DE2110696A1 - Schnappschalter - Google Patents

Description

DIPL-ING. ROLAND MERTENS PATENTANWALT

6 Frankfurt α M., am 1. März 1971 Ammelburgstraße 34 Pt/ame ftnupndiar 590045 TAx 04-14354

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HONEYWELL INO. 2701 Fourth. Avenue South Minneapolis, Kinn· USA

"Schnappschalter"

Die Erfindung betrifft einen mit einem gehäusefesten und einem beweglichen Widerlager für eine Feder versehenen Schnapp schalter.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Schnappschalter der obengenannten Art zu schaffen, dessen Herstellungskosten relativ niedrig sind und der bei guter elektrischer Ebntaktgabe eine lange mechanische Lebensdauer aufweist* ■

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Die lange Lebensdauer der obengenannten Schalter hängt im wesentlichen von den auf die beweglichen Elemente des Schalters ausgeübten Drücke und Druckkräfte ab. Wichtig für eine gleichbleibend gute elektrische Kontaktgabe ist besonders, daß die einzelnen Kontakte sauber gehalten werden und daß ein zur teilweisen Verschweißung und Erosion der Kontakte führendes Prellen der Kontakte weitgehend vermieden wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine an ihren Enden zwischen die Widerlegen- eingespannte Blattfeder etwa in der Mitte zwischen den Federenden ein zur elektrischen Kontaktgabe geeignetes Federteil aufweist, daß in der Höhe des Federteiles zwei gehäusefeste, zu beiden Seiten der Feder angeordnete Anschläge vorgesehen sind, von denen zumindest einer einen elektrischen Anschluß trägt, daß der Abstand zwischen den Anschlägen zu beiden Seiten der Feder eine Bewegung des Federteiles von einem zum anderen Anschlag unter elektrischer Kontaktgabe mit dem jeweiligen elektrischen Anschluß erlaubt, daß die Anordnung der Widerlager und der Anschläge die Feder in eine S-Form zwingt, wenn sie an einem der beiden Anschläge anliegt und daß eine Bewegungsumkehr des beweglichen Widerlagers außer einer Änderung der wirksamen Federlänge eine Umkehr der Kraftrichtung im Berührungspunkt der Feder mit den beaufschlagten Anschlägen bewirkt, woraus eine entgegen der Bewegung des beweglichen Widerlagers gerichtete Schnappbewegung des Federteiles zwischen den Anschlägen resultiert, wobei die Änderung der effektiven Federlänge eine Krümmungsänderung der S-Form, aber keine Änderung der S-Form selbst verursacht. Auf diese Weise wird der Bewegungsweg der Feder während des Umschaltens sehr klein gehalten, was eine starke Verlängerung der Lebensdauer der Feder und der mit dem sich bewegenden Ende der Feder verbundenen Schalterelemente zur Folge hat· Durch die Ver änderung der effektiven Federlänge ergibt sich weiterhin noch

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eine gewisse Schleifwirkung zwischen dem Federteil und dem "betreffenden Anschlag, so daß die Oberfläche des Federteiles sauber gehalten wird und ein guter elektrischer Übergang von dem Federteil über den Anschlag zu dem jeweiligen elektrischen Anschluß gewährleistet ist.

Eine besonders vorteilhafte Lösung der Aufgabe ist dadurch gegeben, daß zur Vergrößerung der Schnappbewegung zwischen der Feder und den Anschlägen und zur Vernichtung der sich aus der Schnappbewegung der Feder ergebenden kinetischen Energie die Anschläge Jeweils mit einem Federkörper versehen sind, was die Kontaktprellungen auf ein Minimum herabsetzt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, das nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert wird. Darin zeigt:

Fig. 1 in auseinandergezogener -Darstellung Einzelteile des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 den Schalter nach Fig. 1 in zusammengesetzter Form im Ruhezustand und

Fig. 3 den Schalter nach Fig. 1 in zusammengesetzter Form im betätigten Zustand.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich besitzt das Gehäuse 10 eine Ausnehmung 11 und öffnungen 12,13 und 14· am unte£SÖ^esowie Einsenkungen 16 und 1? an der inneren Gehäuserückseite, die zur Aufnahme elektrischer Anschlüsse 20,22. .'- dienen.

Die elektrischen Anschlüsse 20 und 22 tragen an ihrem in der Zeichnung oberen Ende Ansätze 20a bzw. 22a, auf die als Anschläge wirksame, elektrisch leitende Spiralfedern 26 und 28 aufgeschoben werden· Die Spiralfedern 26,28 werden von den Ansätzen 20a, 22a festgehalten und sind mit diesen elektrisch

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verbunden. Die federnden Anachläge 26, 28 bilden daher die gehäuaefeaten Schaltkontakte der elektriachen Anschlüsse 20 und Die Spiralfedern 26 und 28 aind in der Form eines Passes gewickelt, d.h. daß ihr Durchmesser zur Mitte der Feder hin (in Federläng3richtung gesehen) zunimmt. Die Ausgestaltung der Ansätze 20a, 22a·sowie der Spiralfeder^ 26 und 28 erlaubt, insbesondere in der Mitte der Federn eine relativ große Auslenkung der einzelnen Windungen gegenüber den Ansätzen. Während bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel Spiralfedern als ortsfeste Kontakte verwendet werden,können im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch andere Arten von Kontakten eingesetzt werden.

Ein als Drehhebel ausgestalteter zweiter Widerlagerkörper 30 ist mit einem ersten Hebelansatz 30a versehen, der in die öffnung 24a am in der Fig.l oberen Ende des elektrischen Anschlusses 24 eingreift. Der elektrische Anschluß 24 iet als erster Widerlagerkörper für eine Feder 32 wirksam. Die beiden Widerlagerkörper 24, 30 sind jeweils mit einer nutförmigen Ausnehmung 24b bzw. 30b versehen, die als Drehlager für die beiden gegenüberliegenden Enden 32a, 32b einer im ausgebauten Zustand flachen Blattfeder dienen. Die Feder kann an ihren beiden gegenüberliegenden Enden sowie in einem mittleren Teil 32c der Feder mit 'Kontaktmaterial versehen sein.

Von einer öffnung 38 in der Oberseite des Gehäuses wird ein Schaltstössel 36 geführt, der auf den Drehhebel 30 einwirkt, wie weiter unten noch beschrieben wird. Die Führung des Schaltstössels 36 in dem Gehäuse 10 wird noch verbessert durch zwei an den Seiten des Stöasels einander gegenüberliegende FührungBsätze 36a, die entlang geeignet ausgestalteter Schlitze 39 in der inneren GehäuserÜckseite und in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Deckel für den Schalter gleiten, der

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die Öffnung 11 in Pig. 1 nach vorn abschließt.

Wie sich aus Fig. 2 entnehmen läßt, werden die Anschlüsse 20 und. " 22 sowie der zweite Widerlagerkörper 2Ί gleitend in das Gehäuse eingeführt und durch die hierfür vorgesehenen Öffnungen 12, und 1*1 in geeigneter Lage festgehalten. Der als erster Widerlagerkörper 30 dienende Drehhebel ist,wie weiter oben schon erläutert, mit seinem einen Ende 30a drehbar, in einer Öffnung 2Ma des zweiten Widerlagerkörpers 24 gelagert und wird durch das untere Ende des Stößels 36 beaufschlagt. Die Blattfeder 32 ist zwischen den beiden Widerlagerkörpern 2¹I und 30 eingespannt, wobei die Blattfederenden 32a, 32b in die dafür vorgesehenen Nuten 2lJb, 30b eintauchen, die als Drehlager für die Pederenden " dienen. Die Nuten 2i|b und 30b und die Spiralfeder 26 sind nun derart zueinander angeordnet, daß die Blattfeder 32 eine S-Form annimmt, wobei das Pederteil 32c sich im Kontakt mit der in Fig. 2 und Fig. 3 unteren Spiralfeder befindet. Durch die von der Blattfeder 32 auf die mittleren Windungen der Spiralfeder 26 ausgeübte Kraft werden diese nach unten weggedrückt, so daß der Federteil 32c sich mit allen Windungen der Spiralfeder in Kontakt befindet. Eine weitere Folge des Aufbaus und der Anordnung der Blattfeder 32 und der Spiralfeder 26 ist die, daß auf den Drehhebel 30 eine entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtete Kraft einwirkt, die den Schaltstößel 36 nach oben zu drücken sucht und ihn in seiner obersten Stellung hält.(siehe Fig. 2)..Die Anord- j nung der elektrischen Anschlüsse 20 und 22 und der mit ihnen verbundenen Spiralfedern 26 und 28 ist so gewählt, daß bei eingebauter Blattfeder ein freier Raum zwischen der Blattfeder und der als oberer Anschlag wirkenden Spiralfeder 28 bleibt.

Aus der Zeichnung läßt sich entnehmen, daß die einzelnen Bauelemente dee erfindungsgemäßen Schnappschalter ohne besondere Btfestigungseinriohtungen und spezielle Werkzeuge von Hand in

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das Gehäuse 10 eingebaut werden können.

Solange sich der Schnappschalter,wie in Fig. 2 gezeigt, in seiner. Ruhelage befindet, wird von der Spiralfeder 32 und insbesondere dem Federteil 32c eine Kraft ausgeübt, die im wesentlichen senkrecht zum Federteil 32c steht und auf die Spiralfeder 26 einwirkt. Wird nun durch äußere Kräfte der Schaltstößel 36 nach unten bewegt, so beginnt sich der Drehhebel 30 im Uhrzeigersinn zu drehen und bewirkt damit eine reibende Relativbewegung zwischen der Spiralfeder 26 und dem Federteil 32c, die dazu beiträgt, die Kontaktflächen sauber zu halten. Diese reibende Relativbewegung ergibt sich durch die Änderung der effektiven Länge der Feder 32, die aus einer Änderung der Federkrümmung resultiert. Die Krümmung der Feder 32 ändert sich dadurch, daß die Nut 30b des Drehhebels 30 sich gegenüber der Lage der ortsfesten Nut 2¹Ib in dem zweiten Widerlagerkörper 24 und der sich nur wenig ändernden Lage des Federteils 32c nach unten bewegt. Die Abwärtsbewegung des Schaltstößels 36 und die Drehung des Drehhebels 30 im Uhrzeigersinn hat weiterhin zur Folge, daß die Kontaktkrafte zwischen der Spiralfeder 26 und dem mit Kontaktmaterial überzogenen Federteil 32c vermindert werden.

Während sich der Schaltstößel 36 weiter nach unten bewegt und der Drehhebel 30 seine Drehbewegung fortsetzt, hält auch die Reibbewegung der beiden Kontakte 32c, 26 gegeneinander an, wobei sich allerdings die Kraft,mit der das Federteil 32c auf die Spiralfeder 26 einwirkt, ständig vermindert, bis sie schließlich Null wird. Sobald die Kontaktkraft den Nullpunkt passiert hat, tritt die schnappende Wirkung der Blattfeder 32 ein, die sich von der in Fig. 2 gezeigten Lage in die in Fig. 3 gezeigte Lage begibt, in der das Federteil 32c an der als Anschlag wirksamen Spiralfeder 28 anliegt. Durch die Kraft der Feder und durch deren durch die schnappende Wirkung gewonnene kinetische Ener-

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gie werden die mittleren Windungen der Spiralfeder 28 ausgelenkt. Weiterhin wird wegen der sich wiederum ändernden effektiven Federlänge der Feder 32 eine Reibbewegung zwischen dem Federteil 32c und der Spiralfeder 28 ausgeführt, die wiederum zur Reinigung der Kontakte führt. Die durch die Schnappwirkung in der Feder 32 steckende kinetische Energie wird daher schnell durch die reibende Wirkung der beiden Kontakte aufeinander und die Auslenkung der Spiralfeder 28 aufgezehrt, wodurch ein Prellen der Kontakte und das hierdurch bedingte Korrodieren oder Verschweißen der Kontaktflächen vermieden wird. Aus dem Vergleich der beiden Figuren 2 und 3 ergibt sich, daß durch den Schnappvorgang nur eine Änderung der Krümmung der Feder auftritt, nicht aber eine Umkehr der Federkrümmung. Hierdurch wird selbstverständlich die Beanspruchung der Feder 32 stark vermindert, was zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer dieses Bauteiles führt.

Die schnappende Wirkung des Schalters kann monostabil -oder bistabil sein. In dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist sie vom ersten Typ. Aus diesem Grunde ist in der Ausnehmung 11 des Gehäuses 10 eine Anschlagfläche 40 vorgesehen, um die im Uhrzeigersinn gerichtete Drehbewegung des Drehhebels 30 zu begrenzen und damit zu verhindern, daß sich der Stößel beim Verschwinden der auf ihn einwirkenden äußeren Kräfte nicht selbsttätig wieder nach oben bewegt. Während der Aufwärtsbewegung des Stößels 36 von der in Fig. 3 gezeigten Lage aus findet eine in entgegengesetzter Richtung wirkende Schnappwirkung der Feder 32 statt, wobei die Feder in die in Fig. 2 dargestellte Lage zurückkehrt. Hierbei.findet wiederum die kontaktsäubernde Reibwirkung der beiden Kontakte gegeneinander und die Absorption der kinetischen Energie durch eine Spiralfeder statt, wobei es eich diesmal um die andere Kontaktfläche des Federteils 32c und die andere Spiralfeder handelt«

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Abgesehen von den schon beschriebenen Vorzügen des erfindungsgemäßen Schnappschalters besitzt dieser ein günstiges Verhalten gegenüber Schlägen und Schwingungen wegen der ihm eigenen
Kontakt- und Rückstellkräfte. Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Schnappschalters ist die hohe Geschwindigkeit, mit der er betätigt werden kann. So haben Versuche an Schnappschaltern mit Abmessungen der halben Größe des fiusführungsbeispiels nach den Fig. 2 und 3 e^rgeben, daß selbst bei einer Schalthäufigkeit von etwa 2000 Schaltungen pro Minute der Stößel und die von
ihm betätigten beweglichen Schaltelemente noch miteinander
synchron arbeiteten, in dem erfindungsgemäßen Schalter ist als weiterer Vorzug das Zerbrechen einzelner Schaltelemente ausgeschlossen» da die von dem ortsfesten Kontakt ausgeübte Kraft
und die Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktteiles zu Beginn der beiden entgegengesetzten Schaltvorgänge 'in gleicher Richtung verlaufen. t .

-Patentaneprüche-¹ - 9 -

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Schnappschalter mit einem gehäusefesten und einem beweglichen Widerlager, dadurch gekennzeichnet, daß eine an ihren Enden (32a, 32b) zwischen die Widerlager (2*»b, 3Ob) eingespannte Blattfeder (32) etwa in der Mitte zwischen den Federenden ein zur elektrischen Kontaktgabe geeignetes Federteil (32c) aufweist, daß in der Höhe des Federteiles zwei gehäusefeste, zu beiden Seiten der Feder-angeordnete Anschläge (26, 28) vorgesehen sind, von denen zumindest einer einen elektrischen Anschluß · (20, 22) trägt, daß der Abstand zwischen den Anschlägen zu beiden Seiten der Feder eine Bewegung des Federteiles von einem zum anderen Anschlag unter elektrischer Kontaktgabe mit dem jeweiligen elektrischen Anschluß erlaubt, daß die Anordnung.der Widerlager, und der Anschläge die Feder in eine S-Form zwingt, wenn sie an einem der beiden Anschläge anliegt und

   daß eine Bewegungsumkehr des beweglichen Widerlagers (30b) außer einer Änderung der wirksamen Federlänge eine Umkehr der Kraftrichtung im Berührungspunkt der Feder mit dem beaufschlagten Anschlag bewirkt, woraus eine entgegen der Bewegung des beweglichen Widerlagers gerichtete Schnappbewegung des Federteiles zwischen den Anschlägen resultiert, wobei die Änderung der effektiven Federlänge eine Krümmungsänderung der S-Form ohne Änderung der S-Form selbst verursacht .

   it Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß&die Federenden (32a, 32b) in den . Widerlagern (24b, 30b) drehbar gelagert sind, wobei sich durch eine durch Bewegung der Feder (32) bedingte Drehbe wegung der Federenden in den Drehlagern eine Reibbewegung

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   zwischen dem Federteil (32c) der Feder und den mit den Anschlüssen (20, 22) verbundenen Anschlägen (26, 28) ergibt.

   3· Schnappschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlager in Widerlagerkörper (24, 30) eingearbeitete Nuten (24b, 30b) sind, in die die Stirnseiten (32a, 32b) der Blattfeder (32) eintauchen.

   4· Schnappschalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Widerlager (30b) in einen als Drehhebel (30) ausgestalteten ersten Widerlagerkörper eingearbeitet ist, dessen erstes Hebelende (30a) in dem zweiten Widerlagerkörper (24) verankert ist und dessen zweites Hebelende (30b) mit dem einen Federende (32b) derart verbunden ist, daß eine Schwingungsbewegung des Hebels (30) möglich wird.

   5» Schnappschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn* zeichnet, daß das erste Hebelende (30a) drehbar in dem zweiten Widerlagerkörper (24) gelagert ist.

   6. Schnappschalter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (32) und der zweite Widerlagerkörper (24) elektrisch leitend sind, wodurch sich ein elektrischer Schaltkreis aufbauen läßt, zu dem die Feder, der zweite Widerlagerkörper (24) und der mit einem elektrischen Anschluß (20, 22) versehene Anschlag

   (26, 28) gehören.

   7* Schnappschalter nach einem der Ansprüche 1 - 6, d a durch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Schnappbewegung zwischen der Feder (32) und den Anschlägen (26, 28) und zur Vernichtung der sich aus

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   der Schnappbewegung der Feder ergebenden kinetischen Energie die Anschläge jeweils mit einem Federkörper (26,28) versehen sind, was die Kontaktprellungen auf ein Minimum herabsetzt.

   8· Schnappschalter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (28) jeweils eine Schraubenfeder ist, deren Längsachse im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Federteiles (52c) der Feder (32) und zur Verbindungslinie der beiden Widerlager (24b, 30b) für die Federenden (32a, 32b) verläuft.

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