DE1187293B - Elektrischer Schnappschalter mit kleinem Schaltweg - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02c

Deutsche Kl.: 21c-30

Nummer: 1187 293

Aktenzeichen: J13210 VIII d/21 c

Anmeldetag: 14. Mai 1957

Auslegetag: 18. Februar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter und betrifft insbesondere elektrische Schalter mit kleinem Schaltweg.

Schalter, deren Bedienungsorgan, nur über eine außerordentlich geringe Entfernung bewegt zu werden braucht, sind für viele Anlagen nützlich und notwendig; sie sind von besonderer Bedeutung bei Steuerfunktionein, wo die Bewegung eines Teiles beim Erreichen einer bestimmten Lage angehalten werden muß oder wo Bedienungsfolgen durch sehr kleine Bewegungen gesteuert werden müssen. Die Wirkungsweise der bekannten Schalter dieser Art ist nicht völlig zufriedenstellend. Viele dieser Schalter benötigen eine zu große Bewegung des Bedienungsorgans oder die Zurücklegung zu großer Schaltwege. Andere Schalter wiederum erfordern einen zu hohen Bedienungsdruck. Weitere Schalter, die vom Standpunkt des kurzen Schaltweges und des kleineren Bedienungsdruckes aus zufriedenstellend arbeiten, sind wegen der Einhaltung sehr kleiner Toleranzen außerordentlich teuer in der Herstellung oder im Betrieb nicht ausreichend haltbar.

Es ist ferner ein Schnappschalter mit kleinem Schaltweg bekanntgeworden, der einen in einem Gehäuse beweglichen Schalterteil mit einer länglichen, flachen Schaltzunge und mindestens einem parallel zu dieser verlaufenden Schenkel umfaßt. Dieser elektrische Schnappschalter mit einer vorzugsweise dreischenkligen Schnappfeder, deren Zug- und Druckschenkel gleiche Länge aufweisen, ist so ausgebildet, daß im entspannten Zustand ebene Schenkel am kontaktseitigen, umschnappbaren Ende miteinander verbunden und am anderen Ende auf einer Montagefläche festgelegt sind. Diese Festlegung erfolgt durch Verankerungsmittel derart, daß der Zugschenkel durch die Einspannung und eine Dauerabwinklung der Druckschenkel in die Ruhelage, z. B. gegen einen Festkontakt, gedrückt wird und durch einen nahe seinem Befestigungsende angreifenden Betätigungsdaruck umschnappbar ist. Bei dem bekannten Schalter sind die Schenkel der Blattfeder bereits vor dem Zusammenbau sinusförmig verformt. Die Herstellung einer solchen Feder vorgegebener Kurvenform bereitet jedoch in der Massenfertigung Schwierigkeiten, besonders hinsichtlich der Einhaltung einer gleichmäßigen Federkraft.

Auch sonst ist der bekannte Schalter aus einer Vielzahl von Teilen und verhältnismäßig kompliziert aufgebaut. Folglich ist der bekannte Schalter nicht nur teurer in der Herstellung, sondern auch zwangläufig störanfälliger im Betrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor-Elektrischer Schnappschalter mit kleinem
Schaltweg

Anmelder:

Illinois Tool Works, Inc., Chicago, JH. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. A. Mentzel und Dipl.-Ing. W. Dahlke,

Patentanwälte,

Refrath bei Köln, Frankenforst 137

Als Erfinder benannt:

John Otto Roeser, Park Ridge, JH. (V. St. A.) - -

genannten Nachteile der bekannten Schalter zu beseitigen. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die gelochten Enden der Federschenkel durch eine Ankerplatte

as mit drei eingeformten Ankerstellen, nämlich einem Mittelloch für den Haltestift und zwei warzenartigen Eindrückungen, festgelegt sind und daß den Druckschenkeln der einstückigen Feder außerdem eine langgestreckte Sinusform durch ortsfeste Vorsprünge nahe der Verankerung der Feder und durch die bereits erwähnte, entgegengesetzt gerichtete Abwinklung aufgezwungen ist.

Dieser Schalter läßt sich in der Massenfertigung ohne erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Herstellung leicht herstellen und besitzt dennoch nach dem Zusammenbau in seiner Wirkung allerhöchste Präzision. Im Gegensatz zu den schon vor dem Zusammenbau geweUten Federn der bekannten Schalter wird hier also eine im wesentlichen ebene Blattfeder, von der geringeren Abwinklung des Schenkels gegeneinander abgesehen, verwendet, die sich leicht in der Massenfertigung mit exakt reproduzierbarer Federhärte herstellen läßt. Die einzige Stelle im Schalter, bei der es bei der Herstellung auf die Einhaltung enger Toleranzen ankommt, ist die Ankerplatte mit den drei eingeformten AnkersteUen. Diese Ankerstellen lassen sich aber ohne Schwierigkeiten beim Ausstanzen der Ankerplatte mit Hufe eines entsprechenden Werkzeuges exakt reproduzierbar anbringen.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die Ankerplatte und die Schnappfeder lediglich durch Vernieten

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des Haitestiftes im Mittellocb der Platte und durch Vertiefungen to der Sdhatteqpmodplatte, die den Eindrückungen der Platte entsprechen, gehalten werden.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Schaltergnindplatte, die in an sich bekannter Weise als Auflagefläche mit Rampe für die freie Beweglichkeit des Zugschenkels ausgebildet ist, die Vorsprünge für die Druckschenkel der Feder beiderseits der Rampenvertietung angeformt sind'.

In der Zeichnung ist ein Schalter gemäß der Erfindung in einem Ausfüihrungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Außenansicht des Schalters,

F i g. 2 einen Otngsschnitt durch den Schalter nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild der Steuerorgan des Schaltmechanismus bei teilweise weggebrochenem Gehäuse,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie4-4 der Fig. 2 und

F i g. 5 eäa auseinaadergezogenes Schaubild des Schaltermechanismus.

Der Schalter 10 besitzt ein im wesentlichen rechteckiges Gehäuse 12, das aus einem Isoliermaterial, wie z. B. Kunststoff, besteht und mit einem Deckel 14 aus dem gleichen Werkstoff versehen ist. Der Deckel wird nach dem Einbau der Schalterteile in das Gehäuse mit diesem verschweißt, und das Gehäuse kann gewünschtenfaJJs vor dem Verschließen luftleer gensacht oder mit einem inerten. Gas gefüllt werden, damit ein Verscfamorai der Schalterkontakte vermieden wird.

Das Gehäuse 12 ist in der Nähe seines einen Endes mit einem zur Befestigung des Schalterblattes dienenden Auflager 16 versehen, das eine längs seiner Mittellinien nach unten geneigte Rampe 18 besitzt. Diese Rampe badet eine Schulter oder Kante zum Biegen einer noch zu beschreibenden Schalterzunge unter einem stumpfen Winkel, wodurch die Ermüdimg der Schalterzuage im Vergleich zu einem rechten Winkel, unter dem bei bekannten Schaltern die SchaJterzunge gebogen wird, stark vermindert ist. Beiderseits der Rampe und nach oben von dem Auflager vocstebeod sind zwei gerundete Schultern 20 angeordnet. Am Ende des Auflagers — gegenüber den Schultern 20 — und in der Nähe seiner Seiten befindein sich zwei Öffnungen 22, die in das Auflager nur ein kurzes Stück hineinreichen, und zwischen den öffnungen 22 steht ein Stift 30 bei 24 von dem Auflager nach oben vor (Fig.5). Der Stift30 bildet einen Teil einer metallischen Schraubverankerung 26, die in den Kunststoffkörper des Schaltergehäuses eingegossen oder auf andere Weise eingelassen, z. B. eingepreßt und mit einer Gewindebohrung 28 versehen ist, die zur Aufnahme einer Klemmschraube dient.

Das Schaltergehäuse besitzt ferner zwischen seinen Enden einen Boden 32, der etwas tiefer liegt als das zur Befestigung des Schalterblattes dienende Auflager 16. Ein zur Aufnahme einer Klemmschraube dienender Metallkörper 34, der mit einer Gewindebohrung 36 verseihen ist, ist unterhalb des Bodens 32 m das Schaltergehäuse eingegossen oder auf andere Weise eingelassen, und weist einen Ansatz 38 auf, der von dem Bedien nach oben vorsteht. Sowohl die Gewindebohrung 36 als auch die vorher erwähnte Gewindebohrung 28 sind von der Außenseite des Schaltergehäuses aus zugänglich.

Das Schaltergehäuse weist ferner oberhalb des Bodens 32 eine Stufe 40 auf, die etwas unterhalb des Auflagers 16 liegt. Oberhalb der Stufe 40 befindet sich am Ende des Schaltergehäuses ein Auflager 42, das wesentlich höher liegt als das Auflager 16. Ein weiterer zur Aufnahme einer Klemmschraube dienender Metallkörper 44, der mit einer Gewindebohirung 46 versehen ist, ist unterhalb des Auflagers 42 in das Schaltergehäuse eingegossen oder auf sonstige Weise ίο eingelassen und besitzt einen Ansatz 48 kleineren Durchmessers, der sich oberhalb des besagten Auflagers erstreckt.

Das Schaltergehäuse weist ferner Querkanäle 50 auf, die vorzugsweise unterhalb der Stufe 40 und

iS unterhalb des Auflagers 16 verlaufen und zur Aufnahme von Schrauben oder Bolzen dienen, mit denen der Schalter in einer gewünschten Lage befestigt wird. Eine flache Kontaktplatte 52 ruht auf der Oberseite des Auflagers 42. Der Ansatz 48 des zum elek-

ao trischen Anschluß dienenden Metallkörpers 44 erstreckt sich durch die Kontaktplatte 52 und ist bei 54 angestaucht, um die Kontaktplatte an Ort und Stelle zu halten. Die Kontaktplatte ist vorzugsweise in der Nahe ihres äußeren freien Endes mit einer öffnung

as 56 versehen, die zur Anbringung eines Kontaktelements 58 auf der Unterseite der Platte dient. Dieses Kontaktelement besteht vorzugsweise aus Silber oder aus einem anderen, ein Verschmoren des Kontaktes vermeidenden Metall.

Ein weiteres feststehendes Kontaktglied 60 umfaßt ein diagonal verlaufendes Zwischenstück 62 und zwei sich an dieses anschließende, sich nach entgegengesetzten Richtungen erstreckende Flanschen 64 und 66. Der Flansch 66 ist mit einer öffnung 68 versehen und ruht auf dem Boden 32 des Schaltergehäuses, wobei sich der Ansatz 38 des Metallkörpers 34 durch die öffnung 68 erstreckt. Das Ende des Ansatzes 38 ist, wie bei 70 dargestellt, angestaucht, um das Kontaktstück 60 mit dem Flansch 66 dicht an dem Boden 32 und mit dem Flansch 64 dicht an der Oberseite der Stufe 40 anliegend und in einem geringen Abstand von dem Kontaktelement 58 zu halten. Der Flansch 64 des Kontaktstückes 60 könnte auf seiner Oberseite mit einem dem Kontaktelement 58 ähnliehen Kontaktelement versehen sein; in der Zeichnung ist jedoch ein solches zusätzliches Kontaktelement nicht dargestellt.

Ein Schalterblatt 72 ist aus einem Blech ausgestanzt, das aus einem gutleitenden Metall hoher Federkraft und hohen Widerstandes gegen Ermüdung

... besteht. Ein Metall, das diesen Anforderungen entspricht, ist beispielsweise Berylliumkupfer. Das Schalterblatt 72 umfaßt ein flaches Endstück 74 mit einer darin befindlichen Öffnung 76 und eine mittlere, sich in der Längsrichtung des Schalters erstreckende Zunge 78, die in der Nähe ihres freien Endes mit einer öffnung 80 versehen ist. Ferner umfaßt das Schalterblatt zwei seitliche Schenkel 82, die die gleiche Länge wie die Zunge 78 haben und in der

Nähe ihrer freien Enden mit öffnungen 84 versehen sind, die mit der öffnung 80 ausgerichtet sind. Die Zunge 78 ist flach und liegt in derselben Ebene wie das Endstück 74, während die seitlichen Schenkel 82 zwar ebenfalls flach sind, aber um etwa 15° gegenüber der Ebene des Endstückes 74 nach unten abgebogen sind. Ein reckteckiges Metallstück 86 dient zum Verankern der Enden der Schenkel 82 und der Zunge 78. Dieses Verankerungsstück besteht aus

einem gutleitenden Metall, wie z. B. Kupfer od. dgl., und ist mit einer öffnung 88 versehen. Ferner besitzt das Verankerungsstück in der Nähe seiner Enden zwei nach unten vorstehende Verankerungswarzen bildende Eindrückungen. Diese Eindrückungen bzw. Warzen liegen gegenüber der öffnung 88 um etwa 0,5 mm versetzt. Wenn daher diese durch die Eindrückungen 90 gebildeten Warzen in die Öffnungen 84 der Schenkel 82 eingelegt werden und der nach oben vorstehende Stift 30 des Metallkörpers 26 durch die Öffnung der Schalterzunge und durch die öffnung 88 des Verankerungsstückes 86 geführt und, wie bei 92 dargestellt, an seinem oberen Ende verstaucht wird, wird die Zunge 78 gespannt gehalten, während die Schenkel 82 zusammengedrückt werden. Die Abbiegung der Schenkel 82 gegenüber dem Endstück 74 nach unten sowie die erhöhten, gerundeten Schultern 20 bewirken, daß die Schenkel 82 eine serpentinenförmige Gestalt annehmen, wie dies aus F i g. 2 und 3 ersichtlich ist. Hierbei wird das Endstück 74 des Schalterblattes angehoben, so daß ein in der öffnung 76 liegendes Kontaktelement 94 aus Silber od. dgl. an dem Kontaktelement 58 anliegend gehalten wird.

Der Deckel 14 des Schaltergehäuses ist in der Nähe seines einen Endes mit einem erhöhten Auge 96 versehen, wobei sich durch dieses und den Deckel eine öffnung 98 erstreckt. Ein Kolben 100 erstreckt sich durch die öffnung 98 bis in das Innere des Schaltergehäuses und ist dort mit einem abgerundeten Isolierkopf 102 versehen. Ein rechteckiger oder quadratischer Block 104 sitzt unmittelbar über dem besagten Kopf auf dem Kolben und begrenzt den Anhub des Kopfes bzw. des Kolbens. Der Kopf 102 liegt an der Zunge 78 zwischen den Schenkeln 82 an, wobei die Zunge 78 den Kolben in der angehobenen Lage hält.

Wenn der Kolben 100 heruntergedrückt wird, drückt der Kopf 102 gegen die Zunge 78 und bewegt diese nach einer Totpunktlage hin. Das Schalterblatt bewegt sich kurzzeitig durch den Totpunkt, und die Zunge schnappt nach unten, wobei das Kontaktelement 94 in Berührung mit dem Flansch 64 des Kontaktstückes 60 gelangt. Bei Freigabe des Kolbens kehrt das Schalterblatt in seine geometrische Ausgangsform zurück, wobei es über die Totpunktlage hinaus nach oben schnappt. Die anfängliche Bewegung des Schalterblattes nach seiner Totpunktlage hin vermindert die Kraft, die anschließend erforderlich ist, um das Schalterblatt über die Totpunktlage hinaus zu bewegen, und zwar so, daß sich die aufgewendete Kraft und die erforderliche Kraft einander nahem. Dies hat zur Folge, da zur Bedienung des Schalters nur eine sehr kleine Kraft bzw. eine sehr kleine Bewegung erforderlich ist. Es hat sich in der Tat gezeigt, daß eine Bewegung des Kolbens um etwa 0,0125 mm zur Bedienung des Schalters ausreicht. Die Kontaktspalte kann eine Größe von 0,25 bis 1,75 mm und mehr besitzen. Die zur Bedienung des Schalters benötigte Kraft beträgt etwa 30 g.

Durch Änderung der relativen Lagen des unteren Kontaktes, nämlich des Flansches 64, des gemeinsamen Befestigungspunktes für die Feder, nämlich des Auflagers 16 und des durch die Schultern 20 gebildeten Widerlagers kann der Schalter entweder als Tastschalter oder als Schalter mit Dauerkontakt ausgebildet werden. Im letzteren Falle bleibt der bewegliche Kontakt an der unten feststehenden Klemme anliegend, nachdem er umgeschnappt ist, bis er durch irgendeine andere Kraft in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Dies ist vorteilhaft für die Herstellung von Überdruck- oder Endlagen-Sicherheitsschaltern.

Die Schultern 20 tragen dazu bei, daß die seitlichen Schenkel des Schalterblattes ihre serpentinenförmige Gestalt einnehmen; sie wirken gewissermaßen als Stützpunkt eines Hebels, Die Schenkel schwenken jedoch tatsächlich auf sich selbst infolge der Serpentinenform, und es gibt daher praktisch bei diesem Verschwenken keine Reibung zwischen den Schenkeln und den Schultern.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schnappschalter mit einer gleich lange Zug- und Druckschenkel besitzenden, vorzugsweise dreischenkligen Schnappfeder, deren im entspannten Zustand ebene Schenkel am kontaktseitigen, umschnappbaren Ende miteinander verbunden und am anderen Ende auf einer Montagefläche durch Verankerungsmittel so festgelegt sind, daß der Zugschenkel durch die Einspannung und eine Dauerabwinklung der Druckschenkel in die Ruhelage, z. B. gegen einen Festkontakt, gedrückt wird und durch einen nahe seinem Befestigungsende angreifenden Betätigungsdruck umschnappbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gelochten Enden der Federschenkel (78, 82) durch eine Ankerplatte (86) mit drei einformten Ankerstellen, nämlich einem Mittelloch (88) für den Haltestift (30) und¹ zwei warzenartigen Eindrückungen (90), festgelegt sind und daß den Druckschenkeln (82) der einstückigen Feder (72) außerdem eine langgestreckte Sinusfoon durch ortsfeste Vorsprünge (20) nahe: der Verankerung der Feder und durch die bereits erwähnte, entgegengesetzt gerichtete Abwinklung (74, 82) aufgezwungen ist.

2. Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (86) und die Schnappfeder (72) lediglich durch Vernieten des Haltestiftes (30) im Mittelloch (88) der Platte und durch Vertiefungen (22) in der Schaltergrundplatte, die den Eindrückungen (90) der Platte entsprechen, gehalten werden.

3. Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltergrundplatte (12), die in an sich bekannter Weise als Auflagerfläche (16) mit Rampe (18) für die freie Beweglichkeit des Zugschenkels ausgebildet ist, die Vorsprünge (20) für die Druckschenkel der Feder beiderseits der Rampenvertiefung angeformt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 912 597; britische Patentschrift Nr. 640 097; USA.-Patentschrift Nr. 1 960020.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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