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Die Erfindung betrifft einen Mikroschnappschalter mit einem beim Schaltvorgang
betätigten beweglichen Kontakt, der auf einem einseitig eingespannten federnden
Träger befestigt ist, und einem oder zwei Gegenkontakten, deren einseitig eingespannte
Träger ebenfalls federnd ausgebildet und etwa parallel zum Träger des beweglichen
Kontakts angeordnet sind, sowie mit Anschlägen, die die Arbeits- und Ruhelagen der
Gegenkontaktträger begrenzen.
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Mikroschnappschalter sind im allgemeinen gemäß der Darstellung in
F i g. 1 aufgebaut. In einem Kunststoffgehäuse befinden sich in einigem Abstand
voneinander zwei feste Kontaktträger 8 und 10 mit den Kontaktstücken 7 und 9. Zwischen
ihnen ist eine bewegliche Mittelfeder 4 angeordnet, die beidseitig mit Kontaktstücken
5 und 6 versehen ist. In dieser Anordnung bilden die Kontaktstücke 6 und 7 einen
Ruhekontakt und die Kontaktstücke 5 und 9 einen Arbeitskontakt. Die Mittelfeder
4 ist über eine v-förmige Zwischenfeder 3 mit der Betätigungsfeder 2 verbunden,
die ihrerseits durch einen Stößel 1 von außen her betätigt werden kann. Wenn der
Stößel herabgedrückt wird und die Betätigungsfeder nach unten schiebt, drückt sich
die SZ-Feder zunächst zusammen. Sobald aber ihr rechter Anschlußpunkt eine Lage
unterhalb des linken Anschlußpunkts erreicht, entspannt sich die SZ-Feder dadurch,
daß sie nach rechts umspringt und dabei die Mittelfeder 4 nach oben zieht. Beim
Loslassen des Stößels 1 bewegt sich die Betätigungsfeder 2 unter ihrer eigenen Federkraft
in die Ruhelage zurück. Dabei wird die SZ-Feder anfangs wieder zusammengedrückt,
um dann, wenn ihr rechter Anschlußpunkt etwa die Lage des linken erreicht, nach
links umzuspringen und die Mittelfeder wieder in die Ruhelage zu befördern. Umschalt-
und Rückschaltvorgang erfolgen also nicht allmählich oder schleichend, sondern sprunghaft.
Dementsprechend treffen die Kontaktstücke der Mittelfeder jeweils unmittelbar auf
den festen Gegenkontakten auf, ohne auf ihnen zu reiben.
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Es ist bereits ein Mikroschnappschalter der eingangs erwähnten Art
bekanntgeworden, bei dem federnde Gegenkontaktträger eingesetzt sind, die in der
Ruhelage durch Anschläge zwischen der Einspannstelle und dem Kontaktstück abgestützt
werden und deren Arbeitslage dadurch definiert ist, daß die Arbeitslage des beweglichen
Kontakts durch einen zwischen dessen Kontaktstück und der 9-Feder, also - von der
Einspannstelle her gesehen -jenseits des Kontaktstücks angreifenden Anschlag begrenzt
wird (deutsche Auslegeschrift 1127 435). Dadurch soll die den Momentschaltvorgang
auslösende Bewegungsstellung des Schnappmechanismus vom Zustand der Kontakte (Abbrand),
von der Temperatur und ähnlichen Einflüssen unabhängig gemacht werden. Eine Kontaktreibung
findet bei diesem Schalter jedoch nicht statt, da der Gegenkontakt nur mit seinem
Eigengewicht auf den beweglichen Kontakt drückt und beide Kontakte beim Schaltvorgang
einen kleinen Weg auf je einem Kreisbogen beschreiben, deren Mittelpunkte einen
nur geringen Abstand voneinander haben.
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In einer Weiterbildung des beschriebenen Schalters (deutsche Auslegeschrift
1 166 322) wird der Anschlag für den beweglichen Kontakt durch ein starres
ringförmiges Kontaktstück gebildet, das von dem konzentrisch angeordneten Kontaktstück
des Gegenkontakts durchdrungen wird. Dadurch wird eine einfachere Montage und Justage
erreicht, und außerdem tritt am starren Ringkontakt kein merklicher Abbrand auf,
da der Einschalt- und Ausschaltlichtbogen durch den gefederten Innenkontakt übernommen
wird. Eine Kontaktreibung tritt auch bei diesem Schalter nicht auf, da der gefederte
Innenkontakt allein mit seinem Eigengewicht auf den beweglichen Kontakt drückt und
beim Schaltvorgang allenfalls ein winziges Stück auf ihm gleitet, während der Hauptkontakt,
bei dem es gerade auf eine Reibung ankäme, starr ausgebildet ist, so daß er gar
keine Bewegung relativ zum beweglichen Kontakt ausführt.
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Ferner ist ein Mikroschalter bekannt, der zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit
und zur genauen Festlegung des Schaltmoments mit federnden Gegenkontaktträgern und
festen Anschlägen für die Ruhe- und Arbeitslage ausgestattet ist (deutsche Auslegeschrift
1215 239). Beide Anschläge haben hier geraden Verlauf und greifen von der
Einspannstelle her über das Kontaktstück hinaus. Dadurch begrenzen sie sowohl den
Weg des Gegenkontakts als auch den des beweglichen Kontakts. Die Kontakte reiben
aber wiederum nicht aufeinander, da der Gegenkontakt wieder nur mit seinem Eigengewicht
auf den beweglichen Kontakt drückt und beide Kontakte beim Schaltvorgang einen sehr
kleinen Weg zurücklegen.
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Falls sich bei den bekannten Schaltern an den Berührungsstellen der
Kontakte Fremdschichten oder -körper befinden, ist die Kontaktgabe gefährdet, da
diese Störquellen nicht durch Reibung entfernt, sondern durch den ausgeübten Druck
geradezu an der kritischen Stelle fixiert werden bzw. bei gleitenden Kontakten auf
der Oberfläche festgewalzt werden. Als Abhilfe böte es --ch an, die Kontaktkraft
so weit zu erhöhen, daß Fremdschichten durchschlagen und Staub oder ähnliche lose
Ablagerungen beiseitegedrückt werden. Dieser Weg ist aber in der Praxis nicht gangbar,
da hierdurch der Kraftaufwand zum Betätigen des Schalters zu groß würde. Der als
Höchstwert vertretbare Betätigungsdruck beim Einsatz der Schalter in einer schreibmaschinenähnlichen
Tastatur entspricht z. B. einer Kontaktkraft, die die Kontaktstücke beim Zusammentreffen
gerade noch aufeinander abrollen läßt. Daher ist von dieser Seite her keine Lösung
zu erwarten.
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Eine andere Möglichkeit, die Kontaktgabe sicherzustellen, könnte darin
gesehen werden, daß man das Eindringen von Staub und sonstigen schädlichen Substanzen
oder Gasen durch dichte Kapselung des Schalters von vornherein unterbindet. Wie
Versuche gezeigt haben, wird dadurch aber gerade das Gegenteil erreicht. Bei dichtem
Abschluß des Schalters bildet sich in seinem Inneren ein sogenanntes Kleinklima,
das im wesentlichen durch die Ausdünstungen des Gehäusematerials bestimmt wird.
Da die Gehäuse aus wirtschaftlichen Gründen aus organischen Stoffen (Kunststoffen)
bestehen, tritt bei mangelndem Luftaustausch eine Anreicherung des Kleinklimas mit
Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffverbindungen auf. Diese werden durch die Entladungsvorgänge
zwischen den Kontaktstücken (Funken, Lichtbogen oder stille Entladung) zersetzt
und schlagen sich als zäher oder pulveriger Belag auf der Kontaktoberfläche nieder.
Schon nach wenigen Betriebsstunden wird dadurch die Kontaktgabe vielfach völlig
unterbrochen. Aus diesem Grund dürfen Schalter der genannten Art niemals dicht gekapselt
werden,
und es stellt sich folglich die Aufgabe, einen Weg zu finden,
die Fremdstoffe, deren Eindringen nicht verhindert werden kann, selbsttätig von
der Berührungsstelle zu entfernen, so daßsie - obzwar vorhanden - die Kontaktgabe
nicht beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird durch Reibung der Kontakte gelöst, die in einem
Mikräschnappschalter der eingangs erwähnten Art dadurch hervorgebracht wird, daß
erfindungsgemäß der bewegliche Kontaktträger und der Gegenkontaktträger in einem
im Verhältnis zum Abstand ihrer Kontaktstücke im geöffneten Zustand großen Abstand
voneinander angeordnet sind, wobei dieser Abstand an der Kontaktstelle durch entsprechende
Ausbildung der Träger und/oder der Kontaktstücke bis auf einen geringen Rest überbrückt
ist, und daß der Anschlag für die Arbeitslage des Gegenkontaktträgers diesen zwischen
der Einspannstelle und dem Kontaktstück abstützt.
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Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Kontaktstücke nach der
ersten Berührung einen großen Weg geschlossen zurücklegen, daß zwischen den Kontaktträgern
und somit den Mittelpunkten der bei der Bewegung beschriebenen Kreisbögen ein großer
Abstand ist und daß sich die Kontaktträger durchbiegen können. Als Folge davon tritt
zwischen den Kontakten die gewünschte Reibung auf. Um den großen Abstand der Kontaktträger
an der Kontaktstelle zu überbrücken, kann man beide oder nur eine der Kontaktfedern
an der dem Gegenkontakt gegenüberliegenden Stelle abkröpfen und so den Abstand zwischen
den Kontaktstücken klein halten. Man kann aber auch eines oder beide der Kontaktstücke
so lang oder hoch ausbilden, daß sich die Kontaktoberflächen in geringer Entfernung
gegenüberstehen.
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Die bekannten Mikroschnappschalter weisen Einfachkontakte auf, denn
weil die Kontaktträger fest sind, ist ohnehin nur eine punktweise Berührung gegeben,
so daß durch die von anderen Schaltern, insbesondere Relais, bekannten Doppelkontakte
keine höhere Sicherheit gewährt werden kann. Bei dem Mikroschnappschalter der Erfindung
sind dagegen auch die Gegenkontaktträger beweglich. Deshalb ist eine sinnvolle Weiterbildung
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkontaktträger zwei Kontaktstücke
nebeneinander enthält.
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Übliche Mikroschnappschalter sind mit einem Umschaltkontakt ausgerüstet,
dessen Arbeitsseite im allgemeinen stärker beansprucht wird als die Ruheseite. Man
braucht die Merkmale der Erfindung dann nur auf den Arbeitskontakt anzuwenden. Sollte
hingegen dem Ruhekontakt die gleiche Bedeutung zukommen wie dem Arbeitskontakt,
werden zweckmäßig beide Kontaktträger im Sinne der Erfindung ausgeführt. Grundsätzlich
besteht für den Erfindungsgegenstand kein Unterschied zwischen einem Arbeits-und
einem Ruhekontakt, so daß auch jede andere Kontaktbestückung, die sich aus diesen
Grundelementen zusammensetzt, in der beschriebenen fortschrittlichen Form ausgeführt
werden kann.
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Die Erfindung wird nun in einem Beispiel an Hand der -F i g. 1 und
2 im einzelnen erläutert. F i g. 1 stellt einen handelsüblichen Mikroschnappschalter
dar, dessen Aufbau und Wirkungsweise bereits eingangs beschrieben wurden. Am Beispiel
dieses Schalters ist in F i g. 2 der erfindungsgemäße Aufbau eines Mikroschnappschalters
mit reibenden Kontakten wiedergegeben, und zwar zeigt F i g. 2 a die Ruhestellung
und F i g. 2 b die Arbeitsstellung. Gleiche Teile, wie Betätigungsfeder 2, SZ-Feder
3, Mittelfeder 4 mit den Kontaktstücken 5 und 6 und Kontaktträger der Ruheseite
S mit dem Kontaktstück 7, sind in den Abbildungen mit gleichen Ziffern bezeichnet.
Desgleichen sind auch die einander entsprechenden Teile in F i g. 1 und 2, und zwar
die Kontaktträger 10 der Arbeitsseite und ihre Kontaktstücke 9, gleich beziffert.
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Abweichend vom bekannten Schalter der F i g.1 ist der Kontaktträger
10 auf der Arbeitsseite des Schalters von F i g. 2 als bewegliche und biegsame Feder
ausgebildet, die im Ruhezustand (F i g. 2 a) von einem Stützblech 11 gehalten und
vorgespannt wird. Der Abstand zwischen der Feder 10 und der Mittelfeder 4 ist in
der Nähe der Kontaktstücke 9 und 5 größer als in F i g. 1. Die Oberflächen der Kontaktstücke
9 und 5 sind indessen nicht weiter voneinander entfernt, da das Kontaktstück 9 entsprechend
länger oder höher ist. Wenn die Betätigungsfeder 2 heruntergedrückt wird und die
SZ-Feder nach rechts umspringt, bewegt sich die Mittelfeder 4 nach oben. Nach einem
definierten Hub berühren sich dabei die Kontaktstücke 5 und 9 in der gezeichneten
Darstellung =etwa in der Mitte ihrer Oberflächen. Die Feder 10 wird jetzt immer
weiter nach oben gedrückt und verformt sich dabei elastisch. Durch die Winkelbewegung
der Feder 10, verstärkt durch ihr Durchbiegen am freien Ende, ändert die
Oberfläche des Kontaktstücks 9 seine Lage relativ zur Oberfläche des Kontaktstücks
5, und zwar um so mehr, je weiter die Federn voneinander entfernt sind, je stärker
sich die Feder 10 durchbiegt und je länger das Kontaktstück 9 ist. Da die Kontaktstücke
5 und 9 während dieses Vorgangs in Berührung miteinander stehen, reiben ihre Oberflächen
aufeinander. Im Beispiel wird vom Kontaktstück 5 ein Teil der Oberfläche zwischen
der Mitte und dem rechten Rand, vom Kontaktstück 9 ein Teil der Oberfläche zwischen
der Mitte und dem linken Rand der Reibung ausgesetzt. Durch passende Kontaktform
und geeignete Justage läßt sich aber durchaus auch eine Reibung quer über die gesamte
Oberfläche erzielen.
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Oberhalb der Feder 10 ist ein weiteres Stützblech 12 angeordnet,
das die obere Lage der Feder 10 bestimmt und den Hub beider Federn 4 und
10 definiert und begrenzt. Der Anschlag dieses Blechs greift möglichst nahe
am Kontaktstück 9 an, um ein überstarkes Durchbiegen der Feder 10 zu verhindern.
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Wird anschließend der Schalterstößel 1 (F i g. 1) losgelassen, geht
die Betätigungsfeder 2 wieder nach oben. In der Schalteranordnung von F i g. 2 b
spielen sich dabei nacheinander folgende Vorgänge ab. Zuerst ist die durch die Q-Feder
übermittelte Kraft nach oben gerichtet und ändert an der Lage der Federn 4 und 10
nichts. Alsdann wandert die Kraftrichtung nach links. Sobald jetzt die nach unten
gerichtete Kraft der Feder 10 die nach oben gerichtete Komponente der Kraft
der SZ-Feder überschreitet, bewegt sich die Feder 10 nach unten und drückt auch
die Feder 4 abwärts. Bevor aber noch die Feder 10 ihren unteren Anschlag
am Stützblech 11 erreicht, ist die Betätigungsfeder 2 so weit nach oben gegangen,
daß die SZ-Feder 3 nach links umspringt und die Mittelfeder 4 nach unten in die
Ruhelage befördert. Die Feder 10 geht gleichzeitig in die Ausgangsstellung zurück,
und das Stützblech 11 verhindert ein Schwingen der Feder 10 in der Ruhelage.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung der Um-
Schaltvorgänge
gehen als weitere Vorteile des Schalters von F i g. 2 hervor, daß er weniger prellt
und daß er bei gleicher Kontaktkraft eine kleinere Schalthysterese aufweist als
bekannte Schalter dieser Art. Beim Schnappschalter nach F i g. 1 trifft das Kontaktstück
der Mittelfeder bei jedem Umschalten auf einen festen Gegenkontakt, der durch den
Aufprall elastisch verformt wird und dadurch dem auftreffenden Kontakt einen Impuls
in Gegenrichtung erteilt. Nach den Gesetzen für den elastischen Stoß prellt der
bewegte Kontakt so lange, bis die Energie des Stoßes durch Reibung aufgezehrt ist.
Beim Schalter nach F i g. 2 fängt die Feder 10 den Stoß auf und schwingt zusammen
mit der Feder 4, bis die Energie des Stoßes durch Reibung verbraucht ist. Die Kontaktgabe
zwischen den Kontaktstücken 5 und 9 wird während dieses Ausgleichsvorgangs nicht
unterbrochen. Zudem wird wegen der Reibung zwischen den Kontaktstücken 5 und 9 die
Stoßenergie weit schneller abgebaut als im Fall des bekannten Schalters.
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Als Schalthysterese soll im folgenden die Strecke auf dem Weg des
Stößels 1 oder der Betätigungsfeder 2 zwischen den beiden Punkten bezeichnet werden,
an denen die Umschaltung von der Ruhe- in die Arbeitslage und von der Arbeits- in
die Ruhelage erfolgt. Wie man sich an F i g. 2 a und b leicht klarmacht, liegt der
Schaltpunkt für den Übergang von der Arbeits- in die Ruhelage höher als der Schaltpunkt
für den Übergang von der Ruhe- in die Arbeitslage. Diese Schalthysterese sollte
nun möglichst klein sein, damit der Umschaltbereich begrenzt und eine hohe Tastengeschwindigkeit
zulässig ist. Beim bekannten Schalter von F i g. 1 ist die Schalthysterese im wesentlichen
von der SZ-Feder abhängig. Wird diese beispielsweise stärker auseinandergebogen,
um eine höhere Kontaktkraft zu erreichen, wird auch die Schalthysterese größer.
Beim Schalter von F i g. 2 wirkt hingegen die Feder 10 der Schalthysterese entgegen,
da sie den Schaltpunkt für den Übergang von der Arbeits- in die Ruhelage dadurch
nach unten verlagert, daß sie einen Teil der nach oben gerichteten Komponente der
Kraft der SZ-Feder aufhebt, während sie den Schaltpunkt für den Übergang von der
Ruhe- in die Arbeitslage nicht beeinflußt.
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In F i g. 2 ist nur die Arbeitsseite des Umschaltkontakts mit einem
federnden Kontaktträger ausgerüstet. Dieselbe Maßnahme ist aber auch auf die Ruheseite
anwendbar. Der Ruhekontakt sähe in der Ruhelage etwa so aus wie der Arbeitskontakt
in der Arbeitslage (F i g. 2b). Daraus folgt, daß das beschriebene Prinzip
für sämtliche Arten der Kontaktbestückung, die aus den Elementen Ruhe- und Arbeitskontakt
aufgebaut sind, geeignet ist. Um die Sicherheit noch weiter zu erhöhen, können ferner
sämtliche Kontaktstücke, die auf einem federnden Träger befestigt sind, doppelt
vorgesehen werden.