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Die Erfindung betrifft einen Trägheitsschalter mit einem beweglichen
Trägheibselement und einem von diesen betätigten Schaltelement, welcher sich insbesondere
für Fahrzeuge und bewegte Körper eignet und ein richtungsabhängiges Ansprechen ermöglicht.
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Es sind bereits verschiedene Trägheitsschalter bekant, bei welchen
ein frei bewegliches Trägheitselement, meist eine Kugel, bei einem äußeren Impuls
so verlagert wird, daß dadurch ein Stromkreis geöffnet oder geschlossen wird. Derartige
Trägheits-Einschaltvorrichtungen werden beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift
1 247445, der deutschen Offenlegungsschrift 1465 179, der französischen Patentschrift
921446 und der USA.-Patentschrift 2 890 303 beschrieben. Dabei wird durchweg ein
Trägheitskörper aus elektrisch leitendem Material benutzt, der durch Impuls einwirkung
in eine Stellung gelangt, in welcher er gleichzeitig an den voneinander getrennten,
entgegengesetzt geladenen Kontaktflächen zur Anlage kommt und so den Stromkreis
schließt.
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Diese vorbekannten Trägheitsschalter sind jedoch nicht zur Unterbrechung
eines Stromkreises geeignet, und ihr Trägheitselement kehrt normalerweise nach Beendigung
des Impulses automatisch in seine Ruhelage zurück, so daß die bewirkte Umschaltung
nur kurzzeitig erhalten bleibt.
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Aus der USA. -Patentschrift 2806 916 ist ferner ein ähnlicher Trägheits-Ausschalter
bekannt, bei welchem ein kugelförmiges Trägheitselement durch eine Federvorrichtung
in seiner Ruhelage festgehalten und bei einem hinreichend starken Impuls aus seiner
Klemmstellung herausgeschleudert wird, wobei die vorschnellende Federvorrichtung
einerseits den Kontakt öffnet und andererseits eine Rückkehr des Trägheitselementes
in seine Ruhelage verhindert. Diese Schaltvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß
dieVerlagerung des kugelförmigen Trägheitselementes sehr stark von Reibungskräften
beeinflußt wird, die sich durch kleine Maßungenauigkeiten und Verunreinigungen erheblich
verändern und das zuverlässige Ansprechen bei einem vorbestimmten Impulswert beeinträchtigen.
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Darüber hinaus muß die Schaltvorrichtung nach dem Ansprechen erst
mühsam geöffnet werden, um das Trägheitselement in seine Ruhelage zurückzubringen.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1248777 ist ferner ein Trägheitsausschalter
bekannt, bei welchem das die Kontakte schließende Element durch zwei übereinander
angeordnete, spitzengelagerte Gewichte betätigt wird, die bei Impuls einwirkung
seitlich ausknicken und so eine Stromunterbrechung bewirken.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 188 168 ist ein weiterer Trägheitsausschalter
bekannt, bei welchem der -eine Kontakt durch eine Federvorrichtung gegen den an
einem schwenkbar gelagerten, durch eine Federvorrichtung in einer Ruhelage gehaltenen
Schaft angeordneten Gegenkontakt angedrückt wird, wobei der Schaft ein pendelartig
befestigtes Gewicht trägt, das unter Impuls einwirkung ein Auslenken des Schaftes
und damit eine Kontaktunterbrechung bewirkt. Diese bekannten Konstruktionen lassen
sich zwar nach dem Ansprechen auf einfache Weise wieder in ihre Ausgangsstellung
zurückführen, gestatten jedoch weder eine Regulierung hinsichtlich der zum Ansprechen
erforderlichen Impulsstärke noch ein richtungsabhängiges Ansprechen.
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Aus der deutschen Offeniegungsschrift 1 903 262 ist ein Trägheits-Ausschalter
bekannt, -- bei welchem die Kontakte durch einen einarmigen Hebel zusamr
mengedrückt
werden, welcher einen federnden Kopf besitzt, der in der Ruhelage labil an einem
festen Anschlag anliegt und unter der Einwirkung eines Impulses so weit ausgelenkt
wird, daß der einarmige Hebel durch eine Feder unter Öffnung der Kontakte verschwenkt
wird. Auch diese Konstruktion gestattet weder ein richtungsabhängiges Ansprechen
noch eine Regulierung hinsichtlich des zum Ansprechen erforderlichen Mindestimpulses.
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In der USA.-Patentschrift 2881 276 wird schließen lich ein Beschleunigungsschalter
beschrieben, der aus einem. elektrisch leitenden Gehäuse mit einem kugelförmigen
Innenraum und einem darin durch eine Vielzahl von isolierten Spiralfedern gehalterten,
kugelförmigen Trägheitselement aus elektrisch leitendem Material besteht, das eine
Vielzahl von äußeren Kontaktvorsprüngen trägt und durch eine schwenkbar gelagerte,
in einer Bohrung des Trägheitselementes verschiebbar geführten Verbindungsstange
elektrisch leitend mit einem gegen das Gehäuse isolierten Pol verbunden ist. Diese
Vorrichtung kann jedoch nur zum kurzzeitigen Schließen eines in der Ruhestellung
unterbrochenen Stromkreises und nicht zu einer anhaltenden Unterbrechung eines Stromkreises
dienen. Darüber hinaus wird bei der bekannten Vorrichtung das Ansprechen durch die
je nach der Impuisrichtung unterschiedlichen Reibungskräfte zwischen dem Trägheitselement
und der in der Durchgangsbohrung geführten Verbindungsstange bzw. zwischen dieser
und dem Schwenklager beeinträchtigt. Dies kann auch nicht durch Verminderung der
Reibung-ausgeschaltet werden, da sonst eine einwandfreie leitende Verbindung des
Trägheitselementes mit dem zugehörigen Pol der Stromquelle gefährdet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Trägheitsschalter zu schaffen,
welcher die Nachteile der bisherigen Konstruktionen vermeidet, sowohl zum Unterbrechen
als auch zum Schließen von Stromkreisen geeignet ist und auf einfache Weise ein
richtungsabhängiges Ansprechen ermöglicht.
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Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein elektrischer Trägheitsschalter,
insbesondere für Fahrzeuge und bewegte Körper, mit einem durch nach verschiedenen
Richtungen verspannte Federvorrichtungen gehalterten Trägheitselement und bei dessen
Verlagerung betätigten Kontakten, gekennzeichnet durch eine am Trägheitselement
angeordnete Schaltausnehmung, mindestens ein in diese hineinragendes Schaltelement,
wobei das Trägheitselement durch die Federvorrichtungen in einer Ruhelage mit vorbestimmte
Abständen der Wandungen der Schaltausnehmung vom Schaltelement gehalten wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das Trägheitselement
im wesentlichen platten- oder scheibenförmig sein und zweckmäßig eine durchgehende
Schaltausnehmuntg aufweisen. Je nach den Anforderungen kann das Trägheitselement
vorteilhaft durch zwei bis sechs daran angreifende, meist in einer Ebene unter etwa
gleichen Winkeln zueinander verspannte Federn gehaltert sein, so daß seine Schaltausnehmung
in der Ruhelage das Schaltelement etwa konzentrisch umschließt. Dabei können die
Seitenwandungen der Schaltausnehmung nach verschiedenen Richtungen unterschiedliche
radiale Abstände von der Oberfläche des in die Schaltausnehmung hineinragenden Teiles
des Schaltelements besitzen.
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Die Schaltausnehmung kann vorteilhaft einen im wesentlichen kreisförmigen,
ovalen oder rechteckigen
Querschnitt und das Schaltelement einen
im wesentlichen kreisförmigen oder gleichseitig polygonalen Querschnitt aufweisen.
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Das Schaltelement ist vorzugsweise um einen außerhalb der Schaltausnehmung
liegenden Punkt zwischen einer dem Normalschaltzustand entsprechenden Normalstellung
und mindestens einem anderen Schaltzustand entsprechenden Auslenkstellungen schwenkbar
gelagert und wird durch Rückstellvorrichtungen in seine Normalstellung gedrängt.
Statt dessen kann jedoch auch ein aus seiner Normalstellung in eine Auslenkstellung
biegbares Schaltelement aus elastischem Material oder, in bestimmten Fällen, ein
durch den Anschlag des Trägheitselementes unter Zerstörung aus seiner Normalstellung
gebrachtes Schaltelement vorgesehen sein. Eine vorzeitige Rückkehr des ausgelenkten
Schaltelementes in seine Normalstellung kann durch entsprechende Sperrvorrichtungen
blockiert werden.
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Das Schaltelement kann nach einer Ausführungsform selbst mindestens
ein elektrisch leitendes Kontaktstück enthalten, das entweder in der Normalstellung
oder in der Auslenkstellung unter Schließung eines Stromkreises an entsprechenden
Kontakten anliegt. Nach einer anderen Ausführungsform wird ein gesondert angeordnetes
Kontaktpaar durch das Schaltelement in seiner Normalstellung geschlossen bzw. geöffnet
und in seiner Auslenkstellung geöffnet bzw. geschlossen gehalten. Dabei können geeignete
Federvorrichtungen vorgesehen sein, welche die Kontakte bei der Bewegung des Schaltelementes
aus der Normalstellung in die Auslenkstellung öffnen bzw.
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schließen. Je nach den Anforderungen kann durch das Öffnen bzw. Schließen
des Stromkreises auch ein Relais betätigt werden.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Trägheitsschalters
liegt darin, daß er auf einfache Weise so ausgebildet werden kann, daß ein richtungsabhängiges
Ansprechen erfolgt. Dies ist insbesondere bei der Verwendung als Sicherheitsschalter
in Kraftfahrzeugen wichtig, da die Wirkung eines auf das Fahrzeug einwirkenden Impulses
je nach ihrer Richtung sehr unterschiedlich ist. So ist beispilelsweise ein Auffahren
mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h meist ungefährlich, während ein seitliches
Anfahren mit der gleichen Geschwindigkeit durchaus zu Totalschäden und tödlichen
Unfällen führen kann. Weiterhin treten beim normalen Betrieb eines Kraftfahrzeuges
durch Bremsen und Beschleunigen nur solche Impulse auf, die im wesentlichen parallel
zur Längsachse des Fahrzeuges gerichtet sind. Für derartige und zahlreiche andere
Anwendungszwecke ist es daher wesentlich, den Trägheitsschalter so auszubilden,
daß er auf Impulse aus unterschiedlichen Richtungen verschieden anspricht.
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Dies kann beim erfindungsgemäßen Trägheitsschalter sehr einfach dadurch
erreicht werden, daß man Federvorrichtungen mit unterschiedlicher Federkraft benutzt,
diese zweckmäßig zusätzlich auf an sich bekannte Weise in ihrer Federkraft verstellbar
macht sowie gegebenenfalls zusätzlich die geometrische Form des Querschnittes der
Schaltausnehmung und des Querschnittes des Schaltelementes so aufeinander abstimmt,
daß die Abstände zwischen den Wandungen der Schaltausnehmungen und dem Schaltelement
verschieden groß bemessen sind.
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Da der erfindungsgemäße Trägheitsschalter mehrere nach verschiedenen
Richtungen verspannte
Federvorrichtungen aufweist und diese somit sowohl axialen
als auch radialen Verformungen ausgesetzt sind, finden vorzugsweise Schraubenfedern
Verwendung, deren Federkraft einfach durch Verstellung der Gegenlager reguliert
werden kann.
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Für bestimmte Anforderungen kann es zweckmäßig sein, an den Seitenwandungen
der Schaltausnehmung des Trägheitselementes elektrisch leitende Bereiche vorzusehen,
die mit entsprechenden Zuleitungen verbunden sind und bei einer Berührung mit dem
elektrisch leitenden Kontaktstück des Schaltelementes einen Stromkreis schließen.
Eine derartige Konstruktion kann besonders einfach und platzsparend ausgebildet
werden.
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Wenn das Schaltelement nach seiner Auslenkung durch ein federbelastetes
Rückstellsperrteil an einer Rückkehr in seine Normalstellung gehindert ist, kann
vorteilhaft in an sich bekannter Weise eine manuell betätigte Rückstellvorrichtung
vorgesehen sein, welche das Rückstellsperrteil gegen die zugehörige Federvorrichtung
in seine Ausgangsstellung zurückzieht, so daß das Schaltelement ebenfalls in seine
Normalstellung zurückkehren kann.
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Im folgenden werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen schematischen Querschnitt
durch einen Trägheitsschalter, Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Horizontalschnitt
durch einen Trägheitsschalter gemäß F i g. 1, F i g. 3 einen schematischen Querschnitt
durch eine andere Ausführungsform des Trägheitsschalters, F i g. 4 einen schematischen
Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Trägheitsschalters, F i g. 5
einen schematischen Querschnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform
des Trägheitsschalters, F i g. 6 einen schematischen Horizontalschnitt durch einen
Trägheitsschalter mit abgewandeltem Trägheitskörper, Fig. 6 a einen schematischen
Horizontalschnitt durch einen Trägheitsschalter mit dreieckigem Körper, F i g. 7
einen schematischen Längsschnitt durch einen Trägheitsschalter mit elektrisch leitenden
Bereichen am Trägheitselement und Fig.8 einen schematischen Längsschnitt durch eine
weitere Ausführungsform eines Trägheitsschalters.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Trägheitsschalter besitzt ein
in einem Gehäuse 1 durch vier in einer Ebene unter rechten Winkeln zueinander verspannte
Schraubenfedern 3 a bzw. 3 b in einer Ruhelage gehaltenes, scheibenförmiges Trägheitselement
4 mit einer durchgehenden, zentrischen Schaltausnehmung 2 mit kreisförmigem Querschnitt,
ein durch diese hindurchragendes, in einer federnden Halterung 6 auslenkbar gelagertes,
stabartiges Schaltelement 5 sowie ein durch eine Federvorrichtung 12 in der Normalstellung
axial gegen das Schaltelement 5 angedrücktes, in dessen Auslenkstellung daran vorbeibewegtes
Rückstellsperrteil 10 mit einem daran angeordneten, elektrisch leitenden Kontaktelement
11, das nur in der Normalstellung des Schaltelementes 5 an fest angeordneten Kontakten
8 und 9 des zu schaltenden Stromkreises anliegt. Die Federkraft der Schraubenfedern
3 a und 3 b kann durch Stellschrauben 16 reguliert werden, die in entsprechenden,
die Enden der Federn umfassenden, mit Innengewinden
versehenen Stutzen
15 verdrehbar sind. Mittels eines Rückstellknopfes .17 kann das Rückstellsperrteil
10 gegen die Wirkung der Feder 12 in seine Normalstellung zurückgezogen werden.
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Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellten, abgewandelten Ausführungsformen
des Trägheitsschalters entsprechen hinsichtlich der allgemeinen Anordnung des durch
die Federn 3 gehaltenen Trägheitselementes 4 und des durch die Schaltausnehmung
2 hindurchragenden Schaltelementes 5 den F i g. 1 und 2, sind jedoch hinsichtlich
der Formgebung und Beschaffenheit des Schaltelementes 5, des Rückstellsperrelementes
10 und der Anordnung der Kontakte 8 und 9 abgewandelt. So wird bei der Ausführungsform
gemäß F i g. 3 ein Schaltelement 5 aus biegeelastischem Material, gemäß F i g. 4
ein Schaltelement 5 mit einem an dessen Spitze angeordneten, mit der Zuleitung 9
verbundenen Kontakt und gemäß F i g. 5 ein Schaltelement 5 verwendet, das beim Auftreffen
des Trägheitselementes 4 zerstört wird. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 wird
das Rückstelisperrteil 10 nach dem Auslenken des Schaltelementes 5 durch die Feder
12, so weit abwärts gedrückt, daß der am Rückstellsperrteil 10 angeordnete, mit
der Zuleitung 9 verbundene Kontakt 7 mit dem festen Kontakt 8 in Berührung kommt,
so daß der Stromkreis geschlossen wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 wird das Rückstellsperrteil
10 mit einem an dessen Spitze angeordneten, mit der Stromzuleitung 8 verbundenen
Kontaktstück durch eine Blattfeder 12 gegen das Kontaktstück des Schaltelementes
5 angedrückt.
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Wenn das Schaltelement 5 durch das Trägheitselement4 ausgelenkt wird,
werden die Kontakte unter brochen, und das durch die Blattfeder 12 abwärts gedrückte
Rückstellsperrteil 10 hindert das Schaltelement 5 an der Rückkehr in seine Normalstellung.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 ist der Kontakt 9 als Blattfeder
ausgebildet, die durch das SchaltelementS so weit aufwärts durchgebogen ist, daß
sie mit dem Gegenkontakt 8 in Berührung steht.
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Wenn das zweckmäßig aus einem spröden, leicht brechenden Material
bestehende Schaltelement 5 durch den Anprall des Trägheitselementes 4 zerstört wird,
springt die Blattfeder 9 abwärts in ihre Ruhestellung, so daß der Stromkreis unterbrochen
wird.
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Die F i g. 6 und 6 a zeigen, daß das Trägheitselement 4 auch langgestreckt
oder dreieckig ausgebildet und durch zwei bzw. drei Federn gehaltert sein kann.
Der Querschnitt der Schaltausnehmung 2 und des Schaltelementes 5 wird dabei je -nach
der gewünschten Ansprechrichtung und -empfindlichkeit auf die Anordnung der Federn
3 abgestimmt.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 7 besitzt das Trägheitselement
4 an den Seitenwandungen seiner Schaltausnehmung 2 elektrisch leitende Bereiche,
die mit der Zuleitung 8 verbunden sind. Das Schaltelement 5 ist als doppelarmiger
Hebel ausgebildet, der in seinem; mittleren Bereich schwenkbar gelagert ist und
an seinem oberen und unteren Ende jeweils mit leitend verbundenen Kontakten 7 versehen
ist. Wenn das Schalteltement 5 durch das Trägheitselement 4 aus seiner Ruhelage
verschwenkt wird, gelangt einerseits sein oberer Kontakt in Berührung mit den leitenden
Bereichen des Trägheitselementes, während gleichzeitig sein unterer Kontakt 7 an
einem hohlzylindrischen Ringkontakt 9 zur Anlage kommt, so daß der Stromkreis geschlossen
ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig.8 ist das SchaltelementS biegeelastisch
ausgebildet und trägt an seiner Spitze einen mit einer Zuleitung 9 verbundenen Kontakt,
der in der Normalstellung gegen die elektrisch nicht leitende Unterseite des Rückstellsperrteiles
10 anliegt. Dieses trägt auf seinen radial auswärts gerichteten Flächen mit der
Zuleitung 8 verbundene Kontakte, an welche der Kontakt des Schaltelementes 5 in
der Auslenkstellung zur Anlage kommt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen kann der erfindungsgemäße
Trägheitsschalter richtungsabhängig mit verschiedener Empfindlichkeit ansprechen
und hierin einfach verstellt werden. Infolge des -einfacben Aufbaues ist der Trägheitsschalter
robust und wartungsfrei und kann ohne Schwierigkeiten in kleinen Abmessungen hergestellt
werden.
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Für die meisten Zwecke ist es zwar vorteilhaft, die das Trägheitselement
4 halternden Federn 3 jeweils in einer Ebene anzuordnen. Je nach den Anforderungen
ist es jedoch auch möglich, das Trägheitselement durch vier bis sechs Federn dreidimensional
zu haltern. Bei Verwendung von vier Federn können diese tetraederähnlich verspannt
sein. Bei Verwendung von sechs jeweils zueinander senkrecht verspannten Federn kann
das Trägheitselement im wesentlichen kugelsymmetrisch ausgebildet sein und ein oder
mehrere räumlich diagonal zu den Federachsen liegende Schaltausnehmungen besitzen.
Um unerwünschte Schwingungen des Trägheitskörpers auszuschalten, können parallel
zur Federebene verlaufende Führungselemente vorgesehen sein, welche eine Verschiebung
des Trägheitskörpers in der Federebene nicht behindern. Die Innenabmessungen des
Gehäuses werden zweckmäßig so gewählt, daß auch bei sehr starken Impulsen möglichst
keine unerwünschte Beschädigung des Schaltelementes durch das Trägheitselement eintritt.
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Patentansprüche: 1. Elektrischer Trägheitsschalter, insbesondere
für Fahrzeuge und bewegte Körper, mit einem durch nach verschiedenen Richtungen
verspannte Federvorrichtungen gehalterten Trägheitselement und bei dessen Verlagerung
betätigten Kontakten, gekennzeichnet durch eine am Trägheitselement (4) angeordnete
Schaltausnehmung (2), mindestens ein in diesehineinragendes Schaltelement (5), wobei
das Trägheitselement (4) durch die Federvorrichtungen (3) in einer Ruhelage mit
vorbestimmten Abständen der Wandungen der Schaltausnehmung (2) vom Schaltelement
(53 gehalten wird.
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2. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trägheitselement (4) im wesentlichen platten- oder scheibenförmig ist, eine
durchgehende Schaltausnehmung (2) besitzt und durch drei bis sechs daran angreifende,
in einer Ebene unter etwa gleichen Winkeln zueinan der verspannte Federn (3) gehaltert
ist.
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3. Trägheitsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ruhelage des Trägheitselementes (4) die Schaltausnehmung (2) das Schaltelement
(5) in etwa konzentrisch umschließt.