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Schaltvorrichtung, insbesondere für elektrische Schaltgeräte Die Erfindung
betrifft eine Schaltvorrichtung mit mehr als zwei Schaltstellungen, insbesondere
für elektrische Schaltgeräte, die ein über den gesamten Schaltbereich verschwenkbares
Drehteil mit einer darin gelagerten, von Führungsmitteln gesteuerten Kontaktbrücke
aufweist, die mit der Schaltbewegung zunächst zurückgezogen und anschließend sowohl
in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung nach außen bewegt wird und gleitend
auf das nächste Kontaktpaar auftrifft. Dazu ist eine Schaltvorrichtung bekannt,
bei der die Führungsmittel der Kontaktbrücke in kurvenförmigen Nuten zweier seitlicher
Platten laufen. Diese Anordnung hat einen relativ umfangreichen Aufbau und daher
einen entsprechend großen Raumbedarf zur Folge. Ferner sind die mechanisch bewegten
Bauelemente relativ nah an den die elektrische Spannung führenden Kontakten angeordnet.
Auch verbietet sich bei der vorbekannten Schaltvorrichtung die Anordnung mehrerer
Kontaktbrücken auf dem Umfang eines Drehteiles. Funktionell wird bewirkt, daß für
den Übergang von einer Schaltstellung zur nächsten die Schaltwelle um 360° zuzüglich
des Winkelbetrages der Schaltstufe verdreht werden muß. Dies erfordert bei einer
Betätigung von Hand ein wiederholtes Nachfassen und nochmaliges Drehen, bzw. bei
Verstellen durch Motorkraft eine entsprechend lange Stehzeit. Die Kontaktbrücke
wird bei ihrem Abheben nur etwas in Radialrichtung, hauptsächlich aber in Umfangsrichtung
bewegt. Dies hat eine relativ lange Abhebezeit und unter Umständen das Nachziehen
eines Lichtbogens zur Folge.
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Beim Herbeiführen der nächsten Kontaktlage ist bei der vorbekannten
Schaltvorichtung nicht möglich, diese Kontaktlage nach überwinden eines Totpunktes
durch Federwirkung schlagartig herzustellen.
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Bei einem anderen bekannten Schalter erfolgt die Führung der beweglichen
Kontaktteile in der Weise, daß sie mit ihren Kontaktflächen reibend an den festen
Gegenkontakten entlanggleiten. Die Kontakte haben hier also nicht nur die Aufgabe
der elektrischen Kontaktgabe, sondern auch gleichzeitig die der mechanischen Führung.
Dabei ist der relativ starke Abrieb vorhanden, der bei jedem Schaltvorgang zwischen
den beweglichen und den feststehenden Kontaktteilen entsteht. Außerdem werden auch
hier die beweglichen Kontaktteile von den feststehenden Kontaktteilen nicht radial,
sondern tangential weggezogen, wodurch ebenfalls ein entsprechender Abreißlichtbogen
entsteht. Die Geschwindigkeit, mit welcher der bewegliche Kontaktteil auf die nächste
Kontaktstelle auftrifft, wird auch hier nicht durch eine Feder bestimmt, sondern
ist davon abhängig, wie rasch die Bedienungsperson die Schaltwelle dreht.
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Etwa die gleichen Erscheinungen sind bei einer weiteren bekannten
Schaltvorrichtung gegeben, bei der eine bewegliche Kontaktrolle beim übergang aus
der einen in die andere Kontaktstellung an Schrägflächen einer feststehenden Kontaktbahn
gleitet. Zwar ist hier eine Feder vorgesehen, die nach Überwinden des Totpunktes
ein schnelles Einrasten in die nächste Kontaktstellung bewirkt, jedoch sind die
übrigen vorstehend beschriebenen Wirkungen vorhanden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der diese beschriebenen Wirkungen behoben
sind. Vor allem soll es bei einer gedrängten und einfachen Bauweise möglich sein,
auch mehrere Kontakteinheiten auf relativ kleinem Raum unterzubringen. Zugleich
besteht die Forderung nach einer elektrisch und mechanisch einwandfreien Kontakttrennung
und -herstellung sowie einer leichten Bedienbarkeit.
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Demnach wird mit der Erfindung bei einer Schalteinrichtung der eingangs
beschriebenen Art vorgeschlagen, daß sich die Führungsmittel am oder im Drehteil
befinden und die Kontaktbrücke mit diesen Mitteln derart im Eingriff steht, daß
sie bei Beginn einer Schaltbewegung etwa in Radialrichtung zurückgezogen wird und
daß ferner in an sich bekannter Weise Rastmittel vorgesehen sind, die nach überwindung
des Totpunktes ein beschleunigtes, selbsttätiges Auftreffen der Kontaktbrücke auf
das nächste Kontaktpaar bewirken. Die Anordnung der Führungsmittel am oder im Drehteil
erlaubt eine sehr gedrängte, kompakte und dabei einfache Bauweise. Da man hier mit
wenigen, unkomplizierten Bauteilen auskommt, sind die Werkzeugkosten niedrig, so
daß eine derartige Schaltvorrichtung auch in geringen Stückzahlen rationell hergestellt
werden kann. Sie ist außerdem robust und störunanfällig. Da alle mechanisch bewegten
Bauelemente räumlich im Drehteil vereinigt sind, befinden sie sich in genügender
Entfernung
von den elektrische Spannung führenden feststehenden
Kontaktteilen. Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es ferner, mehrere Sätze
von Drehteilen hintereinander auf einer gemeinsamen Schaltwelle vorzusehen. Auch
ist es ohne weiteres möglich, mehrere z. B. drei Kontaktbrücken auf dem Umfang eines
Drehteiles symmetrisch versetzt anzuordnen. Hinzu kommt, daß durch den geringen
Platzbedarf auf einen bestimmten Umfang relativ viel Kontaktstellen untergebracht
werden können.
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Für den Übergang von einer Schaltstellung zur nächsten ist nur eine
Verdrehung um etwa den halben Winkelbetrag dieser Schaltstufe notwendig, da nach
überschreiten des Totpunktes die Kontaktbrücke selbsttätig in die nächste Schaltstellung
gelangt. Eine solche Verdrehung ist mit einem einzigen Handgriff durchführbar. Das
Abheben der Kontaktbrücke von den feststehenden Kontaktteilen erfolgt in Radialrichtung,
so daß so rasch als möglich ein hinreichender Luftspalt gebildet und die Gefahr
des Nachziehens eines Lichtbogens ausgeschaltet, zumindest stark verringert wird.
Durch das beschleunigte selbsttätige Auftreffen der Kontaktbrücke auf das nächste
feststehende Kontaktpaar ist die Endphase jedes Schaltvorganges vom Antrieb der
Vorrichtung unabhängig, bzw. dem Einfluß der Bedienungsperson entzogen. Die zu Beginn
der Dreh- oder Schaltbewegung von der Feder der Rastvorrichtung aufgespeicherte
Kraft kommt nach überschreiten des Totpunktes als sogenannte Sprungbetätigung schlagartig
zur Wirkung, so daß diese Phase des Schaltvorganges mit einer großen Beschleunigung
erfolgt. Die aufzuwendende Betätigungskraft dagegen ist relativ gering, so daß auch
größere Ströme noch von Hand geschaltet werden können. Die Führung bzw. Steuerung
der Kontaktbrücke erfolgt am oder im Drehteil, so daß die Kontaktteile selber davon
nicht belastet sind. Da die Kontaktteile beim Auftreffen der Brücke auf das nächste
Kontaktpaar leicht aneinander gleiten, erfolgt mit Sicherheit eine Selbstreinigung
und Entfernung der sich bildenden Oxydschichten.
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Gemäß einer bevorzugten Anordnung der Erfindung besteht das Drehteil
aus zwei Rotor-Halbteilen, die um einen gewissen Betrag relativ zueinander verschwenkbar
sind und nach überschreiten des jeweiligen Scheitelpunktes (Totpunktes) durch Federkraft
selbsttätig in die nächste Schaltstellung einrasten, wobei die Kontaktbrücke in
einem der Rotor-Halbteile gegen Federwirkung in Radialrichtung verschiebbar geführt
ist und mit einem Vorsprung, einem Stift od. dgl. in eine Führung des Gegenrotor-Halbteiles
eingreift. Dies stellt eine besonders zweckmäßige konstruktive Ausführung des Erfindungsgedankens
dar. Weiter kann eine solche Ausbildung der Führungsmittel vorgesehen sein, daß
die Rückbewegung der Kontaktbrücke nach außen erst nach Durchlaufen des Scheitelpunktes
der Rastanordnung erfolgt.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die beiden Rotorhalbteile
auf einer gemeinsamen Antriebswelle gelagert, wobei das erstgenannte, die Kontaktbrücke
in Radialrichtung führende Halbteil gegenüber der Welle drehbar und das zweitgenannte,
die Führung für den Stift od. dgl. der Kontaktbrücke aufweisende Halbteil fest mit
der Welle verbunden ist.
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Ferner kann die im zweitgenannten Halbteil vorgesehene Führung als
etwa gleichschenkeliges Dreieck ausgebildet sein, das mit einer Spitze zum Umfang
und mit der gegenüberliegenden Seite zum Mittelpunkt des Rotorhalbteiles gerichtet
ist. Weiter ist vorgesehen, daß für die Relativverschwenkung der Rotorhalbteile
darin Aussparungen, Schlitze u. dgl. sowie Buchsen oder Bolzen vorgesehen sind,
wobei jeweils die Buchsen oder Bolzen des einen Teiles in die Aussparungen des anderen
Teiles eingreifen bzw. umgekehrt und daß ferner die Schlitze in Umfangrichtung verlaufen
und so bemessen sind, daß die Buchsen hierin um den Betrag der Schwenkung von einer
Schaltstellung in die andere, d. h. um den Bereich einer Schaltstufe verschiebbar
sind. Hierzu kann in jedem Halbteil mindestens ein Schlitz vorgesehen und ferner
daran mindestens eine Buchse befestigt sein, die in den Schlitz des jeweiligen anderen
Halbteiles eingreift.
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Außerdem können nach Erfindung zur synchronen Betätigung eines entsprechenden
Vielfachen von Kontaktbrücken mehrere Drehteile bzw. mehrere Paare von Rotorhalbteilen
vorgesehen und z. B. durch Kupplungsstangen auf Mitnahme verbunden sein, wobei die
Kupplungsstangen in die Buchsen eingreifen.
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Als Rastmittel können an den Enden der Buchsen Rastkugeln vorgesehen
sein, die in die Buchsen gegen die Wirkung von darin gelagerten Federn einschiebbar
sind und in die Aussparungen von Rastscheiben einrasten können, wobei die Entfernung
von der Mitte einer Aussparung zur Mitte der benachbarten Aussparung einer Schaltstufe
entspricht.
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Für die Durchführung der Relativbewegung können die Rotorhalbteile
Aussparungen, Schlitze od. dgl. und darin eingreifende Buchsen, Bolzen od. dgl.
des anderen Halbteiles aufweisen. Dabei verlaufen die Schlitze in Umfangsrichtung
und sind so bemessen, daß die Buchsen hierin mindestens um den Betrag der Schwenkung
von einer Schaltstellung in die andere, d. h. um eine Schaltstufe verschiebbar sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen sowie der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen.
Es zeigen F i g. 1 bis 3 eine Ansicht auf die Stirnfläche eines der Rotorhalbteile
und die Schaltbrücke gemäß der Linie A B der F i g. 4 in verschiedenen Schaltabschnitten,
F i g. 4 einen Schnitt gemäß der Linie C-D der Fig.1. F i g. 5 einen Schnitt gemäß
der Linie E-F der F i g. 1, F i g. 6 in auseinandergezogener Darstellung die Rotorhalbteile
und die Kontaktbrücke, F i g. 7 und 8 Stirnansichten auf die beiden Rotorhalbteile,
F i g. 9 in der Draufsicht und im Schnitt eine Rast-Scheibe, F i g. 10 ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehreren synchron schaltbaren Kontaktbrücken.
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Die Kontaktteile 1, die sich von Schaltstellung zu Schaltstellung
wiederholen, können ballig oder flach sein und werden durch die Kontaktbrücke 2
miteinander verbunden. Die Bewegung der Kontaktbrücke erfolgt durch Verdrehen der
Welle 3 und eines damit in Verbindung stehenden Drehteiles, wobei diese Verdrehung
von Hand, durch Motorantrieb, durch Magnetantrieb usw. vorgenommen werden kann.
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Der Schaft 12 der Kontaktbrücke ist im Drehteil, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in der Nut 17
des Rotorhalbteiles 5 in Radialrichtung verschiebbar.
Dabei ist eine Feder 15 vorgesehen, die sich über die Scheibe 18 auf den beiden
Rotorhalbteilen 4, 5 abstützt (siehe insbesondere F i g. 4). In dem Rotorhalbteil
4 ist eine Führung 10 vorgesehen, die hier als etwa gleichschenkeliges Dreieck ausgebildet
ist und mit ihrer Spitze 10' zum Umfang, sowie mit der entsprechenden Gegenfläche
zum Mittelpunkt des Rotorhalbteiles gerichtet ist. In diese Führung greift ein Stift
11 des Schaftes 12 ein.
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Die Rotorhalbteile 4, 5 sind um einen gewissen Betrag, und zwar mindestens
den Schwenkbereich einer Schaltstufe relativ zueinander verdrehbar. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist in das Rotorhalbteil 4 eine Buchse 9 eingepreßt, die in
eine Aussparung oder Schlitz 19 des anderen Halbteiles 5 eingreift. Außerdem sind
zwei weitere Buchsen 9' in das Halbteil 5 eingepreßt, die ihrerseits in entsprechende
Schlitze 19' des Halbteiles 4 eingreifen. (Statt dessen könnte auch nur eine einzige
Buchse vorgesehen sein.) Die Schlitze 19,19' verlaufen in Umfangsrichtung und sind
so bemessen, daß die Buchsen darin mindestens um den genannten Schwenkbereich verschiebbar
sind. _ An jedem Ende der Buchsen 9' befinden sich Rastkugeln 7, welche gegen
die Wirkung der Federn 14
in das Innere der Buchse verschoben werden können.
In gleicher Weise sind an der Buchse 9 Rastkugeln 6 und Federn 13 vorgesehen. In
der jeweiligen Schaltstellung rasten die Kugeln 6, 7 in die Aussparungen
20 von Rastscheiben 8 ein, die fest mit dem Gehäuse 21 verbunden sind.
Dabei entspricht die Entfernung von der Mitte der einen Aussparung zur Mitte der
benachbarten Aussparung (Winkel x in F i g. 9) einer Schaltstufe.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Bei einer Verdrehung
der Welle 3 wird das mit ihr fest verbundene Rotorhalbteil 4 mitgenommen und damit
die Kugeln 6 gegen die Wirkung der Federn 13 weiter in das Innere der Buchse 9 gedrückt.
Gleichzeitig gelangt die jeweilige Seitenfläche 10" der Aussparung 10 an
den Stift 11, womit die Kontaktbrücke 2 gegen die Wirkung der Feder 15 radial
in Richtung zur Welle 3 bewegt wird und die Teile die Stellung gemäß F i g. 2 einnehmen,
in der die Buchsen 9, 9' an den jeweiligen Enden der Schlitze 19,19' anliegen. Wird
nun die Welle 3 weitergedreht, so wird dann auch das Rotorhalbteil5 mitgenommen,
wodurch die Kugeln 7 ebenfalls aus den entsprechenden Aussparungen 20 der Rastscheibe
8 herausgedrückt werden und die beiden Federn 14 zusammenpressen. Sobald der Scheitelpunkt
22 zwischen den entsprechenden benachbarten Aussparungen 20 überwunden ist, können
die Kugeln 6, 7 unter Wirkung der dann am stärksten gespannten Federn 13, 14 in
die nächsten Aussparungen 20 einrasten, womit die Halbteile 4, 5 je für sich selbsttätig
in die nächste Schaltstellung gebracht werden. Diese Funktion ist unabhängig davon,
wie die Betätigung der Welle 3 erfolgt. Sie hängt vielmehr allein von Größe und
Anordnung der Federn 13, 14 sowie der Rastmittel ab. F i g. 3 zeigt hierzu ein Zwischenstadium,
in dem das Halbteil 4, dessen Bewegung immer etwas derjenigen des Halbteiles 5 vorauseilt,
bereits in die neue Schaltstellung eingerastet ist. Das Halbteil s befindet sich
dagegen gerade im Scheitelpunkt, d. h. im Übergang von der einen zur anderen Schaltstellung,
so daß nunmehr der Stift 11 entlang der Fläche 10" gleiten kann, die Druckkraft
der Feder 15 frei wird und die Kontaktbrücke - wie mit Pfeilen angedeutet - sowohl
eine Bewegung nach außen als auch in Umfangsrichtung macht, d. h. gleitend auf den
nächsten Kontakt 1' auftrifft. Die Kontaktbrücke wird also zunächst vom Antrieb
3 her zwangläufig gradlinig zur Mitte gezogen und anschließend in Umfangsrichtung
bis zur Erreichung des Scheitelpunktes des Halbteiles 5 (F i g. 3) gedreht, während
die weitere, beschriebene Bewegung der Kontaktbrücke durch die Federkräfte beschleunigt
und selbsttätig erfolgt. Vorteilhafterweise kann diese Schaltung beliebig in beiden
Drehrichtungen, d. h. links oder rechts vorgenommen werden.
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F i g. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
mehreren, hier drei Kontaktbrücken, die von einer gemeinsamen Welle 3' betätigt
werden. Damit diese Schaltung synchron erfolgt, sind die zu den Kontaktbrücken gehörenden
Drehteile bzw. Paare von Rotorhalbteilen durch Kupplungsstangen 16 auf Mitnahme
verbunden, wobei diese Kupplungsstangen in die entsprechenden Buchsen eingreifen.
Die obere der beiden dargestellten Stangen 16 mit der dazugehörigen Buchse usw.
befindet sich in dieser Zeichnung außerhalb der Schnittebene der übrigen Teile,
wie es durch die Begrenzungslinien 23 angedeutet ist. In diesem Fall ist nur eines
der Rotorhalbteile 4' fest mit der Welle 3' verbunden und nimmt über eine der Kupplungsstangen
16 die beiden anderen entsprechenden Rotorhalbteile mit. Die vorgenannten Rotorteile
arbeiten in der beschriebenen Weise mit den anderen Halbteilen 5' zusammen.
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Gleichgültig aus welchem Werkstoff die Kontaktteile bestehen, wird
hier mit Sicherheit erreicht, daß jeder Öffnungsvorgang auch tatsächlich erfolgt.
Insbesondere wird durch die Beschleunigung der Kontaktbrücke nach dem Durchlaufen
des Scheitelpunktes und durch das gleitende Auftreten auf die nächsten Kontaktteile
1' eine hinreichende Selbstreinigung der Kontaktteile bewirkt.
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Wie erwähnt, ist diese Schaltvorrichtung auch für andere Arbeitsgebiete,
wie z. B. für mechanische Steuerungen anwendbar.