DE1665312B2

DE1665312B2 - Druckabhängiger, mehrpoliger elektrischer Schnappschalter

Info

Publication number: DE1665312B2
Application number: DE1665312A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Patinvest Patent und Investment AG
Current assignee: Patinvest Patent und Investment AG
Priority date: 1966-02-08
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1975-11-06
Also published as: AU4421368A; US3436502A; AU420643B2; CH450522A; GB1169431A; DE1665312A1; SE328930B

Description

Die Erfindung betrifft einen druckabhängigen, insbesondere für Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen od. dgl. geeigneten mehrpoligen elektrischen Schnappschalter, der für jeden Pol eine zwischen ein zugeordnetes Kontaktpaar hineinragende schwenkbare Kontaktfeder aufweist, die von einem von außen her beeinflußbaren Organ über einen sowohl unter der Wirkung einer Schnappfeder als auch unter der Wirkung einer Justagefeder stehenden Schalthebel to steuerbar ist.

Bei einem Schalter dieser Art ist die Lage der Schalt- und Rückschaltpunkte jeweils durch die Kraft der auf den Schalthebel einwirkenden Justagefeder bestimmt, die diesen Schalthebel gegenüber dem von außen her f>5 auf diesen Hebel einwirkenden Organ, beispielsweise einer durch Wasserdruck oder auch Luftdruck beaufschlaeten Membran abstützt. Der Abstand der Schalt- und Rückschaltpunkte voneinander dagegen ist einerseits von dem Abstand zwischen den Kontakten und andererseits von der Federkonstanten der Justagefeder abhängig. Der kleinste Kontaktabstand selbst ist hierbei wieder durch die zulässige Überschlagspannung bestimmt, der maximale Kontaktabstand dagegen durch die geometrischen Gegebenheiten der Schalterkonstruktion bzw. des Schaitergehäuses. Diese Abmessungen des Schaitergehäuses jedoch beschränken auch die Abmessungen der Justagefeder, was sich wieder auf deren Federkonstante und Einstellbarkeit auswirkt. Soll also ein Schalten erst bei einem verhältnismäßig hohen Kraftaufwand des auf den Schalthebel wirkenden Organs (bei einem Membranschalter also ein verhältnismäßig hoher Flüssigkeitsdruck oder auch Luftdruck) erfolgen, so ist eine Justagefeder mit großer Federkonslanten notwendig, die einerseits die notwendige Federkraft erzeugt und andererseits eine ausreichend große Stützkraft bewirkt. Dieses hat jedoch wieder zur Folge, daß auch der Mindestabstand zwischen dem Schalt- und Rückschaltpunkt entsprechend größer wird. Diesen Gegebenheiten hat man sich bisher in der Weise angepaßt, daß bei unterschiedlichen Schaltkräften (beim Membranschalter unterschiedliche Druckhöhen) in die Schalter verschieden starke, den gewünschten Werten entsprechende Justagefedern eingebaut wurden. Hierbei konnte jedoch der Nachteil, daß der Minimalabstand zwischen dem Schaltpunkt und Rückschaltpunkt mit zunehmender Schaltkraft infolge der ..^twendigen größeren Federkonstanten auch immer größer wird, nicht beseitigt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Federsystem eines solchen Schalters derart auszubilden, daß der Mindestabstand zwischen Schalt- und Rückschaltpunkt möglichst klein gehalten und der maximale Abstand zwischen Schalt- und Rückschaltpunkt immer noch ausreichend groß gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schalthebel zusätzlich unter der Wirkung einer sich an einem festen oder auch verstellbaren Punkt abstützenden Kompensationsfeder steht, die der Justagefeder entgegenwirkt und dem Schalthebel ein Drehmoment erteilt, das dem durch die Justagefeder bewirkten Drehmoment entgegengerichtet ist. Durch die Anordnung dieser Kompensationsfeder wird also dem duxch die Justagefeder verursachten, auf den Schalthebel einwirkenden Drehmoment ein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment überlagert. Dieses zusätzliche Drehmoment nimmt infolge der Schwenkbewegung des Schalthebels zunächst zu, um anschließend nach Zurücklegen eines bestimmten Weges wieder abzunehmen. Die Zunahme des Drehmomentes ist dabei auf die Vergrößerung des auf die Drehachse des Schalthebels bezogenen Hebelarmes zurückzuführen, die Abnahme des Drehmomentes dagegen ist durch die Entspannung der Kompensationsfeder bedingt. Die Überlagerung der beiden einander entgegengerichteten, einerseits von der Justagefeder und andererseits von der Kompensationsfeder verursachten Drehmomente hat nun zur Folge, daß die resultierende Momentenlinie in Abhängigkeit von dem Schalthebelweg zunächst steil ansteigt, um anschließend nach Erreichen etwa des mittleren Bereiches zwischen dem minimalen Schaltpunki und maximalen Schaltpunkt flacher zu verlaufen. Dieses bedeutet aber, daß im Bereich des Rückschaltpunktes sowie des minimalen Schaltpunktes nur ein geringes Gesamtmoment notwendig ist, um eine Bewegung des Schalthebels zu

erreichen. Im Bereich des maximalen Schaltpunkies dagegen ist bereits ein größeres Drehmoment notwendig, um dem Schalthebel die gleiche Bewegung zu erteilen. Dieser Vorgang, der bisher durch die Verwendung unterschiedlicher Justagefedern erreicht wurde, läßt sich somit mit ein und demselben Federsystern erreichen, wobei lediglich die Vorspannung "der Justagefeder zu ändern ist, wenn die Schaltvorgänge bei unterschiedlichen Schaitpunkten durchgeführt werden sollen. Wichtig ist hierbei jedoch, daß nach wie vor unabhängig von der Vorspannung der (ustagefeder ein geringer Absland zwischen dem minimalen Schaltpunkt und dem Rückschaltpunkt und weiterhin auch ein breiter Bereich zwischen dem minimalen Schaltpunkt und dem maximalen Schaltpunkt möglich ist.

Als Kompensationsfeder ist zweckdienlich eine Omega-Feder, eine Schraubenfeder oder auch eine Blattfeder vorgesehen. Eine weitere Möglichkeit, die Momentenkennlinie zu beeinflussen, besteht auch darin, der Kompensationsfeder eine lineare, eine progressive, vorteilhaft aber eine degressive Charakteristik zu geben.

Der Schnappschalter sowie dessen Wirkungsweise werden in der nachfolgenden Beschreibung an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten, beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Schnitt eines einpoligen Schalters,

F i g. 2 den Schnitt eines mehrpoligen Schalters,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der an dem Schalthebel angreifenden Momente und

Fig.4 eine Darstellung der Momentenkennlinie in Abhängigkeit des Schalthebelweges.

Der in der Fig. 1 dargestellte Schalter ist mit einer mit 1 bezeichneten Membran ausgestattet, die auf den Druck einer durch einen Stutzen 2 in das Schalterinnere eindringenden Flüssigkeit oder eines Gases anspricht und über ihren am Membranteller 3 angeordneten Stößel 4 in bekannter Weise auf einen einseitig eingespannten Schalthebel 5 einwirkt. Dieser Schalthebei 5 stützt sich dabei wieder an einer )ustagefeder 6 ab. die mit ihrem anderen Ende in einer höhenverstellbar im Schaltergehäuse 7 eingeschraubten Kappe 8 gelagert ist.

Dem Schalthebel 5 ist wieder in bekannter Weise eine ebenfalls einseitig eingespannte, mit 9 bezeichnete Kontaktfeder zugeordnet, deren den Kontakt 10 tragendes freies Ende zwischen die beiden feststehenden, teilweise höhenverstellbaren Schalterkontakte 11 und 12! hineinragt. Diese Kontaktfeder 9 stützt sich dabei wieder mittels einer als Tonnenfeder ausgebildeten Schnappfeder 13 an dem freien Ende 14 des Schalthebels 5 ab, um, sobald der Schalthebel 5 bei seiner Schwenkbewegung die Eibene der Kontaktfeder 9 passiert, umzuschnappen und der Kontaktfeder 9 eine entgegengesetzt gerichtete Schwenkbewegung zu erteilen, waiS wieder ein Umschalten des Schalters zur Folge hat.

An dem freien Ende 14 des Schalthebels 5 ist ferner ein abgekröpfter Hebelfortsatz 15 angeordnet, der als Ίο Widerlager für eine mit 16 bezeichnete, als Kompensationsfeder vorgesehene Omegii-Feder dient, die sich mit ihrem anderen Ende an einem feststehenden oder aber auch höhenverstellbaren Gegenlager 17 abnützt.

Schließlich ist bei dieser in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform an der oberen Gehäuseinnenseite noch ein mit 18 bezeichneter Anschlag angeordnet, der den Hub des Schalthebels 5 nach oben begrenzt. Nach unten dagegen ist der Hub des Schalthebels 5 durch den im Boden des Schaltergehäuse* angeordneten, den Stutzen 2 umgebenden ringförmigen Rand 19 begrenzt, auf dem sich die Membran 1 beim Druckabfali absetzt.

In der Fig. 2 dagegen ist eine mehrpolige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters dargestellt, bei der die gleichen Bauteile wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die auch in diesem Fall jeweils aus einem Schalthebel 20, einer Kontaktfeder 9, einer Schnappfeder 13 sowie auch einer Kompensationsfeder 16 bestehenden Federsysteme sind dabei nebeneinander, jedoch seitenverkehrt zueinander angeordnet.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich darüber hinaus gegenüber der zuvor besprochenen Ausführungsform auch noch dadurch, daß der in diesem Fall mit 20 bezeichnete Schalthebel derart nach unten abgekröpft ist, daß sein Schwenkbereich außerhalb des Schwenkbereiches der Kontaktfeder 9 liegt und der Schalthebel 20 somit nicht mehr durch diese Kontaktfeder 9 hindurchzuschwingen braucht. Wie auch bei der zuvor besprochenen Ausführungsform ist in diesem Fail der Schwenkbereich des Schalthebels 20 durch die beiden mit 21 und 22 bezeichneten Anschläge begrenzt.

Eine schematische Darstellung der auf die Schalthebel 5 und 20 einwirkenden Kräfte zeigt die Fig.3. Zunächst übt die justagefeder 6 in Richtung des Pfeiles J einen Druck auf den Schalthebel 5/20 aus, was bei dem Hebelarm a ein dem Uhrzeigersinn entgegengerichtetes positives Drehmoment

Mi = a ■ J

zur Folge hat. Weiterhin übt auch die sich an dem freien Ende 14 des Schalthebels 5/20 abstutzende Schnappfeder 13 in Richtung des Pfeiles Seine Druckkraft aus, was bei dem Hebelarm b ebenfalls ein gleichgerichtetes, positives Drehmoment

Ms = b · 5

bewirkt. Schließlich übt auch die sich an den beiden Punkten 15 und 17 abstützende Kompensationsfeder 16 eine Druckkraft in Richtung des Pfeiles K aus, dessen Richtung durch die durch die beiden Punkte 15 und 17 bestimmte Wirklinie bestimmt ist. Dieser Kraft K kommt gegenüber dem Anlenkpunkt des Schalthebels 5/20 ein Hebelarm c zu, so daß infolge der von der Kompensationsfeder 16 erzeugten Kraft K ein im Uhrzeigersinn gerichtetes, negatives Drehmoment

Mk = c- K

bewirkt wild, das dem durch die Justagefeder 6 und die Schnappfeder 13 gemeinsam bewirkten Drehmoment entgegengerichtet ist.

Diese besonderen Verhältnisse der verschiedenen auf den Schalthebel 5/20 einwirkenden Momente sind insbesondere auch dem als Fig. 4 bezeichneten schematischen Diagramm zu entnehmen, bei dem der Verlauf dieser Momente in Abhängigkeit des Weges des Schalthebels 5/2» aufgetragen sind. Der Weg des Schalthebels 5/210 ist einerseits durch den unteren Anschlag 22 und andererseits durch den oberen Anschlag 21 begrenzt. In einem gewissen Abstand von der unteren Begrenzungslinie ist ferner die den Rückschaltpunkt bestimmende Linie 23 eingezeichnet, d e insofern höher als die untere Anschlagslinie 22

liegen muß, als auch zwischen dem Rückschaltpunkt 23 und der durch die Begrenzungslinie 22 bestimmten Ruhelage immer noch eine ausreichende Wegreserve vorhanden sein muß, um ein sicheres Zurückschalten zu gewährleisten. Oberhalb dieser Rückschaltpunktlinie 23 verläuft parallel die den tiefsten Schaltpunkt bestimmende Linie 24, deren Abstand A von der Linie 22, wie schon erläutert wurde, wieder von dem Abstand der Schalterkontakte 11 und 12 abhängt. Schließlich ist der höchste Schaltpunkt durch die Linie 25 bestimmt, die selbstverständlich wieder unterhalb der Linie des oberen Anschlages 21 liegt. Der zwischen den beiden Linien 24 und 25 bestehende Abstand B verdeutlicht dabei die Möglichkeit, in welchem Bereich der gewünschte Schallpunkt angeordnet werden kann.

Weiter sind in das Diagramm zwei mit Mi₁ und Mi₂ bezeichnete, gestrichelte Geraden eingezeichnet, die den Verlauf des durch die Justagefeder 6 bewirkten Momentes

20

Mi

darstellen. Der Unterschied zwischen diesen beiden geneigten Geraden My₁ und Mi₂ besteht dabei darin, daß bei der Kennlinie Mi₂ der Justagefeder 6 eine Vorspannung gegeben und diese Kennlinie dadurch weiter nach rechts verschoben ist.

Im linken Teil des Diagramms ist ferner strichpunktiert die Momentenkurve Mk dargestellt, die sich aus dem Produkt der Kraft K der Kompensationsfeder 16 mal dem Hebelarm c ergibt. Dieses Moment Mk ist negativ gerichtet, wobei die Kraft K der Kompensationsfeder 16 und damit in entsprechender Weise auch das Moment Mk so bemessen sind, daß das letztere über den gesamten Weg des Schalthebels 5/20 negativ ist und die Momentenkennlinie erst jenseits der beiden Begrenzungslinien 21 und 22 durch die senkrechte Null-Linie geht. Mit zunehmendem Schalthebelweg steigt zunächst der Wert des Momentes Mk insofern an, als der Schalthebel 5/20 durch die Wirkung der sich anhebenden Membran in Richtung des Uhrzeigers geschwenkt wird, was eine laufende Vergrößerung des Hebelarmes c und damit natürlich auch des entsprechenden Momentes Mk zur Folge hat. Hat der Schalthebel 5/20 etwa den halben Weg zurückgelegt, so ist jetzt die Entspannung der Kompensationsfeder 16 und damit die dadurch bedingte Reduzierung der Federkraft K so groß, daß auch das weitere Anwachsen des Hebelarmes c diese Reduzierung der Federkraft K nicht mehr kompensieren kann.

Wie schon zuvor ausgeführt wurde, so überlagern sich die drei Momente Mu Ms und Mk. Da das durch die Schnappfeder 13 verursachte Moment Ms verhältnismäßig gering ist, kann es bei der folgenden Betrachtung vernachlässigt werden. Wird nun anschließend das Moment Mk den beiden Momenten Mj₁ und Mj₂ überlagert, so ergeben sich die beiden in der Fig.4 ausgezogenen Momentenlinien (Mj_x + Mk) und (Mi₂ + Mk). Diese beiden gleichartigen Momentenlinien (M/, 4- Mk) und (Mi₂ + Mk) steigen zunächst sehr steil an, um etwa im mittleren Bereich eine flachere Steigung einzunehmen. Dieses Abbiegen der Momentenlinien (M/, + Mk) und (Mi₂ + Mk) ist dabei allein durch den Verlauf der Momentenlinie Mk bedingt.

Ein Vergleich beispielsweise des Momentenverlaufes (Mi\ + Mk) mit dem Momentenverlauf My₁ ergibt, daß, wenn der Schalthebel 5/20 den Weg A zurücklegen soll, ein wesentlich geringeres Moment notwendig ist, als wenn lediglich die das Moment M/, bewirkende Justagefeder 6 vorhanden wäre. Da zwischen diesen Momenten und der von der Membrane 1 ausgeübten Gegenkraft und damit auch wieder dem auf die Membrane 1 wirkenden Druck eine lineare Beziehung besteht, ergibt sich hierdurch, daß der tiefste Schaltpunkt 24 sehr nahe an den Rückschaltpunkt 23 herangelegt werden kann. Um den Schalthebel 5/20 dagegen in den höchsten Schaltpunkt 25 zu schwenken, sind wesentlich größere Momente erforderlich.

Wenn die Schaltpunkte 23, 24 und 25 nun höher gelegt werden sollen, so ist die Justagefeder 6 unter Vorspannung zu setzen, wodurch die Kennlinie Mj und mit dieser natürlich auch die Kennlinie (M/ + Mk) weiter nach rechts verschoben wird. Die Abstände A und B zwischen dem Rückschaltpunkt 23 und dem tiefsten Schaltpunkt 24 bzw. dem tiefsten Schaltpunkt 24 und dem höchsten Schaltpunkt 25 bleiben jedoch erhalten, was sich auch aus dem folgenden Zahlenbeispiel ergibt:

Liegt der Rückschallpunkt 23 im Bereich der Momentenkennlinie (Mi₁ + Ma:) beispielsweise bei 20 mm WS. so kann der tiefste Schaltpunkt 24 bereits schon bei 50 mm WS liegen, wobei also der Differenzbetrag lediglich 30 mm WS beträgt. Der höchste Schaltpunkt 25 dagegen liegt in diesem Fall dann be 100 mm WS. Wird nun anschließend der Justagefeder f eine größere Vorspannung erteilt, so sind jetzt auch größere Schaltkräfte erforderlich, was auch entspre chend höhere Schaltdrücke notwendig macht, die jetzi beispielsweise bei 120 mm WS, 150 mm WS unc 200 mm WS liegen. Wesentlich ist jedoch hierbei, daD auch bei derartig hohen Schaltpunkten die zuvoi behandelten Druckdifferenzen A und B insbesondere die geringe Druckdifferenz A zwischen dem Rückschalt punkt 23 und dem tiefsten Schaltpunkt 24 erhalter bleiben. Auf Grund dieser Gegebenheiten ist es alsc möglich, bei Verwendung nur einer Justagefeder 6 sowi« einer zusätzlichen Kompensationsfeder 16 sowohl tief« als auch hohe Schaltpunkte zu erzielen, wobei die klein« Druckdifferenz A zwischen Rückschaltpunkt 23 unc dem tiefsten Schaltpunkt 24 auch weiterhin erhaltei bleibt

Soll die Momentenlinie (Mi + Mk) schließlich ii ihrem oberen Bereich noch flacher verlaufen, so laß sich dieses dadurch erreichen, daß eine Kompensations feder 16 mit degressiver Charakteristik verwendet wird

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckabhängiger mehrpoliger elektrischer Schnappschalter, insbesondere für Waschmaschinen od. dgl, mit für jeden Pol einer zwischen ein zugeordnetes Kontakipaar hineinragenden schwenkbaren Kontaktfeder, die von einem von außen her beeinflußbaren Organ über einen sowohl unter der Wirkung einer Schnappfeder als auch unter der Wirkung einer Justagefeder stehenden Schalthebel steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel (5, 15, 20) zusätzlich unter der Wirkung einer sich an einer festen oder auch verstellbaren Stütze (!7) abstützenden Kompensationsfeder (16) steht, die der justagefeder (6) entgegenwirkt und dem Schalthebel (5, 15, 20) ein Drehmoment (Mk) erteilt, das dem durch die Justagefeder (6) bewirkten Drehmoment (Mi) entgegengerichtet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationsfeder (16) eine Omega-Feder, eine Schraubendruckfeder, eine Blattfeder od. dgl. vorgesehen ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik der Kompensationsfeder (16) linear, progressiv, insbesondere aber degressiv verläuft.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich des Schalthebels (5,15, 20) durch Anschläge (18, 21, 22) begrenzt ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel (5) in an sich bekannter Weise durch die zweiarmige Kontaktfeder (9) hindurchschwingt.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel (20) derart abgekröpft ist, daß sein Schwenkbereich außerhalb des Schwenkbereiches der Kontaktfeder (9) liegt.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mehrere jeweils aus einem Kontaktpaar (11,12), einer zugeordneten Kontaktfeder (9) sowie einem Schalthebel (5,15, 20) bestehende Schaltsysteme aufweist, wobei dann die einander benachbarten Schaltsysteme zueinander jeweils seitenverkehrt angeordnet sind.