DE2344856A1

DE2344856A1 - Mechanisch betaetigter schalter, insbesondere zuendunterbrecherschalter

Info

Publication number: DE2344856A1
Application number: DE19732344856
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Betz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-09-06
Filing date: 1973-09-06
Publication date: 1975-06-12
Also published as: ES429789A1; ZA745499B; CS170106B2; DE2344856B2

Description

21.8.1973 Rs/Sz

Anlage zur
Patent- un4
-Anme !dung

ROBERT BOSCH GItBK, Stuttgart

Mechanisch betätigter Schalter, insbesondere Zündunterbrecherschalter

Die Erfindung betrifft einen mechanisch betätigten Schalter, insbesondere einenTunterbrecherschalter, mit einer Kontaktanordnung,· welche innerhalb eines geschlossenen, starren Gehäuses sitzt und wenigstens einen beweglichen Kontakt aufweist, der mittels eines durch das Gehäuse hindurchgeführten Bolzens von der Außenseite des Gehäuses aus betätigbar ist.

Bei einem bekannten Zündunterbrecherschalter ist der Betätigungsbolzen für den beweglichen Kontakt durch die Bohrung einer Stellschraube in das Sehalterinnere geführt. Durch eine öldichtung wird der Eintritt von öl, Wasser und Staub in das Schalterinnere weitgehend verhindert.

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Die Abdichtung am Schaft des beweglichen Bolzens bereitet dann Schwierigkeiten, wenn der Innenraum des Schalters entweder Unterdruck oder Überdruck aufweist. Sowohl bei der Konstruktion des Schalters als Vakuumschalter wie auch bei der Konstruktion als Schutzgasschalter mit einem unter Überdruck stehenden Schutzgas sind daher neue konstruktive Maßnahmen erforderlich.

Weiterhin ist ein mechanisch betätigter Schutzgaskontakt bekannt geworden, bei dem der bewegliche Kontakt oder ein den beweglichen Kontakt betätigender Nocken an einer Membrane befestigt ist, welche ein gasdichtes Gehäuse an einer Wand abschließt. Derartige Schalter haben den Nachteil, daß die Spannung der Membran sich mit dem Innendruck im Schalter ändert und somit zu Schwierigkeiten hinsichtlich Justierung und Schaltgenauigkeit führt. Diese Schwierigkeit besteht insbesondere dann, wenn die Schalter erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, wie dies beispielsweise bei Zündunterbrecherkontakten in Kraftfahrzeugen der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mechanisch betätigten Schalter, insbesondere einen Zündunterbrecherschalter für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welcher eine hohe Strombelastbarkeit, eine hohe Betriebsspannung und Schaltfrequenzen bis zu mehreren hundert Hertz zuläßt und gleichzeitig äußerst betriebssicher und wartungsarm aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem mechanisch betätigten Schalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Betätigungsbolzen gasdicht durch das Gehäuse hindurchgeführt ist und daß die von dem Betätigungsbolzen durchdrungene Gehäusewand wenigstens teilweise aus einer den Betätigungsbolzen umschließenden Membrane besteht, welche einerseits mit dem Betätigungsbolzen und andererseits mit dem Gehäuse gasdicht verbunden ist. Durch diese Ausbildung erreicht man, daß die Kontaktbetätigung weitestgehend unab-

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hängig vom Innendruck im Schalter wird und daß eine hohe Schaltgenauigkeit und eine exakte sowie einfache Justierbarkeit ermöglicht werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Membrane als gewellte Membranscheibe ausgebildet ist; eine solche Membrane besitzt'ein relativ großes Dehnungsvemögen und ist dennoch leicht und preiswert herzustellen und im Schalter einzubauen. Es können jedoch auch andere Membrangestaltungen mit Vorteil verwendet werden, insbesondere U-förmige bis V-förmige Membranen, welche eine noch größere Elastizität besitzen als eine ebene Membrane und daher die Schaltbewegung nur minimal dämpfen.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Membrane vorgespannt ist zur Unterstützung oder zur vollständigen Übernahme der Kontakt-Schließ- oder Öffnungskraft. Diese Konstruktion kann besonders dann mit Vorteil angewendet werden, wenn der Schalter als .Schutzgasschalter mit einem unter Überdruck stehenden Schutzgas im Innenraum des Schalters ausgeführt ist, wobei der überdruck des Schutzgases auf die Membrane wirkt und zum Schließen eines Ruhekontaktes in sehr einfacher und zweckmäßiger Weise ausgenutzt wird. Der innere überdruck kann dabei entweder allein oder im Zusammenwirken mit einer Federkraft das Schließen der Kontakte bewirken.

Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich dadurch, daß das Gehäuse aus einer von dem Betätigungsstößel durchdrungenen, durch die Membrane abgedichteten. Grundplatte und einem topfförmigen Deckel besteht, wobei vorteilhafterweise zwischen dem Gehäusedeckel und dem inneren Ende des Betätigungsbolzens eine Feder angeordnet ist, welche im Wechselspiel mit einer von außen auf den Betätigungsbolzen ausgeübten Kraft die Kontakte öffnet oder schließt. Der Schalter kann also sowohl mit einem Ruhekontakt wie mit einem Arbeitskontakt ausgeführt werden; die genannte Feder kann die Kontaktkraft allein oder zusammen mit dem zuvor geschilderten Schutzgas-Überdruck bewirken. Fener ist es möglich, den Unterdruck im Schalterinnenraum bei der Ausbildung des Schalters als Vakuumschalter zur Unterstützung einer Federkraft zum Schließen oder öffnen der Kontakte zu benutzen.

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Insbesondere bei der Ausbildung des Schalters als Schutzgasschalter ist es zweckmäßig, wenn wenigstens einer der beiden Kontakte mit Quecksilber getränkt .sind. Hierbei werden vorteilhafterweise Sintermetall-Kontakte verwendet. Man erhält auf diese Art praktisch verschleiß- und wartungsfreie Kontakte.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand der Abbildungen in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. I einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalter, und

Fig. 2 Schnitte durch die Grundplatte des Schalters mit jeweils bis 5 anders ausgebildeter Membrane und mit einer anderen Ausbildung der Bolzenführung und der Schalterbefestigung.

In Fig. 1 ist ein mechanisch betätigter Schalter im Schnitt dargestellt, der als Vakuumschalter ausgeführt ist und vorzugsweise als Zündunterbrecher-Schalter benutzt v/erden kann. Mit 10 ist ein beweglicher Kontakt bezeichnet, welcher exzentrisch und fest mit einem Betätigungsbolzen 11 unter Zwischenschaltung eines Tragteils 12 verbunden ist. Das Tragteil 12 besteht aus Metall, wenn der bewegliche Kontakt mit Masse verbunden ist, und aus Isolierstoff, wenn der bewegliche Kontakt gegenüber dem Bolzen 11 elektrisch isoliert werden soll. Dem beweglichen Kontakt 10 gegenüber ist ein Festkontakt IjJ in einem Isolierstoff teil 14 einer Grund-" platte 15 des Schaltergehäuses befestigt. Das Schaltergehäuse wird vervollständigt durch einen topfförmigen Deckel 16, der zur Zentrierung einer Schraubenfeder 17 einen Ansatz 18 trägt. Die Feder 17 ist vorgespannt und liegt mit ihrem einen Ende am Ansatz 18 des Deckels 16 und mit ihrem anderen Ende an einem abgesetzten Teil 19 am inneren Ende 20 des Bolzens 11 an.

Das Schaltergehäuse ist starr ausgebildet und wird durch eine Membrane 21 gasdicht verschlossen. Die Membrane 21 besteht ebenso wie der Bolzen 11 aus Metall und ist einerseits mit dem Betäti-

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gungsbolzen und andererseits mit dem Gehäuse gasdicht verbunden. Der Bolzen 11 ist in einem Sockel 22 des Schaltergehäuses längsverschiebbar geführt und durchdringt die Grundplatte I5 des Gehäuses im Bereich einer Aussparung 23. Die Bewegung des Bolzens 11 wird durch eine Nockenwelle 24 gesteuert. Die auf den Bolzen 11 ausgeübte Kraft ist durch einen Pfeil 25 angedeutet, die Beilegung des Bolzens 11 durch einen Doppelpfeil 26.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen konstruktive Abwandlungen bezüglich der Ausführung der Membrane und der Gehäusegrundplatte. Während in Pig. 1 die Membrane 21 als gewellte, ebene Membrane ausgeführt ist, besitzt die in Fig. 2 gezeigte Ausführung eine U-förmige Membrane 27 mit einem kürzeren Schenkel 28 und einem längeren Schenkel 29. Der kürzere Schenkel 28 der Membrane 27 ist gasdicht und fest mit dem Bolzen 11, der längere Schenkel 29 gasdicht und fest mit einer Grundplatte 30 des Schaltergehäuses verbunden. An die Grundplatte 30 ist ein Ansatz J>1 angeformt, in dem der Betätigungsbolzen 11 geführt ist. Der Ansatz 31 besitzt ein Außengewinde 32, mit dem der Schalter in eine Gewindebohrung einschraubbar ist. Am äußeren, unteren Ende des Bolzens ist ferner eine abgerundete Kuppe 33 für den Angriff der Nockenwelle 24 oder eines anderen Becätigungsteils angeformt oder aufgesetzt.

Die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausgestaltungen untersheiden sich von derjenigen in Fig. 2 nur durch die Ausbildung der Membrane und durch deren Befestigung. In Fig. 3 ist eine U-förmige Membrane 34 waagerecht angeordnet und mit ihrem einen Schenkel am Bolzen 11, mit ihrem anderen Schenkel an der Grundplatte 30 befestigt. Im Bereich der Anlage der Membrane 34 ist im Bolzen eine Ringnut 35 ausgespart, in welcher die Membrane 34, gegebenenfalls unter Zwischenlage von Dichtungsmitteln, sitzt.

Die in Fig. 4 verwendete Membrane 36 ist ebenfalls U-förmig ausgebildet, jedoch nur sehr schwach gekrümmt. Sie liegt mit ihrem inneren Rand dicht .am Betätigungsbolzen 11 an, mit ihrem

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äußeren Rand ragt sie in eine Nut 37 in der Grundplatte 15 hinein.

In Fig. 5 ist eine Membrane 38 gezeigt, welche V-förmige Gestalt hat und wiederum mit ihrem einen Schenkel am Bolzen 11 und mit ihrem anderen Schenkel an der Grundplatte 15 anliegt. Im Bereich der Anlage der Membrane 38 am Betätigungsbolzen 11 ist aus letzterem eine Ringnut 39 ausgespart, in welche die Membrane 38 eingreift.

Die Befestigung der verschiedenen Membranen am Betätigungsbolzen 11 bzw. an der Grundplatte I5 muß den jeweiligen Dichtigkeitsforderungen angepaßt werden. In vielen Fällen genügt Bördeln mit einer Diehtungseinlage (z. B. ein Cu-Ring), in anderen Fällen, wo höhere Anforderungen an die Dichtigkeit gestellt werden, muß die Membrane durch Löten oder Schweißen fest mit dem Bolzen 11 bzw. der Grundplatte 15 verbunden werden.

Die Lebensdauerforderungen, die an Zündunterbrecherkontakte gestellt werden, steigen laufend. Gleichzeitig steigen aber' auch die geforderte Schaltfrequenz und die elektrische Belastung weiter an. Durch die in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagene, neuartige Anordnung konnte ein sehr verschleißarmer und damit wartungsfreundlicher Kontakt geschaffen werden.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalter ist als Vakuumschalter ausgebildet, wobei im Schal te rinnenraum ein Vakuum von 0,1 bis 1 Torr,

herrscht. Das Vakuum soll einerseits

möglichst gut sein, da mit abnehmendem Druck die Ionenbildung geringer wird, wodurch Lichtbogen praktisch vollständig unterdrückt werden können. Andererseits hat sich gezeigt, daß bei niedrigen Drücken unterhalb etwa 0,1 Torr hinsichtlich der Kontakt lebensdauer wieder eine Verschlechterung auftritt, deren Ursache nicht vollständig geklärt werden konnte. Die Umstände lassen darauf schließen, daß die Verkürzung der Kontaktlebensdauer bei sehr niedrigen Drücken auf einer erhöhten Feinwanderung des Kontaktmaterials beruht.

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Ein Vakuumkontakt arbeitet verschleißarm und es kann sich keine isolierende Deckschicht auf den Kontakten bilden. Durch die vorgeschlagene Konstruktion wird es möglich, die Kontakte bei einer Betriebsspannung von einigen hundert Volt und bei einer Strombelastung von einigen Ampe*re mit Schaltfrequenzen von mehreren hundert Hertz bei sehr hoher Schaltgenauigkeit zu betreiben. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß die Membrane im wesentlichen nur eine Dichtfunktion hat und den Schaltvorgang nicht dämpft, und daß der bewegliche Kontakt fest mit dem betätigenden Bolzen verbunden ist. Aufgrund der geschlossenen Bauweise eignet sich der Schalter auch für die Verwendung in einer korrosiven Atmosphäre, und zwar ganz besonders dort, wo eine einwandfreie Funktion nach einer langen Pausenzeit selbst für kleine elektrische Signale verlangt wird.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung sind der bewegliehe Kontakt 10 und der Festkontakt 15 in der Ruhelage miteinander elektrisch verbunden. Der Kontaktdruck wird von der Feder 17 augebracht, welche beim Ausführungsbeispiel als Schraubenfeder dargestellt ist. Bei der Ausführung des Schalters als Schutzgasschalter, in dem das Schutzgas unter Überdruck steht, kann der auf die Membran ausgeübte Druck zur Unterstützung der Kontaktgabe mitverwendet werden. Bei entsprechend hohem inneren Überdruck kann die Feder 17 unter Umständen sogar ganz entfallen, und zwar insbesondere dann, wenn eine zweckmäßig gestaltete Membrane zusätzlich vorgespannt wird; die Kontaktbetätigung erfolgt weiterhin unmittelbar über den Bolzen 11 und den vorzugsweise fest mit ihm verbundenen, beweglichen Kontakt. Eine Änderung des inneren Druckes im Schalter wirkt sich auf die Schaltgenauigkeit zumindest so lange nicht wesentlich aus, wie die Kontaktkraft nicht ausschließlich durch den Druck im Schalter über die Membrane erzeugt wird. Diese letztgenannte Ausführung ermöglicht zwar eine bauliche Vereinfachung, sie kann jedoch nur dort eingesetzt werden, wo keine allzu hohen Anforderungen an die Schaltgenauigkeit gestellt werden. Bei Kontaktgabe durch eine im Schalterinnern wirksame, zweckmäßig bemessene Federkraft wirkt sich der Innendruck des Schalters auf die Schaltgenauigkeit praktisch nicht aus.

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Claims

Robert Bosch GmbH "^^- R. I 7 1

Stuttgart

Ansprüche

I^ Mechanisch betätigter Schalter, insbesondere Zündunterbrecherschalter, mit einer Kontaktanordnung, welche innerhalb eines geschlossenen, starren Gehäuses sitzt und wenigstens einen beweglichen Kontakt aufweist, der mittels eines durch das Gehäuse hindurchgeführten Bolzens von der Außenseite des Gehäuses aus betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (11) gasdicht durch das Gehäuse (15, j50; 16) hindurchgeführt ist und daß die von dem Betätigungsbolzen (11) durchdrungene Gehäusewand (15* 30) wenigstens teilweise aus einer den Betätigungsbolzen (11) umschließenden Membrane (21, 27, y^i J)St 38) besteht, welche einerseits mit dem Betätigungsbolzen (11) und andererseits mit dem Gehäuse (I5, j50j l6) gasdicht verbunden ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (1O) fest, mit dem Betätigungsbolzen (11) verbunden ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (14) des Gehäuses (15, 16) aus Isolierstoff besteht und die Kontakte (10, 13) elektrisch voneinander trennt.

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4. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (21, 27, 54, 36, 58) aus Metall besteht.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (21) als gewellte Membranscheibe ausgebildet ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane U-förmig (27, 5^, 56) bis V-förmig (58) ausgebildet ist.

7. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einer von dem Betätigungsstößel (11) durchdrungenen, durch die Membran (21, 27, ^, 56, 58) abgedichteten Grundplatte (15* 50) und einem topfförmigen Deckel (16) besteht.

8. Schalter nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäusedeckel (l6) und dem inneren Ende (20) des Betätigungsbolzens (11) eine Feder (I7) angeordnet ist, welche im
Wechselspiel mit einer von außen auf den Betätigungsbolzen (11) ausgeübten Kraft (25) die Kontakte (10, 15) öffnet oder
schließt.

9. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (21, 27, 5²I-, 56* 58) vorge-

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spannt ist zur Unterstützung oder zur vollständigen Übernahme der Kontakt-Schließ- oder Öffnungskraft.

10. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Kontakte (10, mit Quecksilber getränkt ist.

11. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gehäuse-Grundplatte (50) ein mit einem Außengewinde (32) versehener Ansatz (Jl) angeformt ist.

12. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Vakuumschalter ausgebildet ist.

15. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Schalterinnenraum ein Vakuum von 0,1 bis 1 Torr herrscht.-

14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schutzgasschalter ausgebildet ist.

15· Schalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas unter Überdruck steht.

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