgegenkraft vermindert. Der wesentliche Nachteil
dieser bekannten Lösung ist darin zu sehen, daß ein zusätzliches Federelement sowie
besondere Hilfsmittel zur Justierung dieser Feder erforderlich sind. Außerdem ist
es bei Schnappschaltern bekannt, einen einstellbaren Anschlag auf das federnde,
überstehende Ende eines Kontaktarmes für Kipplagerung so einwirken zu lassen, daß
die Rückstellkraft in der Ein-Stellung beliebig einstellbar ist. Dabei ist jedoch
als nachteilig zu werten, daß der Kontaktarm selbst durch das Stellglied auf Biegung
beansprucht wird, und zwar zwischen seinem beweglichen Kipplager und dem relativ
kurzen, überstehenden Ende, wodurch die empfindliche Kipplagerstelle beansprucht
und eine feinfühlige Einstellung der Rückstellkraft erschwert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen bekannten robusten
Schnappschalter der zuerst beschriebenen Art mit ortsfestem Schwenkpunkt des Kontaktarmes
dem Anzug-Abfall-Verhältnis eines Relais auf einfache Weise so anzupassen, daß er
sich auch während des Betriebes mit großer Genauigkeit und ohne zusätzliche Beanspruchung
des Kontaktträgers auf einen gewünschten Wert der Rückstellkraft einstellen läßt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein einstellbares
Auflager für die Betätigungsfeder vorgesehen ist, das nahe der Totpunktlage der
Schnappfeder eine Verkürzung der freien Federlänge der Betätigungsfeder herbeiführt.
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Durch die Verkürzung der freien Federlänge der Betätigungsfeder unmittelbar
nach Überschreitung
der Totpunktlage wird beim erfindungsgemäßen
Schnappschalter der unerwünschte starke Abfall der Federgegenkraft verhindert. Die
Verringerung der vom Schnappglied ausgeübten Federgegenkraft wird gleichsam durch
eine Versteifung der Betätigungsfeder kompensiert.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung eines einstellbaren Auflagers
hat den wesentlichen Vorteil, daß sich das Aiizüg-Abfall-Verhältnis eines mit dem
erfindungsgemäßen Schnappschalter ausgerüsteten Relais unter Schönling des Kontaktmechanismus
auf einfache Weise-feinfühlig verändern und auf einen gewünschten Wert einstellen
läßt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Auflager
in der senkrecht zur Längsachse der Betätigungsfeder liegenden Richtung einstellbar.
Wird das Auflager in dieser Richtung verstellt, so verändert sich hierdurch der
Zeitpunkt während des Betätigungsvorganges, zu dem sich die Betätigungsfeder bei
ihrer Schaltbewegung am Auflager abstützt. Damit verändert sich auch diejenige Wegstrecke
des Betätigungsweges der Betätigungsfeder, längs deren die Verkürzung der freien
Federlänge und damit die Verstärkung der Federkraft wirksam wird.
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Bei einer abweichenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
das Auflager in der parallel zur Längsachse der Betätigungsfeder liegenden Richtung
einstellbar. Durch Verstellung des Auflagers in dieser Richtung wird die freie Federlänge
der Betätigungsfeder mehr oder weniger verkürzt, so daß sich auf diese Weise die
»Versteifung« der Betätigungsfeder auf den erwünschten Wert bringen läßt.
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Es sei hervorgehoben, daß die beiden vorstehend erwähnten Einstellmöglichkeiten
auch in der Weise kombiniert werden können, daß das Auflager sowohl parallel als
auch senkrecht zur Längsachse der Betätigungsfeder einstellbar ist.
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Diese Einstellbarkeit in den beiden Richtungen kann entweder unabhängig
voneinander erfolgen oder in irgendeiner Weise zwangläufig gekoppelt sein.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung erwiesen, wenn das einstellbare Auflager als Exzenter ausgebildet
ist. Durch einfaches Drehen dieses Exzenters erreicht man eine Veränderung des wirksamen
Auflagerstützpunktes sowohl in der senkrecht wie in der parallel zur Längsachse
der Betätigungsfeder liegenden Richtung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Exzenter
in Durchbrüchen der beiden Seitenwände des Schaltergehäuses gelagert und von beiden
Seiten frei zugänglich. Eine derartige Lösung zeichnet sich fertigungstechnisch
durch eine besondere Einfachheit und in betrieblicher Hinsicht durch eine gute Zugänglichkeit
des einstellbaren Auflagers aus.
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Zweckmäßig ist der Exzenter durch Reibschluß mit den beiden Seitenwänden
des Schaltergehäuses gegen Verdrehung gesichert, so daß durch Erschütterungen, wie
sie im Betrieb gelegentlich auftreten, keine ungewollte Verstellung des Auflagers
erfolgt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwei einstellbare
Auflager vorgesehen, an denen sich die Betätigungsfeder nacheinander abstützt. Durch
eine derartige Lösung ist es möglich, der Federgegenkraft jeden gewünschten wegabhängigen
Verlauf zu geben. In Einzelfällen kann es ferner vorteilhaft sein, wenn zwischen
dem Auflager und der Betätigungsfeder eine weitere Stützfeder vorgesehen ist. Hierdurch
ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung der resultierenden Federgegenkraft.
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Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles hervor;
es zeigt Fig. 1 ein bekanntes Relais mit einfachen Blattfederkontakten, Fig.2 eine
schematische Darstellung des Kraftverlaufes in Abhängigkeit vom Weg für die bekannte
Ausführung gemäß Fig. 1., Fig. 3 ein weiteres bekanntes Relais mit einem Schnappschalter,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Kraftverlaufes bei der Ausführung gemäß
Fig. 3, Fig. 5 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schnappschalters mit Exzenter
(ohne Deckplatten), Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 5; Fig.7
eine Darstellung des Kraftverlaufes beim Schalter gemäß den Fig. 5 und 6.
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Das in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Relais besteht aus einem
Magnetkern 1, einer Spule 2, einem Joch 3, einem Anker 4, zwei mit Kontakten bestückten
Blattfedern 5, 6 sowie einem Betätigungsstößel 7.
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Der beim Ansprechen des Relais von der Feder 5 zurückgelegte Winkelweg
ist mit a bezeichnet, die auf den Anker 4 ausgeübte Magnetkraft mit P1, die von
der Feder 5 (und im weiteren Verlauf des Einschaltvorganges auch von der Feder 6)
ausgeübte Gegenkraft mit P2.
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Fig. 2 gibt den Verlauf der Kräfte P1 und P2 in Abhängigkeit vom Weg
a schematisch wieder. Die Magnetkraft P1 steigt in bekannter Weise an, je mehr sich
der Anker 4 dem Kern 1 nähert; ebenso wächst die Kraft P2, je weiter die Feder 5
aus ihrer Ruhelage ausgelenkt wird. Nach der Berührung der beiden Kontakte trägt
auch die Feder 6 zur Erzeugung der Gegenkraft P., mit bei, bis schließlich beim
Werte a = a, der endgültige Einschaltzustand erreicht ist.
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In diesem Einschaltzustand besitzt die Magnetkraft den Wert P1 e und
die Federgegenkraft den Wert P". Da P1 e ein Maß für die zur Erreichung des Einschaltzustandes
erforderliche Magnetkraft und P., ein Maß für diejenige Magnetkraft ist, bei der
das Relais wieder abfällt, ergibt sich aus den Werten P1 e und P2, unmittelbar das
Anzug-Abfall-Verhältnis des Relais. Wie sich aus Fig. 2 ohne weiteres entnehmen
l'äßt, besteht bei einem mit Blattfederkontakten ausgerüsteten Relais, wie es in
Fig. 1 veranschaulicht ist, angesichts des weitgehend ähnlichen Verlaufs der Kurven
P1 und P2 keine Schwierigkeit, das Verhältnis P1 e/P2 e niedrig zu halten (praktisch
beträgt es meist 1,1 bis 1,2).
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In Fig. 3 ist als weitere bekannte Ausführung ein Relais veranschaulicht,
das mit einem Schnappschaltkontaktsatz ausgerüstet ist. Außer dem Magnetkern 1,
der Spule 2, dem Joch 3 und dem Anker 4 enthält dieses Relais einen Betätigungsstößel
? aus Isolierstoff, ferner eine Betätigungsfeder 8, ein bügelförmiges Schnappglied
9, eine den beweglichen Kontakt 10 a tragende Blattfeder 10 sowie zwei Blattfedern
11, 12, die die festen Kontakte 11a, 12a tragen.
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Fig. 4 gibt den Verlauf der Kräfte P1 und P2 in Abhängigkeit vom Weg
a der Betätigungsfeder 8 wieder.
Die magnetische Antriebskraft P1
besitzt den gleichen Verlauf wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und
2; einen anderen Verlauf weist dagegen die der Kraft P, entgegenwirkende, von der
Betätigungsfeder 8 sowie der Bügelfeder 9 und den Blattfedern 10, 12 ausgeübte
Gegenkraft P2 auf.
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Wird die Betätigungsfeder 8 aus der in Fig. 3 veranschaulichten Lage
beim Anziehen des Magnetankers 4 nach oben gedrückt, so steigt zunächst die Federgegenkraft
P, an, da hierbei das Schnappglied 9 gespannt wird. Beim Wert a =af ist die Totpunktlage
erreicht, nach deren Überschreitung sich das Schnappglied 9 entspannt und die Umschaltung
des beweglichen Kontaktes 10 a durchführt. Die Federgegenkraft P2 sinkt infolgedessen
stark ab und steigt erst bei der weiteren Bewegung wieder an. Im endgültigen Einschaltzustand
besitzt die Federgegenkraft den Wert P2 e, der wesentlich kleiner als die vorhandene
Magnetkraft P" ist. Das Anzug-Abfall-Verhältnis des Relais ist daher außerordentlich
groß.
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In den Fig. 5 und 6 ist ein erfmdungsgemäßer Mikroschnappschalter
näher veranschaulicht.
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Er besteht im wesentlichen aus einem Isolierstoffrahmen 13, einer
Betätigungsfeder 14, einem als Exzenter ausgebildeten Auflager 15, einem
Antriebsstößel 16 (auf den ein nicht veranschaulichter Relaisanker wirkt), einem
bügelförmigen Schnappglied 17, einer den beweglichen Kontakt 18 a tragenden Blattfeder
18 sowie den feststehenden Kontakten 19, 20.
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Der Isolierstoffrahmen 13 wird auf seinen beiden Flachseiten durch
Deckplatten 13 a, 13 b abgeschlossen, in denen Durchbrüche 21 a, 21
b zur Aufnahme von Lageransätzen 15 a, 15 b des
Exzenters 15 vorgesehen sind.
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Die Betätigungsfeder 14 ist mit gespreizten Enden 14 a,14b versehen,
die in die gekerbten Seitenwände einer Ausnehmung 22 des Isolierstoffrahmens 13
eingreifen.
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Der drehbare Exzenter 15 dient als ein einstellbares Auflager für
die Betätigungsfeder 14, an dem sich diese Feder dann abstützt, wenn das
Schnappglied 17 auf Grund einer Bewegung des Antriebsstößels 16 in Richtung des
Pfeiles A seine Totpunktlage überschritten hat. Bei diesem Abstützen erfolgt eine
Verkürzung der freien Federlänge der Betätigungsfeder 14 und damit eine Veränderung
der Federcharakteristik im Sinne einer »Versteifung« der Feder.
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Dadurch wird erreicht, daß dieFedergegenkraft P., die der vom Magnetsystem
des Relais ausgeübten Antriebskraft entgegenwirkt, nach überschreiten der Totpunktlage
des Schnappgliedes nicht in dem starken Maße abfällt, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht
ist. Durch die Verkürzung der freien Federlänge tritt vielmehr eine Kompensation
ein, die zu einem Verlauf der Federgegenkraft P2 führt, wie er etwa in Fig. 7 veranschaulicht
ist.
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Durch Drehen des Exzenters 15, dessen beide Ansätze 15a, 15b
zu diesem Zweck mit Schlitzen versehen sind, läßt sich der Punkt, an dem sich die
Betätigungsfeder 14 am Exzenter abstützt, in seiner Lage einstellen. In Fig.5 sind
zur Verdeutlichung zwei unterschiedliche Stellungen 15' und 15" des Exzenters 15
angedeutet. Es ist hieraus zu entnehmen, daß das Auflager durch Drehen des Exzenters
sowohl in der senkrecht als auch in der parallel zur Längsachse der Betätigungsfeder
14 liegenden Richtung eingestellt wird.
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Auf diese Weise ist es möglich, der Kurve P2 (vgl. Fig.7) einen gewünschten
Verlauf zu geben, damit das Anzug -Abfall -Verhältnis des Relais, wie es etwa durch
die Werte P1 ,/P2 ,, bestimmt wird, den gewünschten Wert erhält.
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Wie sich aus den Fig. 5 und 6 ohne weiteres entnehmen läßt, kann die
Einstellung des Auflagers und damit die Einstellung des gewünschten Anzug-Abfall-Verhältnisses
des Relais im fertigmontierten Zustand an Ort und Stelle erfolgen, da die beiden
Ansätze 15 a, 15 b des Exzenters 15 von beiden Seiten frei zugänglich sind.
Ebenso ist es auch ohne weiteres möglich, den Exzenter 15 im Betrieb zu verstellen,
wenn ein anderes Anzug -Abfall -Verhältnis gewünscht wird.