DE2621306A1 - Seismonastischer schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf seismische oder seismonastische Schalter mit Drückerauslösung bzw. Drückerfreigabe, wobei eine in einem konkaven Sitz angeordnete seismische Masse infolge einer Änderung vorbestimmter Größe der auf die seismische Masse wirkenden Kräfte aus einer Ruhestellung heraus bewegbar ist, so daß ein Schaltvorgang durch das Herausbewegen aus der Ruhestellung bewirkt wird, in der die seismische Masse normalerweise Kolben oder Drücker gegen die Wirkung einer Kraft, die den Drücker aus seiner nach unten gedrückten Stellung herauszudrücken sucht, nach unten gedrückt hält.

Bei einer sehr wirksamen Ausführungsform eines nach diesem Prinzip ausgebildeten seismonastxschen Schalters ist eine

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seismische Kugel in einem kegelstumpfförmigen Sitz angeordnet. Wenn der Schalter infolge einer seitlichen Stoßbelastung einer seitlichen Beschleunigung unterworfen wird, wird die Kugel bezüglich des Sitzes in einer der auf den Schalter wirkenden Stoßbelastung entgegengesetzten Richtung beschleunigt. Die Kugel verhält sich daher so, wie wenn auf sie eine seitliche Kraft einwirken würde, die der auf den Schalter wirkenden Stoßbelastung entgegengesetzt gerichtet und zu dieser proportional ist. Wenn die Resultierende dieser gedachten seitlichen Kraft, der aufwärtsgerichteten, vom Drücker auf die Kugel ausgeübten Kraft und der abwärtsgerichteten, auf die Kugel wirkenden Schwerkraft außerhalb die unterstützende Basis verschoben wird, die durch die Berührungszone zwischen der Kugel und dem kegelstumpfförmigen Sitz gebildet wird, wird die Kugel an der Seite des Sitzes mit einer Geschwindigkeit nach oben beschleunigt, die proportional zu der Komponente der resultierenden Kraft ist, welche parallel zur Seite des Sitzes wirkt.

Infolge dieser Beschleunigung der Kugel aus ihrer Ruhestellung weg wird ein Wechsel des Schaltzustandes des Schalters ermöglicht, indem ein Ansteigen des Drückers aus seiner nach unten gedrückten Stellung erfolgen kann.

Bei einem seismonastischen Schalter dieser Art, bei dem die Seiten des kegelstumpfförmigen Sitzes um einen Winkele* bezüglich der Mittelachse des Sitzes geneigt sind und die seismische Kugel einer resultierenden Kraft F unterworfen ist, die bezüglich der Mittelachse des Sitzes unter einem Winkel geneigt ist, kann die Komponente Fc/L der resultierenden Kraft F_r, welche die Kugel entlang der Seitenfläche des Sitzes zu bewegen versucht, folgendermaßen ausgedrückt werden:

F₀L = -P_r cos (<*+ β ). Wenn daher (O^ + ß> ) größer als 90° ist, zwingt die resultierende

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Kraft F die seismische Kugel mit einer der Kraftkomponente

proportionalen Beschleunigung aus ihrem Sitz heraus, so daß ein seismonastischer Schalter, bei dem die Seiten des kegelstumpfformxgen Sitzes eine bestimmte Neigung (Winkel«*- ) aufweisen, auf die Neigung (Winkel β ) der auf die seismische Kugel einwirkenden resultierenden Kraft F anspricht.

In der Praxis wird dieses Prinzip für die Betätigung seismischer Schalter durch die Neigungsänderung einer resultierenden Kraft angewendet, die auf eine in einem kegelstumpfformxgen Sitz untergebrachte seismische Kugel wirkt, wobei diese Neigungsänderung entweder auf die Überlagerung einer seitlichen Stoßbelastung mit der an der ^Kugel angreifenden Schwerkraft zurückzuführen ist, wie das bei Schaltern zutrifft, die auf Stoßbelastung ansprechen, oder von einer Kippbewegung des Schalters herrühren, durch welche die Neigung der Angriffslinie der auf die seismische Kugel wirkenden Schwerkraft verändert wird, wie das für Überschlagschalter zutrifft. Diese die horizontale Beschleunigung und Neigung betreffenden Parameter spielen ebenfalls eine Rolle bei der Ausbildung von seismonastischen Schaltern für die Steuerung der.: Festlegung von Sicherheitsgurten.

Um zu gewährleisten, daß ein nach diesem Prinzip aufgebauter Schalter nicht auf Einwirkungen anspricht, die unter einem bestimmten Schwellenwert liegen, z.B. auf weniger als 15 Neigungsänderung der auf die seismische Kugel einwirkenden resultierenden Kraft, um also die Empfindlichkeit des Schalters zu reduzieren, ist es notwendig, den Winkel cc so zu verkleinern, daß die Seitensteilheit des kegelstumpfformxgen Sitzes erhöht wird. Diese Konstruktionsform weist jedoch den Nachteil eines normalerweise langsamen Ansprechens auf, da die seismische Kugel eine bestimmte Zeit für die Beschleunigung auf eine ausreichende Geschwindigkeit benötigt, bei der ein nicht zurückgehaltener Drücker oder Kolben aus seiner niedergedrückten

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Lage emporsteigen kann, so daß eine schnelle und wirksame Betätigung eines von dem Kolben oder Drücker ausgelösten elektrischen Schalters und dadurch eine Verringerung der Lichtbogenbildung und somit eine Verlängerung der Lebensdauer des elektrischen Schalters gewährleistet .wird.

Eine Möglichkeit zur Verminderung dieses Nachteils besteht darin, eine Kugel aus ferromagnetischem Material zu verwenden und auf die Kugel durch einen unter dem kegelstumpfförmigen Sitz angebrachten Magneten eine magnetische Anziehungskraft auszuüben. Diese magnetische Anziehungskraft auf die seismische Kugel ist so berechnet, daß sie eine vorzeitige Fortbewegung der seismischen Kugel aus ihrer Ruhestellung verhindert, bis der Schalter eine Einwirkung erfährt, die größer ist als der gewünschte Schwellenwert. Diese Rückhaltekraft nimmt ferner rasch ab, sobald die Kugel sich aus ihrer Ruhestellung fortbewegt, wodurch die Komponente der resultierenden Kraft zunimmt, welche die Kugel entlang der Seitenwand ihres Sitzes nach oben zwingt, und damit die Zeit verkürzt, welche die Kugel für das Erreichen einer ausreichend"hohen Geschwindigkeit benötigt, so daß ein niedergedrückter Drücker oder Kolben ohne Behinderung ansteigen kann. In beiden Fällen kommt die seismische Kugel in einen instabilen Zustand und in Verbindung damit wird der Wechsel des Schaltzustandes des Schalters herbeigeführt.

Obwohl jedoch durch die auf die seismische Kugel ausgeübte magnetische Rückhaltekraft die Ansprechzeit beträchtlich, in typischen Fällen um einen Faktor bis zu 10 oder 20 reduziert werden kann, ist in vielen Anwendungsfällen noch eine weitere Verkürzung der Ansprechzeit erforderlich, wie bei seismischen Schaltern für die Betätigung von Sicherheitseinrichtungen, die beim Zusammenstoß von Fahrzeugen ansprechen sollen.

Durch die Erfindung soll daher eine weniger komplizierte Form eines seismonastischen bzw. seismischen Schalters geschaffen weiden, der nicht anspricht, bevor er eine Einwirkung von

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vorbestimmter Größe erfährt, der jedoch im Falle einer solchen Einwirkung rascher als bekannte seismonastische Schalter anspricht, bei denen eine seismische Kugel so angeordnet ist, daß sie sich entlang einer kegelstumpfförmigen Sitzfläche bewegt.

Die Erfindung schafft daher einen seismonastischen Schalter mit Drückerauslösung, gekennzeichnet durch einen Sitz, einen dem Sitz angepaßten seismischen Rollkörper, einen Drücker, der unterhalb des Rollkörpers angeordnet und längs einer Mittelachse beweglich ist, die sich durch die Mitte des Sitzes und des Rollkörpers erstreckt, und durch Einrichtungen zum Anheben des Drückers bei Bewegung des Rollkörpers weg von der Mitte des Sitzes, wobei der Sitz eine konkave Oberfläche mit einem Bereich aufweist, der von dem seismischen Rollkörper während der Betätigung des Schalters berührt wird und an dem eine Vergrößerung der Neigung der Oberfläche des Sitzes bezüglich der Mittelachse eintritt.

Wenn ein solcher seismonastischer Schalter eine? Änderung der auf den Schalter einwirkenden Kräfte unterworfen wird, so daß auf den Rollkörper eine Kraftkomponente parallel zu der an dem Rollkörper anliegenden Fläche wirkt, geht der Rollkörper aus seinem Sitz heraus in eine beschleunigte Bewegung über. Sobald jedoch der Rollkörper den Bereich der Sitzfläche erreicht, bei dem die Neigung dieser Fläche bezüglich der Mittelachse größer wird, ändert der Rollkörper seine Bewegungsrichtung derart, daß er sich mehr auf die am Schalter angreifenden Kräfte ausrichtet, und demzufolge erhöht sich der Betrag derjenigen Kraftkomponente, welche den Rollkörper entlang der Sitzfläche treibt. Diese erhöhte, auf den Rollkörper einwirkende Belastung erzeugt eine größere Beschleunigung des Rollkörpers, so daß die Verschiebung desselben schneller erfolgt als es sonst der Fall sein würde.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Rollkörper die Form einer sphärischen Kugel auf, die auf der kreisförmigen Kante zwischen den zwei sich schneidenden Umdrehungsflächen rings um die Mittelachse aufliegt. Bei dieser Bauweise ist es möglich, die Empfindlichkeit durch Veränderung der relativen Durchmesser von Kugel und kreisförmiger Kante zu regeln. Wenn darüberhinaus die auf die Kugel einwirkende Kraft eine Komponente aufweist, die senkrecht zu einem von der Kugelmitte zu einem Punkt auf dem Sitz verlaufenden Radius wirkt, so kippt die Kugel um diesen Punkt und der Mittelpunkt der Kugel folgt einer um diesen Punkt beschriebenen Kreisbahn. Infolgedessen nähert sich die Bewegungsrichtung der Kugel enger an die tatsächlich auf die Kugel einwirkende Kraft an und die Kugel wird daher auf ihrer Kreisbahn schneller beschleunigt, um den Drücker oder Kolben rascher freizugeben.

Anhand der Figur. wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt einen seitlichen Schnitt durch einen seismonastischen Schalter zur Verwendung in einer Verriegelungseinrichtung für Sicherheitsgurten, wobei ein Rollkörper einen Kolben oder Drücker freigeben muß, um die Verriegelungseinrichtung zu betätigen.

Eine Stahlkugel 10 ist in einer Kugelkammer 11 angeordnet, die aus einem Deckelteil HA und einem Becherteil HB besteht, wobei der Becherteil eine obere Zylinderflache 12, eine ebene ringförmige Auflagefläche 13 und eine untere Zylinderfläche 14 aufweist, die das obere Ende eines Kolbens oder Drückers 2OA eines Mikroschalters 20 umgibt und einen Sitz für die Kugel 10 bildet. Die kreisförmige Kante 16 zwischen der ebenen Auflagefläche 13 und der unteren Zylindersitzfläche 14 weist einen geringeren Durchmesser auf als die Kugel 10, so daß die Kugel 10 mit ihrem Schwerpunkt auf der Mittelachse 17 des Schalters gehalten wird. In dieser Lage ruht die Kugel 10

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auf dem Drücker 2OA auf, so daß dieser in einer nach unten gedrückten Stellung gehalten wird.

Bei Betätigung des Schalters infolge der Ausübung einer Stoßbelastung bewegt sich der Schwerpunkt der Kugel 10 auf einer Kreisbahn 18 um einen Punkt auf der Kante 16 und steigt dabei um einen vertikalen Abstand 21. Diese Bewegung der Kugel 10 genügt, um ein Aufsteigen des Drückers 2OA des Mikroschalters 20 aus seiner gedrückten Stellung zu ermöglichen, so daß ein Wechsel des Schaltzustandes des Mikroschalters 20 bewirkt wird.

Wenn daher eine Kippung oder horizontale Beschleunigung über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus ausgeübt wird, "fällt" die Kugel 10 über die scharfe Kante 16 und betätigt dadurch den darunter gelegenen Schalter 20. Da der Arbeitspunkt der Anordnung teilweise durch die Auslöse- oder Freigabekraft des Mikroschalters bestimmt wird und Auslösekräfte durch die Hersteller normalerweise nicht genau eingestellt werden, kann der seismonastische Schalter so ausgebildet werden, daß er ohne Auslösekraft arbeitet, die zur Herausb.ewegung der Kugel 10 aus dem Sitz beiträgt. Dies würde mit einem rampenförmigen Sitz mit gleichförmiger Neigung nicht möglich sein, da kein Übergewichtspunkt vorhanden wäre. Dies ist ein weiterer Vorteil der Bauweise.

Bei dem dargestellten Schalter ist der Deckelteil 11A auf einen vorstehenden Ringabschnitt 2OB aufgeschraubt, der vom Gehäuse 2OC des Mikroschalters 20 nach oben steht. Wenn daher der Deckelteil 11A nach unten geschraubt wird, preßt er auf den äußeren Rand des Becherteils HB, der vom Druckwiderstand einer gewellten Federscheibe 50 unterstützt wird, die den Becherteil HB elastisch nach oben drückt. Der Sitzteil HB wird daher nach unten geschoben und die Kugel 10 ruht auf dem oberen Ende des Drückers HA auf.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   l.J Seismonastischer Schalter mit Drückerauslösung, gekennzeichnet durch einen Sitz (12, 13, 14), einen dem Sitz (12, 13, 14) angepaßten seismischen Rollkörper (10), einen Drücker (20a), der unterhalb des Rollkörpers (10) angeordnet und längs einer Mittelachse (17) beweglich ist, die sich durch die Mitte des Sitzes (12, 13, 14) und des Rollkörpers erstreckt, und durch Einrichtungen (20) zum Anheben des Drückers (20a) bei Bewegung des Rollkörpers (10) weg von der Mitte des Sitzes (12, 13, 14), wobei der Sitz (12, 13, 14) eine konkave Oberfläche mit einem Bereich (16) aufweist, der von dem seismischen Rollkörper (10) während der Betätigung des Schalters berührt wird und an dem eine Vergrößerung der Neigung der Oberfläche des Sitzes (12, 13, 14) bezüglich der Mittelachse (17) eintritt.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (12, 13, 14) zwei Umdrehungsflächen (13, 14) rings um die Mittelachse (17) aufweist, die sich in einer kreisförmigen Kante (16) schneiden, und daß der Rollkörper aus einer sphärischen Kugel (10) besteht, die auf der kreisförmigen Kante (16) aufliegt.
3. 3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drücker (20A) in einem Gehäuse (20C) gehalten ist, daß das Gehäuse (20C) mit einem vorstehenden Ringabschnitt (20B) versehen ist, der sich längs der Mittelachse (17) des Schalters erstreckt, daß der Sitz (12, 13, 14) in einem Becherteil (HB) ausgebildet ist, der in dem vorstehenden Ringabschnitt (20B) axial verschiebbar ist, daß eine Druckfeder (50) den Drücker (20A) zwischen dem Gehäuse (20C) und dem Becherteil (HB) umgibt und daß ein Deckelteil (HA) in Schraubeingriff mit

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   der Außenfläche des vorstehenden Ringabschnitts (20B) stellt und an den äußeren Rand des Becherteils (HB) anlegbar ist, um den Becherteil (HB) auf das Gehäuse (20C) gegen den Widerstand der Druckfeder (50) zu drücken und dadurch die sphärische Kugel (10) auf den Drücker (20A) abzusenken.

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