DE1963847U - Mikroschnappschalter mit reibenden kontakten. - Google Patents

Description

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Prof. Dr. Oskar Vierling 10. April 1967

MikrosG]rmappsGhalter_mit reibenden Kontakten

Die Neuerung betrifft einen Mikroschna.ppscha.lter., dessen Kontakte bei jedem KontaktSchluß aufeinander reiben.

Mikroschnappschalter sind im allgemeinen gemäß der Darstellung in Fig. 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 Ω-förmige Zwischenfeder J> 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 Ω-Feder zunächst zusammen. Sobald aber ihr rechter Anschlußpunkt eine Lage unterhalb des linken Anschlußpunkts erreicht, entspannt sich die Ω-Feder dadurch, daß sie nach rechts springt 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 Ω-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 j, ohne auf ihnen zu reiben.

Palls sich nun an den Berührungsstellen 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. Als Abhilfe böte es sich an, die Kontaktkraft so weit zu erhöhen^ daß Fremdschichten durchschlagen und Staub ober 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 zum Beispiel einer Kontaktkraft., die die Kontaktstücke beim Zusammentreffen gerade noch auf einander abrollen läßt. Daher ist von dieser Seite her keine Lösung zu erwarten.

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 daß sie - obzwar vorhanden - die Kontaktgabe nicht beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei der Neuerung durch Reibung der Kontakte gelöst, die in einem Mikroschnappschalter dadurch hervorgebracht wird, daß neben dem beim Schaltvorgang betätigten Kontaktträger auch der Gegenkontaktträger als bewegliche und biegsame Feder ausgebildet ist., die beim Schalten nach der ersten Kontaktgabe der Kontaktstücke beider Federn aus ihrer Ruhestellung gedrückt und dabei in zunehmendem Maße elastisch verformt wird., wodurch ihr Kontaktstück seine Lage relativ zum Kontaktstück der anderen Feder ändert und auf seiner Oberfläche reibt.

Der Teil der Kontaktoberfläche, der auf diese Weise einer Reibung ausgesetzt ist, ist umso größer, je größer der Weg ist,, den die Kontaktstücke nach der ersten Berührung geschlossen zurücklegen., je größer der Abstand zwischen den Kontaktträgern ist und je mehr sich die Kontaktträger durchbiegen können. Das letzte Merkmal hängt vom Federmaterial., der geforderten Lebensdauer und ähnlichen Bedingungen ab und kann daher nicht beliebig weit ausgenutzt werden. Das erste Merkmal hingegen wirkt nicht für sich allein, sondern nur im Verein mit dem zweiten oder dritten Merkmal. Den Abstand zwischen den Kontaktträgern und ihren Hub kann man nun auch nicht beliebig groß machen, da sonst die Federn zu schnell ermüden. Deshalb sieht eine Weiterbildung der Neuerung vor., daß betätigte Feder und Gegenfeder in möglichst großem Abstand voneinander angeordnet sind und ihre Kontaktstücke durch entsprechende Ausbildung der Federn und/oder der Kontaktstücke selbst im geöffneten Zustand nur geringen Abstand voneinander haben.

Diese zunächst widersprüchlich scheinende Lösung ist auf mehrere Arten realisierbar. Beispielsweise kann man beide oder nur eine der Kontaktfedern an der dem Gegenkontakt gegenüberliegenden Stelle abkröpfen und so den Abstand zwischen den Kontaktstüoken klein halten. Man kann aber auch eines oder beide der Kontaktstücke so lang oder hoch ausbilden., daß sich die Kontaktoberf lächaiin geringer Entfernung gegenüberstehen. Eine Ausführung der Neuerung sieht vor j, daß das Kontaktstück der Gegenfeder eine größere Höhe aufweist als das Kontaktstück der betätigten Feder. Durch diese Anordnung werden mehrere vorteilhafte Wirkungen erreicht. Eine davon ist die^, daß sieh die betätigte Feder und ihre Arbeitsbedingungen nicht ändern. Zum anderen ist die der Reibung ausgesetzte Fläche umso größer, je größeren Abstand die Oberfläche des an der biegsameren Feder befestigten KontaktStücks von dieser Feder hat. Die Gegenfeder läßt sieh aber biegsamer ausführen als die betätigte Feder _s da sie weniger beansprucht wird und ihre Elastizität den Schaltvorgang nicht beeinflußt.

Die bekannten Mikroschnappschalter weisen Einfachkontakte auf _s denn weil die Kontaktträger fest sind., ist ohnehin nur eine punktweise Berührung gegeben., so daß durch die von anderen Schaltern bekannten Doppelkontakte keine höhere Sicherheit gewährt werden kann. Bei dem Mikroschnappschalter der Neuerung sind dagegen auch die Gegenkontaktträger beweglich. Deshalb ist eine sinnvolle Weiterbildung der Neuerung dadurch gekennzeichnet ₃ daß die Gegenfeder zwei Kontaktstücke nebeneinander enthält.

Wenn die Gegenfeder nur am Fußpunkt befestigt ist, kann sie infolge ihrer Biegsamkeit sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung zu weit durchschwingen und nicht definierte Lagen einnehmen. Daher sieht eine zweckmäßige Ausführung der Neuerung vor ₃ daß Ruhelage und Hub der Gegenfeder

durch Anschläge festgelegt sind. Dabei läßt sich der Anschlag zur Bestimmung der Ruhelage gleichzeitig zum Erzeugen der Vorspannung für die Gegenfeder ausnutzen.

Übliche Mikrοschnappschalter sind mit einem Umsehaltkontakt ausgerüstet ₃ dessen Arbeitsseite im allgemeinen stärker beansprucht wird als die Ruheseite. In einer Form der Neuerung ist darum vorgesehen., daß in einer Ausführung mit einem Umschaltkontakt nur der Kontaktträger des Gegenkontakts auf der Arbeitsseite federnd ausgeführt ist. Sollte hingegen dem Ruhekontakt die gleiche Bedeutung zukommen wie dem Arbeitskontakt ₃ werden zweckmäßig beide Kontaktträger im Sinne der Neuerung federnd ausgeführt. Grundsätzlich besteht für den neuen Gegenstand kein Unterschied zwischen einem Arbeits- und einem Ruhekontakt, so daß auch jede andere Kontaktbestückung _s die sich aus diesen Grundelementen zusammensetztj in der beschriebenen fortschrittlichen Form ausgeführt werden kann.

Die Neuerung wird nun in einem Beispiel anhand der Fig. 1 und 2 im einzelnen erläutert.

Fig. 1 stellt einen handelsüblichen Mikrosch.nappscha.lter dar₅ dessen Aufbau und Wirkungsweise bereits eingangs beschrieben wurden. Am Beispiel dieses Schalters ist in Fig. der neue Aufbau eines Mikroschnappschalters mit reibenden Kontakten wiedergegeben., und zwar zeigt Fig. 2a die Ruhestellung und Fig. 2b die Arbeitsstellung. Gleiche Teile, wie Betätigungsfeder 2_S Ω-Feder J₃ Mittelfeder 4 mit den Kontaktstücken 5 und 6 und Kontaktträger der Ruheseite 8 mit dem Kontaktstück ¹J, sind in den Abbildungen mit gleichen Ziffern bezeichnet. Desgleichen sind auch die einander entsprechenden Teile in Fig. 1 und Z₃ und zwar die Kontaktträger 10 der Arbeitsseite und ihre Kontaktstücke 9* gleich beziffert.

Abweichend vom bekannten Schalter der Pig. 1 ist der Kontaktträger 10 auf der Arbeitsseite des Schalters von Figo 2 als bewegliche und biegsame Feder ausgebildet, die im Ruhezustand (Pig. 2a) 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 Pig. 1. Die Oberflächen der Kontaktstücke 9 ^un(3· 5 sind indessen nicht weiter voneinander entfernt _s da das Kontaktstück 9 entsprechend langer oder höher ist» Wenn die Betätigungsfeder 2 heruntergedrückt wird und die Ω-Feder nach rechts umspringt,, bewegt sieh 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 1O₅ 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 ₃ je weiter die Federn voneinander entfernt sind,, je stärker sich die Feder 10 durchbiegt und je langer 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.

Oberhalb der Feder 10 ist ein weiteres Stützblech 12 angeordnet s 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 an., um ein überstarkes Durchbiegen der Feder 10 zu verhindern.

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Wird anschließend der Schalterstößel 1 (Fig. 1) losgelassen, geht die Betätigungsfeder 2 wieder nach oben. In der Schalteranordnung von Fig. 2b spielen sich dabei nacheinander folgende Vorgänge ab. Zuerst ist die dureh die Ω-Feder übermittelte Kraft nach oben gerichtet und ändert an der Lage der Federn 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 Ω-Feder überschreitet, bewegt sich die Feder 10 nach unten und drückt auch die Feder 4 abwärts. Bevor aber noch die Feder ihren unteren Anschlag am Stützblech 11 erreicht., ist die Betätigungsfeder 2 so vielt nach oben gegangen, daß die Ω-Feder J5 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.

Aus der vorhergehenden Besehreibung der Umschaltvorgänge gehen als weitere Vorteile des Schalters von Fig. 2 hervor _Λ daß er weniger prellt und daß er bei gleicher Kontaktkraft eine kleinere Schalthysterese aufweist als bekannte Schalter dieser Art. Beim Schnappschalter nach Fig. 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 Fig. 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.

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 Fig. 2a 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 Tastgeschwindigkeit zulässig ist. Beim bekannten Schalter von Pig. 1 ist die Schalthysterese im x*resent~ liehen von der Ω-Feder abhängig. Wird diese beispielsweise stärker auseinandergebogen., um eine höhere Kontaktkraft zu erreichen., wird auch die Schalthysterese größer. Beim Schalter von Fig. 2 wirkt hingegen die Feder 10 der Schalthysterese entgegen,, da sie den Schaltpunkt für den übergang von der Arbeitsin die Ruhelage dadurch nach unten verlagert, daß sie einen Teil der nach oben gerichteten Komponente der Kraft der Ω-Feder aufhebt, während sie den Schaltpunkt für den Übergang von der Ruhein die Arbeitslage nicht beeinflußt.

In Fig. 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 (Fig. 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..*..

Claims (8)

^J99828*124.g7 Prof» Dr. Oskar Vierling 10. April I967 Schutzansprüche

1. Mikroschnappschalter mit reibenden Kontakten, dadurch gekennzeichnetj, daß neben dem beim Schaltvorgang betätigten Kontaktträger (4) auch der Gegenkontaktträger (10 in Fig. 2) als bewegliche und biegsame Feder ausgebildet ist, die beim Schalten nach der ersten Kontaktgabe der Kontaktstücke (5 und 9 in Fig. 2) beider Federn aus ihrer Ruhestellung (Fig. 2a) gedruckt und dabei in zunehmendem Maße elastisch verformt wird., wodurch ihr Kontaktstück (9 in Fig. 2) seine Lage relativ zum Kontaktstück (5) der anderen Feder (4) ändert und auf seiner Oberfläche reibt.

2. Mikrosehnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß betätigte Feder (4) und Gegenfeder (10) in möglichst großem Abstand voneinander angeordnet sind und ihre Kontaktstücke (5 und 9) durch entsprechende Ausbildung der Federn und/oder der Kontaktstücke selbst im geöffneten Zustand nur geringen Abstand, voneinander haben.

3. Mikroschnappschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _s daß das Kontaktstück (9) der Gegenfeder (10) eine größere Höhe aufweist als das Kontaktstück (5) der betätigten Feder (4).

4. Mikroschnappschalter nach Anspruch 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfeder (10) zwei Kontaktstücke (9) nebeneinander enthält.

5· Mikrοschnappsehalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnetj daß Ruhelage und Hub der Gegenfeder (10) durch Anschläge (11 und 12 in Fig. 2) festgelegt sind.

6. Mikroschnappschalter nach Anspruch 5*. dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (11) zur Bestimmung der Ruhelage gleichzeitig zum Erzeugen der Vorspannung für die Gegenfeder (10) dient.

7· Mikroschnappschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausführung mit einem Umschaltkontakt nur der Kontaktträger (10) des Gegenkontakts (9) auf der Arbeitsseite federnd ausgeführt ist.

8. Mikroschnappschalter nach Anspruch 1 bis 6_} dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausführung mit einem Umschaltkontakt sowohl der Kontaktträger (10) des Gegenkontakts (9) auf der Arbeitsseite als auch der Kontaktträger (8) des Gegenkontakts (7) auf der Ruheseite federnd"ausgeführt sind. (^