DE2221395C3

DE2221395C3 - Stoßempfindlicher elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE2221395C3
Application number: DE2221395A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kyoto Ninomiya; Kenichi Hyogo Onishi; Kazutaka Kyoto Tomohiro
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1974-09-19
Also published as: DE2221395A1; US3740503A; DE2221395B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse für vertikale Betriebsstellung, das eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthält und in das zwei am Gehäuse befestigte elektrische Anschlüsse ragen, von denen der zweite mit der Flüssigkeit in Berührung steht, wobei durch Ausübung einer äußeren Kraft oder eines äußeren Stoßes auf das Gehäuse die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen herstellbar ist.
Bekannte Flüssigkeitsschalter dieser Art sind nur durch Ausübung einer horizontalen Kraft oder eines horizontal gerichteten Stoßes auf den Schalter oder durch Kippeij des Schalters betätigbar. Es ist auch ein Schalter bekannt (USA.-Patentschrift 3 089 007), der durch Ausübung einer horizontal oder einer vertikal gerichteten Kraft bzw. eines entsprechend gerichteten Stoßes betätigbar ist. Dieser Schalter enthält jedoch keine leitende Flüssigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der durch Ausübung einer äußeren Kraft oder eines äußeren Stoßes auf den Schalter betätigbar ist, und zwar unabhängig von der Richtung, in der die Kraft ausgeübt wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse ein elektrisch leitendes Gewicht elastisch axial verlagerbar in einem bestimmten Abstand über der Flüssigkeit angeordnet und mit dem ersten Anschluß elektrisch verbunden ist, daß das Gewicht ein Kontaktstück aufweist, das elektrisch vom Gewicht getrennt und mit dem zweiten Anschluß verbunden ist, so daß bei Ausübung der äußeren Kraft oder des äußeren Stoßes auf das Gehäuse das Gewicht in Axialrichtung des Gehäuses so weit verlagerbar oder die Oberfläche der Flüssigkeit so weit neigbar ist, daß das Gewicht mit der Oberfläche der Flüssigkeit oder das Kontaktstück mit dem ersten Anschluß in Berührung bricgbar und die elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen herstellbar ist.

Das Gewicht kann mit einer durchgehenden axialen Bohrung versehen sein, und die inneren Enden der Anschlüsse können in die sich gegenüberliegenden Enden der Bohrung ragen und einen Spalt zwischen sich freilassen, in dem das Kontaktstück angeordnet ist. Vorzugsweise weist das Kontaktstück ein Loch zur Verringerung des Strömungswiderstandes des Kontaktstücks bei der gemeinsamen Bewegung mit dem Gewicht auf. Zumindest ein Teil des ersten Anschlusses kann von einer Schraubenfeder umgeben sein, so daß das eine Ende der Schraubenfeder mit dem ersten Anschluß und ihr anderes Ende mit dem Gewicht in Berührung steht und den ersten Anschluß mit dem Gewicht elektrisch verbindet und

das Gewicht elastisch trägt Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des zweiten Anschlusses von einer zwei ija Schraubenfeder umgeben, die das Gewicht über das Kontaktstück elastisch trägt. Das Gewicht kann mit einer sich vorzugsweise konisch, verjüngenden Oberfläche versehen sein, die mit der Oberfläche der Flüssigkeit in Berührung bringbar ist. Zumindest einer der Anschlüsse kann rohrförmig ausgebildet sein, so daß über diesen rohrförmigen Anschluß eine Evakuierung des Gehäuses und Einfüllung der Flüssigkeit in das Gehäuse erfolgen kann.

Das elektrisch isolierende Gehäuse kann aus Glas hergestellt sein, und bei der elektrisch leitenden Flüssigkeit kann es sich um Quecksilber handeln.

Normalerweise wird das Gewicht oberhalb der Flüssigkeitsoberflf.;he gehalten, ohne daß sich Gewicht und Flüssigkeit berühren. Da das Gewicht jedoch elastisch aufgehängt ist, ist es verbal relativ zur Oberfläche der Flüssigkeit bewegbar.

Wenn das Gewicht die mittlere Ruhelage ein- *o nimmt, ist der Schalter geöffnet. Nimmt man jetzt an, daß auf den Schalter in horizontaler Richtung eine Kraft oder ein Stoß ausgeübt wird, dann verschiebt sich zwar das Gewicht mehr oder weniger in horizontaler Richtung zusammen mit dem Gehäuse, doch ergibt sich keine Relativbewegung zwischen Gewicht und Gehäuse bzw. den Anschlüssen in vertikaler Richtung. Dagegen erzeugt die leitende Flüssigkeit auf Grund ihrer Massenträgheit eine Reaktionski aft gegen die horizontale Kraft. Diese Reaktionskraft bewirkt, daß sich die Flüssigkeit in dem Gehäuse bewegt, so daß sich die Flüssigkeitsoberfläche, die im Normalzustand horizontal war, jetzt schrägstellt. Der Neigungswinkel ist dabei der Betätigungskraft proportional. Wenn die Kraft einen vorbestimmten Betrag und damit die Flüssigkeitsoberfläche einen vorbestimmten Neigungswinkel überschreitet, berührt die Flüssigkeitsoberfläche einen unteren Teil des Gewichts, so daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Gewicht und der Flüssigkeit entsteht. Wie bereits erwähnt wurde, berührt die obere Schraubenfeder das Gewicht, während die untere Schraubenfeder mit der Flüssigkeit in Berührung steht und die beiden Schraubenfedern jeweils den oberen und den unteren Anschluß berühren, so daß die beiden Anschlüsse jetzt elektrisch verbunden sind. Dies bedeutet, daß der Schalter jetzt geschlossen ist. Kurz danach nimmt dw Flüssigkeitsoberfläche wieder ihre ursprüngliche horizontale Lage ein, so daß die Berührung zwischen Gewicht und Flüssigkeit unterbrochen und damit der Schalter wieder geöffnet ist.

Wenn in vertikaler Richtung auf den Schalter eine Kraft ausgeübt wird, kann die Flüssigkeit hochspritzen und dabei das Gewicht berühren, doch ist dieses Hochspritzen nicht ausreichend, um eine Verbindung zwischen Gewicht und Flüssigkeit herzustellen. Da jedoch das Gewicht elastisch im Gehäuse aufgehängt ist, bewirkt die vertikale Kraft, daß sich das Gewicht auf Grund seines Beharrungsvermögens relativ zum Gehäuse entgegengesetzt zur Kraftrichtung bewegt. Wenn daher die Kraft nach oben gerichtet ist, kommt das Gewicht mit der Flüssigkeit in Berührung. Ist die Kraft dagegen nach unten gerichtet, kommt das Kontaktstück in der axialen Bohrung des Gewichts mit dem unteren Ende des oberen Anschlusses in Beruhrung. Da die untere Schraubenfeder stets mit dem Kontaktstück in Berührung steht, werden die Anschlüsse auf diese Weise elektrisch verbunden, so

daß der Schalter geschlossen ist. Im nächsten Augenblick nimmt das Gewicht wieder seine mittlere Lage ein, so daß der Schalter geöffnet wird.

Wenct auf den Schalter eine schwingende Kraft ausgeübt wird, vollziehen sich im Prinzip die gleicnen Vorgänge unabhängig von der jeweiligen Kraftrichtung.

Dieser Schalter spricht daher sowohl auf horizontale als auch auf vertikale Kräfte an. Die Betätigung erfolgt jedoch erst dann, wenn die Kraft unabhängig von ihrer Richtung einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Hierbei kann der vorbestimmte Betrag der Kraft von vornherein festgelegt werden, und zwar durch entsprechende Wahl eines oder mehrerer Parameter des Schalters, wie der Abmessungen, insbesondere der Anschlußabstände, der Federkonstanten, der Masse des Gewichts und der Flüssigkeitsmenge.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand von Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

F i g. 1 stellt einen Vertikalschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Schalters in seinem normalen, offen Zustand dar;

F i g. 2 ist eine der Ansicht nach F i g. 1 ähnliche Ansicht, stellt jedoch den Schalter in einem geschlossenen Übergangszustand dar, während eine horizontale Kraft von rechts in F i g. 2 her auf ihn ausgeübt wird;

F i g. 3 ist eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht, stellt jedoch den Schalter in einem geschlossenen Übergangszusiand dar, während eine vertikal abwärts gerichtete Kraft auf ihn ausgeübt wird;

Fig.4 ist eine ähnliche Ansicht wie die Ansicht nach Fig. 1, stellt jedoch den Schalter in einem geschlossenen Übergangszustand dar, während eine vertikale Kraft von unten her auf ihn ausgeübt wird.

Der Schalter nach Fig. 1 hat ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 aus elektrisch isolierendem, durchsichtigem Glas. Zwei Anschlüsse 11 und 12 ragen gas- und flüssigkeitsdicht jeweils durch die obere und untere Endwand des Gehäuses 10, wobei sie so am Gehäuse befestigt sind, daß ihre Längsachse mit der Achse des Gehäuses zusammenfällt. Jeder Anschluß hat etwa die Form eines Rohres aus elektrisch leitendem Material, wobei die sich gegenüberliegenden Enden anfangs offen sind. In dem Gehäuse ist ein Gewicht 14 aus einem elektrisch leitenden Material mit einer axial durchgehenden Bohrung 15 vorgesehen. Das Gewicht ist federnd bzw. elastisch in dem Gehäuse 10 aufgehängt, so daß die Achse der Bohrung 15 ebenfalls mit der Achse des Gehäuses zusammenfällt. Die inneren Endteile der Anschlüsse 11 und 12 ragen in die sich gegenüberliegenden Enden der Bohrung 15 des Gewichts 14, so daß zwischen den sich gegenüberliegenden Enden der Anschlüsse in der Bohrung 15 ein Spalt auftritt. Der aus dem Gehäuse 10 herausragende Teil jedes Anschlusses u/ird zur elektrischen Verbindung mit einem äußeren Stromkreis verwendet.

Der in das Gehäuse 10 ragende Teil des oberen Anschlusses 11 ist von einer Schraubenfeder 16 aus einem elektrisch leitenden Material umgeben. Das obere Ende der Feder 16 steht mit dem oberen Anschluß 11 in Berührung, während ihr unteres Ende an einem Absatz 24 anliegt, der in der Bohrung 15 des Gewichts ausgebildet ist, so daß das Gewicht durch die Federkraft nach unten gedrückt wird. Auf

diese Weise ist eine elektrische Verbindung zwischen des Quecksilbers so schräg, daß es die rechte Ecke dem oberen Anschluß 11 und dem Gewicht 14 über des Gewichts 14 berührt. Auf diese Weise ergibt sich die Schraubenfeder 16 hergestellt. In ähnlicher Weise eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüsumgibt eine untere Schraubenfeder 18 den unteren sen 11 und 12 über die obere Schraubenfeder 16, das Anschluß 12 innerhalb des Gehäuses 10 schraubenli- 5 Gewicht 14 und das Quecksilber 26. Mit anderen nienartig. Das untere Ende der Feder 18 wird mit Worten, der Schalter ist jetzt geschlossen. Kurz dadem unteren Anschluß 12 in Berührung gehalten, nach verlagert sich das Quecksilber in entgegengewährend das obere Ende der Feder an einer Kon- setzter Richtung, wobei sich der Neigungswinkel der taktscheibe 20 anliegt, die in der Bohrung IS des Ge- Oberfläche des Quecksilbers verringert, und dann wichts 14 in axialem Abstand vom Absatz 24 befe- vo verlagert sich das Quecksilber wieder in die urstigt ist, so daß die Feder 18 das Gewicht elastisch sprüngliche Richtung, so daß sich der Neigungswinnach oben drückt. Die Masse des Gewichts und die kel wieder erhöht. Dieses Mal steigt die Quecksilber-Elastizität der oberen Feder 16 stehen mithin mit der oberfläche jedoch nicht so weit an wie beim ersten Elastizität der unteren Feder 18 derart im Gleichge- Mal. Die Oberfläche des Quecksilbers schwingt auf wicht, daß das Gewicht frei hängenbleibt. 15 diese Weise weiter, bis sie nach kurzer Zeit ihre ur-

Die Kontaktscheibe 20 ist vom Gewicht durch eine sprüngliche horizontale Lage wieder eingenommen

isolierende Hülse 22 elektrisch getrennt, die in der hat.

unteren Hälfte der Bohrung 15 eingesetzt ist. Diese Wenn auf den Schalter entgegengesetzt zur Rich-Hülse trennt auch die untere Schraubenfeder 18 und tung des Pfeils 31, d. h. in horizontaler Richtung von den unteren Anschluß 12 vom Gewicht. Die Kon- ao links nach rechts, oder senkrecht zur Zeichenebene taktscheibe 20 braucht nicht mechanisch an der eine Kraft auf den Schalter ausgeübt wird, wird der Hülse befestigt zu sein, sondern kann einfach an Schalter in ähnlicher Weise geschlossen, nur daß die einem schulterartigen Absatz 23 im oberen Ende der Neigungsrichtung der Quecksilberoberfläche in AbHülse durch die untere Schraubenfeder gehalten sein. hängigkeit von der Richtung, in der die Kraft auf den Ein enges Loch 21 kann mit Vorteil in der Kontakt- as Schalter ausgeübt wird, anders verläuft. Der Schalter scheibe 20 ausgebildet sein, um ihren Strömungs- wird mithin durch eine horizontal auf ihn ausgeübte widerstand bei einer Vertikalbewegung des Gewichts Kraft geschlossen, unabhängig davon, in welcher zu verringern. senkrecht zur Gehäuseachse verlaufenden Richtung

In dem Gehäuse 10 ist eine vorbestimmte Menge die Kraft ausgeübt wird.

einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 26, z. B. Queck- 30 Wie bereits erwähnt wurde, ist der Neigungswinkel

silber, enthalten. Darüber hinaus kann noch Wasser- der Oberfläche des Quecksilbers 26 proportional

stoffgas enthalten sein, um die Fluidität des Queck- zum Betrag der auf den Schalter ausgeübten Kraft,

silbers zu verbessern. Das Quecksilber steht ständig Daher bestimmt die Masse bzw. Menge des Quecksil-

mit der unteren Schraubenfeder 18 in Berührung. bers 26 und die normale vertikale Lage des Gewichts

Bei der Herstellung dieses Schalters ist es vorteil- 35 die Kraft, die zum Schließen des Schalters erforderhaft, zunächst zwei Hälften des Gehäuses durch Tei- lieh ist. Mit anderen Worten, um die erforderliche len des Gehäuses in einer Ebene senkrecht zu dessen Kraft zu bestimmen, können die Quecksilbermenge Achse zu bilden, die erforderlichen Teile in jeder der und die normale Lage des Gewichts entsprechend beHälften za befestigen und dann die Hälften zu einem stimmt werden.

vollständigen Gehäuse zusammenzusetzen, während 40 Der Umfang des unteren Endes 28 des Gewichts das Gewicht in hängender Lage gehalten wird. Einer kann nach unten verjüngt sein, so daß es durch eine der rohrförmigen Anschlüsse, z.B. der Anschluß 11, Änderung des Neigungswinkels des verjüngten Ranwird dann geschlossen, dann durch die andere An- des 28 möglich ist, die Kraft zu ändern, die erforderschlußöffnung das Gehäuse evakuiert, anschließend lieh ist, um die Quecksilberoberfläche so weit zu nei-Quecksilber und Wasserstoff in das Gehäuse gefüllt 45 gen, daß sie den verjüngten oder konischen Rand des und schließlich die öffnung des rohrförmigen An- Gewichts berührt.

Schlusses 12 geschlossen. Die Wasserstoff menge ist Bei der Darstellung nach F i g. 3 ist angenommen

vorzugsweise so gewählt, daß der Innendruck etwa daß auf den Schalter eine Kraft in Richtung eine:

dem zweifachen Atmosphärendruck entspricht. Pfeils 32, d. h. vertikal nach unten, ausgeübt wird

Der Schalter ist an einem Rahmen oder einer Basis 50 Dabei wird das Gehäuse JO gleichzeitig nach untei

in der vertikalen, in F i g. 1 dargestellten Lage befe- bewegt, während das Gewicht 14 seine Anfangslage

stigt Die Basis wird mit dem Schalter darauf an beibehält, so daß die Schraubenfeder 16 so weit zu

einer Stelle angeordnet, an der auf den Schalter au- sammengedrückt wird, bis die Kontaktscheibe 20 da

ßere Kräfte ausgeübt werden. untere Ende des oberen Anschlusses 11 berührt, wi

Es sei angenommen, daß — wie es in F i g. 2 dar- 55 es in F i g. 3 dargestellt ist, so daß die Anschlüsse 1

gestellt ist — eine äußere Kraft von rechts nach links und 12 jetzt über die Kontaktscheibe 20, die Fede

in der durch einen Pfeil 31 angedeuteten horizonta- 18 und das Quecksilber 26 elektrisch verbünde

len Richtung ausgeübt worden ist. Durch diese Kraft sind. Dies bedeutet, daß der Schalter jetzt geschlos

wird das Gewicht nicht vertikal verlagert, da es nur sen ist. Kurz darauf bewegt sich das Gewicht wiedi in vertikaler Richtung bewegbar ist. Da sich jedoch 60 nach unten und dann wieder nach oben. Die vert

das Quecksilber 26 in dem Gehäuse frei bewegen kale Hin- und Herbewegung oder Schwingung daue;

kann, bewirkt die horizontale Kraft, daß sich das so lange mit abnehmender Amplitude an, bis das G<

Quecksilber nach rechts in bezug auf das Gehäuse wicht in der Lage nach F i g. 1 zur Ruhe kommt,

bewegt, und zwar so, daß sich die Quecksilberober- Bei der Darstellung nach F i g. 4 ist angenommei fläche schräg zur Horizontalebene einstellt, wie es in 65 daß auf den Schalter eine in Richtung eines Pfeils 3

Fig.2 dargestellt ist. Der Neigungswinkel ist der vertikal aufwärts gerichtete Kraft ausgeübt wurd

ausgeübten Kraft proportional. Das Gehäuse 10 bewegt sich dabei augenblicklü

Bei hinreichender Kraft stellt sich die Oberfläche vertikal nach oben, während da« Gewicht 14 2

nächst seine Anfangslage so lange beibehält, bis ^s mit dem Quecksilber am Boden des Gehäuses 10 in Berührung kommt, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 11 und 12 über die obere Schraubenfeder 16, das Gewicht 14 und das Quecksilber 26 hergestellt wird. Dies bedeutet, daß der Schalter jetzt geschlossen ist. In diesem Falle ist es ebenfalls möglich, die zur Betätigung des Schalters erforderliche Kraft durch entsprechende Wahl der

Menge des Quecksilbers 26, der Masse des Gewicht! 14 und der Elastizität der Federn 16 und 18 festzulegen.

Bei dieser Erläuterung wurde angenommen, da£ die Kraft in Form eines Stoßes oder Schlages auf der Schalter ausgeübt wird. Der gleiche Bewegungsabiaul tritt jedoch auch dann auf, wenn die Kraft in Fonr einer Schwingung ausgeübt oder wenn das Gehäuse 10 geneigt und keine Kraft auf es ausgeübt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409638/2

Claims

Patentansprüche:

1. Schalter mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse für vertikale Betriebsstellung, das eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthält und in das zwei am Gehäuse befestigte elektrische Anschlüsse ragen, von denen der zweite mit der Flüssigkeit in Berührung steht, wobei durch Ausübung einer äußeren Kraft oder eines äußeren Stoßes auf das Gehäuse die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen herstellbar ist, dadurch» gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (10) ein elektrisch leitendes Gewicht (14) elastisch axial verlagerbar in einem bestimmten Abstand über der Flüssigkeit (26) angeordnet und mit dem ersten Anschluß (11) elektrisch verbunden ist, daß das Gewicht (S4) ein Koataktstück (20) aufweist, das elektrisch vom Gewicht (14) getrennt und mit dem zweiten Anschluß (12) verbunden ist, so daß bei Ausübung der äußeren Kraft oder des äußeren Stoßes auf das Gehäuse (10) das Gewicht (14) in Axialrichtung des Gehäuses (10) so weit verlagerbar oder die Oberfläche der Flüssigkeit (26) so weit neigbar ist, daß das Gewicht (14) mit der Oberfläche der Flüssigkeit oder das Kontaktstück (20) mit dem ersten Anschluß (11) in Berührung bringbar und die elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen (11,12) herstellbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (14) mit einer durchgehenden axialen Bohrung (15) versehen ist und daß die inneren Enden der Anschlüsse (11, 12) in die sich gegenüberliegenden Enden der Bohrung (15) ragen und einen Spalt zwischen sich freilassen, in dem das Kontaktstück (20) angeordnet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (20) ein Loch (21) zur Verringerung des Strömungswiderstandes des Kontaktstücks (20) bei der gemeinsamen Bewegung mit dem Gewicht (14) aufweist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des ersten Anschlusses (11) von einer Schraubenfeder (16) umgeben ist, so daß das eine Ende der Schraubenfeder mit dem ersten Anschluß (11) und ihr anderes Ende mit dem Gewicht (14) in Berührung steht und den ersten Anschluß (11) mit dem Gewicht (14) elektrisch verbindet und das Gewicht (14) elastisch trägt.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des zweiten Anschlusses (12) von einer zweiten Schraubenfeder (18) umgeben ist, die das Gewicht (14) über das Kontaktstück (20) elastisch trägt.

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse (11, 12) jeweils von einer Schraubenfeder (16,18) umgeben sind, deren eines Ende jeweils in die durchgehende Bohrung (15) des Gewichts (14) ragt, so daß das Gewicht (14) elastisch getragen ist.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (14) mit einer sich, vorzugsweise konisch, verjüngenden Oberfläche (28), die mit der Oberfläche der Flüssigkeit (26) in Berührung bringbar ist, versehen ist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Anschlüsse (11,12) rohrförmig ist, so daß über diesen rohrförmigen Anschluß (11; 12) eine Evakuierung des Gehäuses (10) und Einfüllung der Flüssigkeit (26) in das Gehäuse (10) erfolgen kann.