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Rastwerk, insbesondere für elektrische Dreh-und Schiebeschalter Für
mannigfache technische Zwecke benötigt man Stellvorrichtungen, welche ein Organ
in einer definierten Betriebslage durch betriebsmäßig wirkende Kräfte lösbar festzustellen
bzw. festzuhalten gestatten. Ein typisches Beispiel dafür liefert die Elektrotechnik
mit sogenannten Schaltprogrammstellern, die eine Auswahl einer oder mehrerer bestimmter
Verbindungen zwischen einer Vielzahl von elektrischen Anschlüssen eimöglichen sollen.
Bei den gebräuchlichen Rasthaltungen oder Rastwerken, welche diesem Zweck dienen,
wirken eine Rastenschiene oder Rastenleiste mit Einbuchtungen, welche die »Rasten«
bilden und ein längs derselben verschiebbares, komplementär zu den Einbuchtungen
geformtes, gefedert gelagertes Rastglied mit Reibungs- oder Wälzeingriff zusammen.
Es hat sich vor allem im Zusammenhang mit dem Aufbau elektrischer Schaltprogrammsteller
herausgestellt, daß derartige bekannte Rastwerke noch mancherlei Mängel, vor allem
in bezug auf tote Zwischenstellungen, aufweisen. Daraus ergab sich die Forderung,
verbesserte Rastwerke, insbesondere mit einem engeren Unsicherheitsbereich der Rastlagen,
trotzdem aber mit einem leichten Gang, d. h. mit kleiner Reibung, sowie mit geringerem
Verschleiß und mit möglichst geringem Schaltgeräusch zu entwickeln.
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Diese Aufgabe kann in vorteilhafter Weise ein in den Figuren schematisch
dargestelltes Rastwerk erfüllen, welches mit einem wälzbaren Rastglied und mit einer
gezahnten Kastenschiene für dessen Aufnahme in die Raststellungen ausgestattet ist.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das Rastglied, welches im Querschnitt quer
zur Drehachse in bekannter Weise die Form eines regelmäßigen Vieleckes hat, wälzbar
ist, und daß in bekannter Weise die Einkerbungen der Kastenschiene keilförmig sind,
wobei der Winkel, den die Flanken der Einkerbungen miteinander bilden, mit dem Vieleckwinkel
der Rastglieder übereinstimmt.
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Diese Gestaltung eines Rastwerkes bringt einen ansehnlichen Fortschritt
gegenüber dem Stand der Technik, wie folgender Vergleich zeigt: Mit der deutschen
Auslegeschrift 1044 925 waren bereits Rastwerke für Schalter usw. bekanntgeworden,
bei welchen durch Federn in der Raststellung gehaltene wälzbare Rastglieder verwendet
werden. Das der Kastenschiene nach dem Vorschlag der Erfindung entsprechende Organ
hatte auch dabei bereits keilförmige Einkerbungen; die Rastglieder hatten jedoch
Rollenform anstatt die Form eines Prismas mit regelmäßigem Polygonquerschnitt. Durch
letztere Form aber wird die Neigung zum Überrollen der Raststellung wesentlich vermindert
und ein definierteres Sprungverhalten gewährleistet, wie eine eingehendere kinematische,
energiemäßige Betrachtung verdeutlichen kann.
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Die mit dem deutschen Gebrauchsmuster 1839 307 bekannte Ausbildung
eines Federhebelrastgesperres kommt noch weniger an den Vorschlag der Erfindung
heran, weil auch die Einkerbungen des Kastenrades nicht keilförmig sind, so daß
die Raststellung kräftemäßig noch weniger definiert ist als bei der zuvor erwähnten
bekannten Ausbildung eines Rastwerkes.
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In den britischen Patentschriften 566177 und 718 316 waren schließlich
Drehschaltervorrichtungen vorbeschrieben, bei welchen sowohl die Rastglieder Polygon-
bzw. Keilform als auch die Einkerbungen in den dazu konjugierten Organen Keilgestalt
mit entsprechendem Keilwinkel haben. Die Rastglieder sind indessen nicht wälzbar.
Vielmehr schleifen sie bei einer Verdrehung des Schalters an den Flanken der Einkerbungen
der Kastenschiene bzw. des entsprechenden Kastenelementes entlang. Ganz abgesehen
davon, daß das Rastglied nach der vorliegenden Erfindung sowohl längs der Kastenschiene
entlang geführt als auch in sich selbst verdreht wird, während bei den genannten
bekannten Ausführungen jeweils eine der genannten Bewegungskomponenten fehlt, was
der Verstellung eine wesentlich andere kinematische Charakteristik verleiht. Insbesondere
fehlt die Wälzcharakteristik. Kastenschiene und Rastglied schleifen vielmehr bei
einer Verstellung des Schalters nur aneinander vorbei. Bei dem Schalter nach dem
britischen Patent 566177 ist deshalb bei der Verstellung beträchtliche Reibungsarbeit
zu überwinden. Die Bewegung ist hart. Bei dem Schalter nach dem britischen Patent
718 316 kommt hinzu, daß die Anzahl der möglichen Raststellungen
beschränkt
ist, weil diese durch die Zahl der Kanten der prismatischen Schalterwelle bestimmt
ist, die nicht beliebig erhöht werden kann. Für Vielfachschalter, z. B. Schaltprogrammsteller,
ist also ein solcher Schalter gar nicht geeignet. Somit zeichnet sich die erfindungsgemäße
Ausbildung eines Rastwerkes für Schalter usw. durch einige technisch bedeutsame
Vorziige gegenüber vorbekannten Schaltern oder Rastwerken aus.
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Es zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform mit einem wälzbaren Rastglied
5, das als flache quadratische Scheibe ausgebildet ist, F i g. 1 a eine vergrößerte
Darstellung der wesentlichen Teile dieses Rastwerkes, F i g. 2 und 3 Ausführungen
mit Rastgliedern in Form dreieckiger und fünfeckiger Prismen und F i g. 4 eine verbesserte
Form mit drei aufeinanderfolgenden Zustandsphasen der Wälzraste.
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Das beispielsweise dargestellte Rastwerk für einen Schaltpro grammsteller
besteht aus einer Schiene 1, deren Rastenbahn von keilförmigen Einkerbungen 8 c
mit einem Flankenwinkel i3 an der oberen Schienenkante gebildet wird. Dadurch entsteht
eine Zahnreihe mit hintereinanderfolgenden gleichen Zähnen 8 bzw. 8'. Dieser Rastenbahn
entspricht ein Rastglied in Form einer Wälzraste 5 mit quadratischem Querschnitt
in Richtung quer zur Drehachse und einem Vieleckwinkel a> wie F i g. 1 a vergrößert
zeigt, das in seiner Achse zwei Halterungs- oder Führungszapfen 7 besitzt, mit deren
Hilfe es in gewissen Grenzen in den Nuten 4a des Rastgliedträgers 4 senkrecht zur
Rastenbahn dem Rasthub entsprechend, beweglich und drehbar gelagert ist. Der Rastgliedträger
4 bildet gleichzeitig bei der gezeigten Ausführungsform den Träger für die Kontaktbrücke
12, die in jeder Rastlage z. B. die elektrisch leitende Verbindung zwischen jeweils
zwei sich kreuzenden leitenden Schienen 10 und 11 herstellt. Die elektrisch
leitenden Schienen 11., die den Anschlüssen zugeordnet sind, sind längs der Rastenschiene
1 angeordnet, während die anderen Kontaktbahnen 10 von einem Träger 9 gehalten
werden und senkrecht zu den Schienen 11 verlaufen.
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Das erfindungsgemäße Rastwerk vereinigt in sich die Merkmale einer
Reibungs- und einer Wälzrastung und sichert eine genau definierte Kontakt-bzw. Rastlage,
wobei der Totbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rastlagen äußerst schmal
und durch einen labilen Zustand für das Wälzglied gekennzeichnet ist. Der Rastgliedträger
4 wird längs der Schiene 1 zwangsgeführt, z. B. indem er zwei Führungsrollen 13
hat, die in einer Längsnute 3 der Schiene 1 gelagert sind. Zum Verstellen des Trägers
zwischen zwei verschiedenen Rastlagen dient ein Anschlag 4c, der mit einem nicht
gezeichneten Stellorgan zusammenwirkt. Die Wälzreste 5 wird mittels einer am Haltegliedträger
4 befestigten Feder 6 in die Raststellungen eingedrückt, indem diese sich gegen
den Führungszapfen 7 und diesen damit in die Endstellung der Lagerungsnut 4a drückt.
Beim Verstellen aus einer Rastlage gleitet zuerst die Wälzreste ein kurzes Stück
unter Reibung, ohne sich zu drehen, an den Seitenflanken 8 a bzw. 8 b der Zähne
8 gegen die Kraft der Feder 6 hoch, bis die Zahnspitze über die Mitte der Seitenkante
der Walzreste geglitten ist. Dann kippt letztere unter Drehung um die durch die
Zapfen 7 definierte Drehachse um und schnappt durch die Federwirkung zwangläufig
in die nächste Rastlage, so daß nur für die Einleitung des Rastenwechsels etwas
Kraft aufgewandt werden muß, während die nachfolgende definierte Rastlage selbsttätig
gesichert wird.
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Wie F i g. 1 zeigt, kann das Verhältnis zwischen der Seitenlänge der
Wälzraste 5 und der Länge der Zahnflanken 8a, 8 b weitgehend unterschiedliche
Werte annehmen. Günstigste Verhältnisse erhält man jedoch dann, wenn dieses Verhältnis
etwa zwischen 1,1 und 1,2 liegt, weil dann ein nur geringer Gleitweg längs der Zahnflanken
erforderlich ist, bis die Zahnspitze die Mitte der Seite des Vielecks erreicht und
die Wälzraste in die nächste Zahnkerbe 8c umkippt.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung zeichnet sich vor allem wegen des
kleinen Gleitweges durch geringen Reibungswiderstand und durch geringen mechanischen
Verschleiß aus. Der Unsicherheitsbereich ist verschwindend klein, weil die Feder
6 zwangläufig das Umkippen der Wälzraste in die eine oder andere Richtung erzwingt.
Auch das Schaltgeräusch ist gering. Es wird besonders gut gedämpft, wenn vor allem
für die Wälzraste 5 oder auch für die Führungsschiene 1 ein verschleißfester Kunststoff
benutzt wird. Schließlich stellt die Herstellung keine besonderen Probleme und verlangt
einen sehr geringen Aufwand.
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F i g. 2 und 3 veranschaulichen, daß außer einer Wälzraste 5 mit quadratischem
Querschnitt auch eine solche mit regelmäßigem Dreieck- oder Fünfeck-Querschnitt
5' in Betracht kommt. Querschnittsformen mit größerer Eckenzahl sind zwar an sich
ebenfalls möglich, jedoch nähern sich dann diese Formen immer mehr der runden Form,
so daß ihr Unsicherheitsbereich damit wieder größer wird.
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Der Unsicherheitsbereich um die labile Mittelstellung kann weiterhin
stark verringert werden, wenn man den Führungsschlitz 4a oberhalb der Ruhestellung
konisch erweitert. Im ausgehobenen Zustand hat dann die Drehachse bzw. der Zapfen
seitlich einen gewissen Spielraum, und die Wälzreste 5 bekommt ein echtes Sprungverhalten:
Nach Überschreiten des Kulminationspunktes springt sie sofort in die nächste Rast
8c und damit in eine Lage, die eine genügend große Schubkomponente erzeugt, um die
Schiebereibung zu überwinden.
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Auch außerhalb der Elektrotechnik können derartige Rastwerkausbildungen
für viele Zwecke benutzt werden. Mannigfache Abwandlungen sind möglich, insbesondere
was die Form der Kastenschiene 1 anbelangt. Sie braucht nicht nur geradlinig, sondern
kann z. B. auch als Kreisring oder Zylindermantel bzw. Sektorenstücke oder Zonenstücke
ausgebildet sein.