DE2658264A1

DE2658264A1 - Schaltermechanismus mit magnetischer arretierung

Info

Publication number: DE2658264A1
Application number: DE19762658264
Authority: DE
Inventors: Kadry Ragheb
Original assignee: RAGHEB
Current assignee: RAGHEB
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1978-01-26

Description

Schaltermechanismus mit magnetischer Arretierung
Die Erfindung betrifft einen Schaltermechanismus für kontaktgebundene und kontaktfreie Schalter mit einem schwenkbar gelagerten Schaltelement mit Mitteln zur magnetischen Arretierung desselben in einer Ruhestellung, und mit einem beweglichen Auslöseelement, das eine plötzliche Bewegung des Schaltelements zu einer Schaltstellung bewirkt.
Ein derartiger Schaltermechanismus mit magnetischer Arretierung ist bereits bekannt (US-PS 3055 999). Das als einarmiger Hebel ausgebildete und einen Schaltkontakt tragende Schaltelement trägt einen einen Permanentmagneten, der von einem weiteren am Gehäuse fixierten Permanentmagneten angezogen und in Ruhelage großflächig an diesem arretiert wird. Die von einem Betätigungsknopf aus eingeleitete und an einem Hebel des Schaltelementes angreifende Betätigungskraft muß die beiden Permanentmagnete in nahezu paralleler Lage voneinander ablösen, um eine Schaltfunktion auszuführen. Wegen dieser parallelen Lage der Permanentmagnete entsteht im ersten Augenblick des Ablösens ein dünner, sich über die gesamte Arretierungsfläche erstreckender Luftspalt, in derridie magnetische Anziehungskraft sehr groß ist. Damit wird eine entsprechend große Betätigungskraft benötigt, um ein schnappartiges Auseinanderreißen der beiden Magnete und eine einwandfreie ::icilaltfunktion zu bewirken.
Es ist auch bereits bekannt, um das Loslösen zweier flächig aufeinanderliegender, sich anziehender Magnete bzw. magnetischer Materialien zu erleichtere, das Ablösen durch eine Wipp- bzw. Schwenkbewegung auszulösen so daß ein keilförmiger Luftspalt entsteht, wobei die Magnete bzw.
magnetischen Teile zumindest längs einer Schwenkkante in Berührung bleiben (DT-AS 1 240 155, US-PS 2 951 129). Durch eine solche keilförmige Ausbildung des Luftspaltes wird das Ablösen der sich magnetisch anziehenden Teile wohl erleichtert, jedoch läßt sich der bekannte Schaltniechanismus nur schwierig an unterschiedliche Schaltfunktionen anpassen. Eine Schwierigkeit ergibt sich auch aus dem verhältnismäßig kurzen Kontaktweg bei der Verkleinerung der Dimensionen eines solchen Schalters. Der Verringerung des Kontaktweges wird dadurch entgegengewirkt, daß nicht nur eine Betätigungswippe, sondern auch eine Schaltwippe vorgesehen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltermechanismus mit magnetischer Arretierung sowohl für kontaktgehundene als auch kontakt -kontaktfreie Schalter zu schaffen, der einfach an unterschiedliche Schaltfunktionen anpaßbar ist und insbesondere eine einwandfreie Schnappbewegung bei den unterschiedlichen Schaltfunktionen gewährleiste.
Dabei soll die Ansprechbarkeit der Schalter auf die für die Ausführung der Schaltfunktion benötigte Betätigungskraft in weitem Umfang an den jeweiligen Verwendungszweck in einfacher Weise anpaßbar sein.
Der Schaltermechanismus soll insbesondere die Herstellung Kontakt freier Schalter erleichtern, unabhängig von der physikalischen Funktionsweise des für die Schaltfunktion verwendeten Elementes. Dabei soll bei der Betätigung des Schalters die Möglichkeit gegeben sein, daß das Schaltelement seine Lage sprunghaft ändert, ohne daß eine Einleitungsbewegung am Schaltelement auftritt.
Ausgehend von dem eingangs erwähnten Schaltermechanismus wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die magnetischen Arretierungsmittel mindestens ein Permanentmagnet und ein magnetisches Gegenstück aufweisen, wovon eines am beweglichen Auslöseelement und das andere am schwenkbaren Schaltelement vorgesehen ist, wobei diese zwei beweglichen Elemente magnetische Arretierungsflächen aufweisen, die in der Ruhestellung großflächig gegeneinander anliegen und magnetisch haften; daß das Schalt element auf einer feststehenden Schwenkachse hebelartig gelagert ist, die außerhalb des Bereichs der gegeneinander anliegenden magnetischen Arretierungsflächen liegt, wobei eine die Arretierungsfläche des beweglichen Auslöseelem entes begrenzende Angriffskante in einem relativ kurzen, radialen Abstand zur Schwenkachse des Schaltelements vorgesehen ist; und daß das Auslöseelement derart bewegbar angeordnet ist, daß eine darauf in Richtung des Schaltelements wirkende Betätigungskraft (Bk) sofort über die Angriffskante des Auslöseelements auf das Schaltelement im Bereich einer Angriffsfläche übertragen wird und dadurch eine relative Winkelbewegung unter plötzlicher Verschwenkung des Schaltelements in bezug auf das Auslöseelement bewirkt, wobei die Angriffskante nockenartig ani Schaltelement angreift, so daß ein keilförmiger Spalt mit rasch zunehmendem Winkel sofort zwischen den Arretierungsflächen erzeugt wird, und dadurch das Schaltelement mit einer plötzlichen Bewegung in seine Schaltstellung geschwenkt werden kann, wobei eine ausreichende magnetische Anziehungskraft über dem keilförmigen Spalt verbleibt, um das Schaltelement aus der Schaltstellung zurück in die magnetisch arretierte Ruhestellung zu bringen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß das das Gegenstück umfassende Auslöseelement um eine seitlich liegende Schwenkachse schwenkbar gelagert ist und die an dem Auslöseelement angreifende Betätigungskraft über einen weiteren Hebelarm in das Schaltelement an der Angriffsfläche einleitet, welches dadurch von der Arretierungsfläche abgelöst und gegen einen Anschlag verschwenkt wird.
Durch die Maßnahmen der Erfindung läßt sich ein Schaltermechanismus in einfachster Weise aus zwei im gegengesetzten Drehsinn oder im gleichen Drehsinn mit unterschiedlichem Drehwinkel schwenkbaren Magnetelementen aufbauen, wobei sich durch die Zuordnung der Länge der Hebelarme und die Größe der Arretierungsfläche die Charakteristik des Schaltermechanismus in weitem Umfang einstellen läßt. Durch das Einleiten der Betätigungskraft über eine Kante des Auslöseelementes in das Schaltelement, wobei die beiden Magnet elemente im Bereich dieser Kante und der mit ihr zusammenwirkenden Angriffsfläche am Schaltelement in Berührung kommen und bleiben, ergibt sich in diesem Bereich eine Konzentration zentration des magnetischen Kraftfeldes, was das keilförmige Ablösen der beiden Elemente voneinander während der Schnappbewegung erleichtert. Der Schaltvorgang ist mit dem Tastgefühl des Fingers besonders leicht und gut kontrollierbar, wenn der Hebelarm des Auslöseelementes länger als der Hebelarm des Schaltelementes ist. Für Schalter, zu deren Betätigung nur eine geringe Kraft zur Verfügung steht, ist vorzugsweise der Hebelarm des Auslöseelementes etwa gleich oder sogar kleiner als der des Schaltelementes, wobei durch die Größe der Arretierungsfläche die für die Betätigung notwendige Kraft eingestellt werden kann.
Für die konstruktive Ausführung des Schaltermechanismus ist vorgesehen, daß die Schwenkachsen des Schaltelementes und des Auslöseelementes auf gegenüberliegenden Seiten der Arretierungsflächen oder auf gleichen SeitenEder Arretierungsflächen, jedoch horizontal versetzt angeordnet sind.
In bekannter Weise können die Magnetelemente aus zwei Permanentmagneten oder einem Permanentmagnet und einem ferromagnetischen Material bestehen, wobei sowohl das Schaltelement als auch das Auslöseelement den Permanentmagneten und das entsprechende andere Element das ferromagnetische Material umfassen kann. Der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung ist für alle Schaltfunktionen ausführende Kontaktarten verwendbar, so daß vorgesehen ist, daß das Schaltelement und der Anschlag die die Schaltfunktionen ausführenden ein- oder mehrpoligen Kontakte wie Arbeitskontakte, R uhekontakte, Üb erbr ückungs kontakte, Umschaltkontakte oder Wechs elkontakte umfassen. Dabei können im Bereich des Anschlages ein oder mehrere durch die Wirkung des Magnetfeldes des Schaltelementes kontaktfrei bzw. berührungslos schaltbare Elemente angeordnet sein. Derartige kontaktfreie bzw. berührungslos e Schaltelemente können aus HalJ-generatoren generatoren, magnetischen Widerstands elementen, elektrooptischen Elementen oder piezoelektrischen Elementen bestehen. Das Auslöseelement und das Schaltelement können als verhältnismäßig breite Platte ausgebildet sein und eine Vielzahl von parallelen Schaltfunktionen durch das Vorsehen einer Vielzahl parallel angeordneter Schaltkontakte gleichzeitig erfüllen. Um das Schaltelement in der Schaltposition zu arretieren, ist auch vorgesehen, daß eine in der Schaltposition des Schaltelementes wirksame Nebenschlußbrücke für den magnetischen Fluß vorhanden ist. Die Schaltcharakteristik des Schaltermechanismus ist auch dadurch beeinflußbar, daß die am Auslöseelement oder am Schaltelement angebrachten Permanentmagnete zwischen Polblechen oder Polstücken aus einem ferromagnetischen Material angeordnet sind, die im Bereich der Arretierungsfläche eine Verstärkung des magnetischen Feldes bewirken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es auch möglich, eine Mehrzahl von Schaltmechanismen übereinander gekoppelt anzuordnen, wobei .nach einer Betätigung eines Schaltmechanismusses dieser den jeweils nächstfolgenden auslöst und damit zeitlich aufeinanderfolgende Schaltvorgänge möglich macht.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. la bis le schematische Darstellungen zur Erläuterung der F unktionsweise des Schaltermechanismus gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen als Taster ausgebildeten Mikroschalter mit einem Arbeitskontakt; Fig. - in, 3 Fig. 3 einen als Taster ausgebildeten Mikroschalter mit einem Umschaltkontakt; Fig. 4 einen Wippschalter mit einem Ein-Auskontakt; Fig. 5 einen anderen Wippschalter mit einem Umschaltkontakt; Fig. 6a eine auseinandergezogene Darstellung eines Tasters für kontaktfreie bzw. berührungsfreie Schaltelemente; Fig. 6b einen Taster für ein Piezoelement; Fig. 6c einen optoelektronischenTaster; Fig. 6d eine andere Ausführungsform eines optoelektronischen Tasters; Fig. 6e eine weitere Ausführungsform eines Tasters für einen Hallgenerator oder ein magnetoresistives Element; Fig. 6f eine weitere Ausführungsform eines Tasters für ein Piezoelement; Fig. 7 einen Umschalter mit neutraler Stellung; Fig. 8 einen bistabilen Umschalter; Fig. 9a einen Kipphebeltaster mit Umschaltfunktion und neutraler Ruhestellung; Fig. 9a den Kipphebeltaster gemäß Fig. 9a in der einen Schaltposition; Fig. 10a einen Kipphebelumschalter mit bistabiler Lage in der einen Schaltpos ition; Fig. lOb den Kipphebelumschalter gemäß Fig. lOa in der anderen stabilen Schaltposition; Fig. lla Fig. lla bis ltd einen Kipphebelumschalter mit zwei Vorbereitungspositionen in der neutralen Stellung; Fig. 12a einen als Drehschalter aufgebauten Umschalter; Fig. 12b einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 12a.
In den Fig. la bis le wird der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung für unterschiedliche Ausführungsformen gezeigt. Der Mechanismus besteht aus einem Auslöseelement 10, das um eine Schwenkachse 13 schwenkbar ist und aus einem Schaltelement 11, das um eine Schwenkachse 14 schwenkbar ist. In der vereinfachten Darstellung sind das Auslöseelement und das Schaltelement als Permanentmagnete angenommen, die aufgrund der Zuordnung der Achsen miteinander überlappen und im Überlappungsbereich die Arretierungsflächen haben, die aufgrund entgegengesetzter Polarität und der dadurch bewirkten Anziehungskraft der beiden Magnetelemente aneinander anliegen. In der praktischen Verwirklichung des Schaltermechanismus werden das Auslöseelement und das Schaltelement in der Regel aus einem nicht magnetischen Material bestehen und lediglich im Bereich der Arretierungsflächen mit einem Permanentmagnet versehen sein. Anstelle eines der beiden Permanentmagnete kann auch ein ferromagnetisches Material treten. Auch die Schwenkachsen können durch eine beliebige andere Lagerung ersetzt werden, z. B. die Lagerung auf einer Schneide, welche geeignet ist, dem Auslöseelement und dem Schaltelement eine Schwenkbewegung zu ermöglichen.
In der Ruhelage werden das Auslöseelement 10 und das Schaltelement 11 in der in Fig. la dargestellten Weise durch die magnetische Kraft der beiden Permanentmagnete aneinander festgehalten. Wenn eine Betätigungskraft kraft Bk auf das Auslöseelement einwirkt und dieses in Richtung der Betätigungskraft verschwenkt, drückt dieses mit seiner vorderen Kante im Bereich der Angriffsfläche 12 auf das Schaltelement 11 und verschwenkt dieses nach unten, wobei sich die beiden Permanentmagnete mit einem zunehmend größer werdenden keilförmigen Spalt voneinander abheben. Dabei bleibt im Bereich der Angriffsfläche 12 die Berührung zwischen den beiden Permanentmagneten erhalten, so daß sich in diesem Bereich eine Feldkonzentration ergibt, die das Ablösen der beiden Magnete voneinander im Bereich der Arretierungsfläche erleichtert.
Dadurch wird eine einwandfreie Schnappfunktion oder Springfunktion sichergestellt, was für die Wirkungsweise des Schaltermechanismus von Bedeutung ist. Das nach unten verschwenkte Schaltelement wird in seiner Schwenkbewegung durch einen Anschlag 15 begrenzt, wie dies aus Fig. 1b erkennbar ist. Sobald die Betätigungskraft Bk zu wirken aufhört, werden das Auslöseelement und das Schaltelement durch das zwischen den beiden Elementen wirksame magnetische Feld wieder in die in Fig. la dargestellte Ruheposition zurückgeschwenkt.
Wie man aus den Fig. la und lb entnehmen kann, wirkt die Betätigungskraft Bk mit einem Hebelarm H über einen Hebelarm H an der Angriffsfläche a 5 12 auf das Schaltelement 11 ein, wobei die Größe dieser beiden Hebelarme je nach dem Anwendungsfall verschieden sein kann. Ein abweichendes Verhältnis der beiden Hebelarme H und H ist in Fig. lc dargestellt, a s wobei unter Verwendung von einem Auslöseelement und einem Schaltelement etwa gleicher Größe für die Betätigung des Schaltermechanismus eine geringere Betätigungskraft benötigt wird. Daraus ergibt sich, daß durch die Änderung des Verhältnisses der beiden Hebelarme die Charakteristik des Schaltermechanismus an gewünschte Schaltbedingungen angepaßt werden kann. In- diesem Zusammenhang stellt die Größe der Arretierungsfläche zwischen den beiden Magnetelementen einen weiteren Parameter für die Veränderung der Charakteristik des Schaltermechanismus dar.
In den In den Fig. la bis lc ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die beiden Schwenkachsen in bezug auf die Arretierungsflächen auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. ld und le befinden sich die beiden Schwenkachsen auf der gleichen Seite der Arretierungsflächen, jedoch in unterschiedlichem Abstand zu der Angriffsfläche 12. Die Wirkungsweise der Schnappfunktion bzw. Springfunktion beim Einleiten einer Betätigungskraft Bk ist die gleiche und führt zu einem Ablösen des Schaltelementes 11 von dem Auslöseelement 10 unter Bildung eines größer werdenden keilförmigen Luftspaltes, bei dem sich eine Feldverdichtung im Bereich der Angriffs fläche durch die Berührung des Auslöseelementes mit dem Schaltelement ergibt.
Auch bei der zuletzt'erwähnten Ausführungsform des Schaltermechanismus gemäß der Erfindung kann anstelle der Schwenkachsen jede geeignete andere Lagerung Verwendung finden.
Unter dem Begriff Permanentmagnet werden alle Arten von Magneten unabhängig von ihrer Herstellungsweise verstanden. So kann es sich hierbei um metallegierte, um keramische oder kunststoffgebundene Magnete handeln, wobei sich besonders kuns tstoffgebundene Magnete als vorteilhaft erweisen können, da die Form der Auslöseelemente und Schaltelemente bei der Herstellung der Magnetelemente bereits berücksichtigt werden kann. Bei der Verwendung von keran-lischen Magneten ist es möglich, auf diesen durch geeignete Beschichtungsmaßnahmen elektrische Leiter anzubringen, so daß das Magnetelement selbst die elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Kontakt und einem Anschlußelement tragen kann.
Für die Wirkungsweise des Schaltermechanismus ist es gleichgültig, ob die Permanentmagnete jeweils nur einen Pol im Bereich der Arretierungsfläche fläche aufweisen oder ob innerhalb dieser Arretierungsfläche mehrpolige Strukturen vorgesehen sind. Die Magnete können also senkrecht zur Arretierungsfläche bzw. axial ein- und mehrpolig magnetisiert sein. Jedoch sind auch mehrpolige Magnetisierungsarten auf einer Seite mit einer polfreien Rückseite möglich.
Ein Vorteil des Schaltermechanismus gemäß der Erfindung besteht in der Möglichkeit, die Schaltcharakteristik den Schaltbedingungen in sehr weitem Umfang leicht anpassen zu können, wobei neben den bereits voraus stehend erwähnten Maßnahmen durch Einstellung der Größe der Arretierungsfläche und des Hebelarmes auch die Größe der Koerzitivkraft zur Einstellung als Parameter herangezogen werden kann. Die Schnapp-bzw. Springfunktion des Schaltermechanismus ist grundsätzlich fühl-und hörbar, so daß durch eine geeignete Ausgestaltung in geeigneter Weise eine Betätigungskontrolle möglich ist. Es kann dabei durch eine geeignete Ausgestaltung des Schaltergehäuses dafür gesorgt werden, daß akustische Resonanzen die Hürbarkeit weiter verbessern.
Nachfolgend wird der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, aus denen auch die vielseitige Anwendbarkeit des Schaltermechanismus entnehmbar ist. Abweichend von den dargestellten und erläuterten Ausführungsbeispielen sind auch eine Vielzahl von weiteren Ausführungsformen möglich, wobei unter Beibehaltung des Prinzips des Schalternlechanismus die Schnapp- bzw. Springfunktion sowohl bei kontaktgebundenen als auch bei kontaktfreien Schaltern vielseitig einsetzbar ist.
In Fig. 2 ist der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung für einen als Taster ausgebildeten Mikroschalter mit einem Arbeitskontakt dargestellt.
In einem Gehäuse 20 ist das Auslöseelement 110 und das Schaltelement 111 als einarmiger Hebel um die Schwenkachsen 113 bzw. 114 schwenkbar gelagert, gelagert, wobei diese Schwenkachsen von am Gehäuse angeordneten Lagerstiften gebildet werden. Das Auslöseelement 110 ist mit einem mehrpolig senkrecht polarisierten Permanentmagneten verstehen, der mit einem aus ferromagnetischem Material hergestellten Schalt element 111 zusammenwirkt. Die Betätigungskraft Bk wird über einen Auslöser 21 auf das Auslöseelement 110 übertragen, wobei dieser Auslöser mit zwei unter einem Winkel gegeneinander verlaufenden Seitenflächen 22 versehen ist und in einer entsprechend ausgebildeten Öffnung 23 des Gehäuses 20 geführt wird. Die Basisbreite des Auslösers 21 ist breiter als die Basisbreite der Öffnung 23, so daß der Auslöser nicht aus dem Gehäuse herausfallen kann.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Mikroschalter wird das aus einem ferromagnetischen Material bestehende Schaltelement in der Ruheposition magnetisch angezogen und an der Arretierungsfläche 24 festgehalten.
Aus dieser Position schnappt das Schaltelement in die in Fig. 2 dargestellte Schaltposition, sobald die Betätigungskraft Bk über den Auslöser 21 eingeleitet wird. In der Schaltposition liegt das Schaltelement mit einem Überbrückungskontakt an den beiden Gegenkontakten 26 an, die mit aus dem Schalter herausführenden Anschlüssen versehen sind.
Aufgrund des zwischen dem Permanentmagneten des Auslöseelementes und dem ferromagnetischen Material des Schaltelementes wirksamen magnetischen Feldes wird das Schaltelement immer an das Auslöseelement angezogen, sobald die Betätigungskraft zu wirken aufhört.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Mikroschalters mit einem Umschaltkontakt dargestellt. Der Schaltermechanismus aus dem Auslöseelement 130 und dem Schaltelement 131 ist in einem Gehäuse 20 angeordnet, wobei zur Lagerung des Auslöseelementes und des Schaltelementes SchneidenVerwendung finden, die in entsprechende Kerben an den den Elementen eingreifen. Die Betätigung des Auslöseelementes erfolgt über den Auslöser 21. Das Schaltelement 131 ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform als zweiarmiger Hebel ausgebildet und trägt an den beiden Enden der Hebelarme die Kontakte 25 und 27, die mit entsprechenden Gegenkontakten 26 und 28 zusammenwirken. Um den Umschalteffekt zu erhalten, kann die Lagerschneide 32 für das Schaltelement 131 metallisch ausgebildet sein und elektrisch mit einem Anschlußstift 33 in Verbindung stehen. Im Interesse einer guten elektrischen Leitung zwischen der Schneide und den Kontakten 25 und 27 kann das Schaltelement aus einem ferromagnetischen Material bestehen, das auf der Kontaktseite bzw. der Lagerseite zur Schneide 32 hin mit einem elektrisch gut leitenden Material plattiert ist.
Auch der in Fig. 3 dargestellte Mikroschalter arbeitet als Taster in der Form, daß beim Wirksamwerden der Betätigungskraft Bk die Kontakte 25, 26 geschlossen und die Kontakte 27, 28 geöffnet werden. Sobald die Betätigungskraft zu wirken aufhört, geht der Schalter in die in Fig. 3 dargestellte Ruheposition zurück. Für den Fall, daß der Kontakt 26 über den Anschlußstift nicht geschaltet ist, arbeitet der Taster als Mikroschalter mit einem Ruhekontakt.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Schalter ist das Auslöseelement 140 als Schaltwippe mit einer Schwenkachse 143 ausgebildet und arbeitet mit einem Schaltelement 141 zusammen, das als einarmiger Hebel um die Schwenkachse 144 schwenkbar ist. Die Schaltwippe trägt auf ihrer Unterseite ein ferromagnetisches Material 42, das über die Angriffsfläche 43 am Schaltelement 141 hinaus verlängert und vom Schaltelement weg und wieder zurückgebogen ist, wobei das äußerste Ende wieder zum Schaltelement in der Weise zurückgeführt wird, daß es in der in Fig. 4 dargestellten Schalt^ Schaltposition am Schalt element zur Anlage kommt.
Das Schaltelement 141 selbst besteht aus einem einarmigen Hebel, der an seinem vorderen Ende einen Kontakt 44 trägt, der auf einem mit einem Anschlußstift 46 versehenen Gegenkontakt 45 aufliegt. Der Hebelarm besteht seinerseits aus einem leitenden Material, so daß der elektrische Anschluß für den Kontakt 44 über die Schwenkachse 144 erfolgen kann.
Der Permanentmagnet auf dem Hebelarm des Schaltelementes 141 ist mehrpolig auf der zum Auslöseelement hin weisenden Seite magnetisiert, wobei zwischen den Polen neutrale Zonen verlaufen.
Aufgrund dieser Ausgestaltung erhält man einen Wippschalter mit zwei stabilen Lagen, da die bügelartige Verlängerung des ferromagnetischen Materials 42 des Auslöseelementes 140 in der dargestellten Schaltposition zwei gegensätzliche Pole magnetisch überbrückt und damit den Schalter auch in der Schaltposition festhält. Erst beim Wirksamwerden der netätigungskraft Bk2 wird die bügelartige Verlängerung des ferromagnetischen Materials 42 vom Schaltelement am äußeren Ende abgerissen, so daß die beiden Arretierungsflächen 47 und 48 aufeinander zu liegen komlllen und durch die wirksame magnetische Kraft den Schalter in der Aus-Position festhalten.
Der in Fig. 5 dargestellte Wippschalter ist mit einem Umschaltkontakt mit zwei bistabilen Lagen versehen. Das als Wippe ausgebildete Auslöseelement 150 ist im Gehäuse 20 auf einer Schwenkachse 153 gelagert und trägt auf seiner Unterseite ein ferromagnetisches Material 52, das auf der einen Seite geradelinig über die Unterfläche der Wippe hinausragt. Die Unterseite dieses ferromagnetischen Materials 52 ist mit einem senkrecht zur Arretierungsfläche 58 einpolig magnetisierten Permanentmagnet verstehen, der mit einem Schaltelement 151 aus ferromagnetischem Material zusammenarbeitet. Dieses Schaltelement 151 ist zweiarmig und um die Schwenkachse 154 schwenkbar ausgebildet.
An An den beiden Enden des zweiarmigen Hebels sind Kontakte angeordnet, wobei der Kontakt 54 mit einem Gegenkontakt 55 und der Kontakt 56 mit einem Gegenkontakt 51 zusammenarbeitet.
In der in Fig. 5 dargestellten Position ergibt sich von dem Permanentmagnet des Auslöseelementes 150 ein Magnetschluß über die Verlängerung des ferromagnetischen Materials 52 zum außenliegenden Hebelarm des Schaltelementes 151, der über die Angriffsfläche 53 zum Gegenpol des Permanentmagneten geschlossen ist. Auf diese Weise wird der Schalter in der dargestellten Position durch die beiden aneinander anliegenden ferromagnetischen Materialteile stabil festgehalten. Beim Einleiten der Betätigungskraft Bk2 kippt die Wippe und kommt an der Anschlagfläche 59 zum Anschlag, wobei gleichzeitig die Verlängerung des ferromagnetischen Materials 52 der Wippe von dem daran haftenden zweiten Arm des Schaltelementes 151 abgerissen wird und die Arretierungsfläche 57 des Schaltelementes 151 vom Permanentmagneten angezogen und großflächig an der Arretierungsfläche 58 des Permanentmagneten zu liegen kommt. Dabei werden die Kontakte 54, 55 geöffnet und die Kontakte 56 und 51 geschlossen.
In Fig. 6a sind in perspektivisch auseinandergezogener Darstellung drei wesentliche Elemente eines Tastschalters dargestellt, wie er in grundsätzlich gleichartiger Funktion auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6b bis Fig. 6d Verwendung findet.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen finden lediglich unterschiedliche kontaktfrei bzw. berührungslos schaltbare Elemente Verwendung. Das Auslöseelement 160 und das Schaltelement 161 sind auf Schneiden 60 bzw. 61 einer Basisplatte 62 gelagert. Die Zuordnung des Schaltelementes zu dem Auslöseelement entspricht in der Ruhe position den in den Fig. 6b bis 6d dargestellten Lagen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6a ist vorgesehen, daß in einem Chip 63 eine eine Oszillatorschaltung untergebracht ist, deren frequenzbestimmende Kapazität auf der Oberseite des Chips in unmittelbarer Nachbarschaft zur Unterseite des Schaltelementes angeordnet ist. Auf der Unterseite des Schaltelementes angebrachte Metallbeläge verändern beim Übergang des Schaltelementes aus der Ruheposition in die Schaltposition die frequenzbestimmende Kapazität und damit die Frequenz des Os zillators.
Sowohl das Auslöseelement 160 als auch das Schaltelement 161 können mit einem Permanentmagneten versehen sein, wobei dieser in kunststoffgebundener Form voll in das jeweilige Element integriert ist. Wie in Fig. 6a angedeutet, kann es sich um einen mehrpolig senkrecht zu den Arretierungsflächen polarisierten Magneten handeln, bei dem zum Beispiel die neutralen Zonen quer zu den Elementen verlaufen.
Die elektrischen Anschlüsse können in Form von Anschlußstiften 64 an der Basisplatte befestigt sein. Von diesen Stiften aus verlaufen elektrische Leiter zu den Schneiden 60 und 61. Entsprechend sind in den den Schneiden G0 und 61 zugeordneten Kerben an dem Auslöseelement 160 und dem Schaltelement 161 leitende Flächen vorgesehen, die in Form von Bandleitungen auf der Unterseite desSchaltelementes zur Vorderkante 65 verlaufen und dort als Kontaktenden 66 zur Oberfläche geführt sind. Entsprechende Gegenkontaktenden 67 sind auf der Unterseite des Auslöseelementes angebracht, die über Bandleiter mit der auf d er Schneide 60 aufliegenden Kerbfläche verbunden sind und dor t einen elektrischen Kontakt zu den an der Schneide 60 angebrachten und mit den Anschlußstiften 64 verbundenen Leiterflächen herstellen. Bei dieser Ausgestaltung kann von den Anschlußstiften 64 auf der linken Seite der Basisplatte 62 in der Ruheposition eine elektrisch leitende Verbindung über die Kontakte 66 und 67 zu den Kontaktstiften 64 auf der rechten Seite der Basisplatte hergestellt werden. Durch das Betätigen des Schalters heben sich die Kontakt die Kontaktenden 66 von den Gegenkontaktenden 67 ab, womit diese leitende Verbindung unterbrochen wird. Diese Schaltweise ermöglicht z. B. die Hintereinanderschaltung von mehreren Elementen, die alle an dieselbe Versorgungsquelle angeschlossen sind, wobei jedoch durch die Betätigung eines Schalters die weiteren hinter diesem Schalter liegenden Elemente von der Versorgungsquelle abgeschaltet werden.
Es ist möglich, an dem Chip 63 Schaltkontakte 68 vorzusehen, um über die Kontaktenden 66 die Anschlußstifte 64 mit den Schaltkontakten 68 zu verbinden, um das eingeschaltete Element mit Steuersignalen zu beaufschlagen. Bei dieser Serienschaltung wird lediglich die im Chip 63 untergebrachte Schaltung mit den Steuersignalen beaufschlagt, die über die geschlossenen Kontakte 66 und 67 der in der Reihe davor angeordneten Schaltelemente übertragen werden.
Wie aus Fig. 6a erkennbar, können die Basisplatte 62 und auch das Schaltelement 161 sowie das Auslöseelement 160 verhältnismäßig breit und großflächig ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, eine große Vielzahl von leitenden Verbindungen auf den Elementen unter zur bringen, was für groß integrierte Schaltkreise wünschenswert sein kann. Es ist auch möglich, die Basis platte 62 als Substratplatte einer integrierten Schaltung zu verwenden.
In Fig. 6b ist ein Taster für ein Piezoelement 70 dargestellt. Der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung ist entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 6a aufgebaut und ist sowohl am Auslöseelement 160 als auch am Schaltelement 161 mit einem mehrpolig senkrecht zur Arretierungs fläche magnetisierten Permanentmagneten versehen. Das Piezoelement 70 befindet sich unter dem Schaltelement 161, das sich beim Einleiten einer Betätigungskraft 5 in das Auslöseelement 160 sprungartig nach unten verschwenkt und an die Anschlagfläche 71 anlegt. Vor dem Erreichen der Anschlagfläche 71 kommt das Schaltelement bereits mit dem mit dem Piezoelement 70 in Berührung und verbiegt dieses entsprechend der zunehmenden Schwenkbewegung. Aus dieser Verbiegung des Piezoelementes kann in herkömmlicher Weise ein Schaltimpuls abgeleitet werden.
Bei dem in Fig. 6c dargestellten optoelektronischen Taster ist in der Basisplatte eine Lichtquelle 73 und dieser gegenüberliegend ein Sensor 74 angeordnet. Dieser Sensor 74 kann mit einem Verstärker 75 verbunden sein, der ein verstärktes Schaltsignal abgibt. Zwischen der Lichtquelle 73 und dem Sensor 74 ist ein Luftspalt angeordnet, in den eine Blende 76 schwenkbar ist, um den Lichtweg zu unterbrechen.
Die Blende ist als Teil des Schaltelementes 161 ausgeführt, wobei dessen vorderes Ende rechtwinklig nach unten gebogen ist. Beim Einleiten der Betätigungskraft Bk verschwenkt sich das Schaltelement 161 nach unten, wobei die vordere Kante der Blende 76 an der Basisplatte zur Auflage kommt und den freien l,ichtdurchgang unterbricht.
Eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Tasters ist in Fig. 6d dargestellt, wobei die Stirnkante des Schaltelementes 161 unter 45° zur Senkrechten schräg verlaufend ausgebildet und mit einem Spiegel 78 belegt ist. Dieser Spiegel 78 wird von einer Lichtquelle 73 im Basisteil des Schalters von vorn beaufschlagt, so daß der Lichtstrahl eine Ablenkung um 900 nach unten erfährt und auf einen Sensor 74 auftrifft. Beim Einleiten einer Betätigungskraft Bk in das Auslöseelement verschwenkt sich das Schaltelement 161 nach unten, so daß sich der von der Lichtquelle 73 ausgehende Lichtstrahl in den keilförmigen Spalt zwischen dem Auslöseelement und dem Schalt element erstreckt und nicht mehr vom Spiegel 78 zum Sensor 74 reflektiert wird.
In Fig. Ge In Fig. 6e ist ein Taster in der Ruheposition und in der Schaltposition für die kontaktfreie Betätigung eines Hallgenerators oder eines magnetoresistiven Schaltelementes dargestellt. Der Deckel des Gehäuses 20 ist als Druckknopftaster ausgebildet und stellt das Auslöseelement 160 dar, das an seiner Unterseite als magnetisches Gegenstück zu dem als Permanentmagnet ausgeführten Schaltelement 161 eine ferromagnetische Platte 142 trägt. Beim Wirksamwerden der Betätigungskraft Bk wirkt die Angriffskante des Auslöseelementes 160 auf das Schaltelement 161 und verschwenkt dieses nach unten. Dabei kommt das vordere freie Ende des Schaltelementes an einem Anschlag 171 zur Anlage. In dieser Schaltposition befindet sich der magnetische Teil des Schaltelementes in unmittelbarer Nähe des IIallgenerators bzw. des magnetoresistiven Elementes 175, so daß das magnetische Feld auf dieses Element einwirken kann und die Schaltfunktion ausführt. Wenn die Betätigungskraft zu wirken aufhört, wird das Auslöseelement 160 und damit der Druckknopf des Tasters durch das zwischen dem Schaltelement 161 und der ferromagnetischen Platte 142 wirksame magnetische Feld wieder in die Ruheposition zurückgebracht.
Eine weitere Ausführungsform eines Tasters unter Verwendung eines Piezoelements ist in den Fig. 6f dargestellt, die einerseits den Schalter in der Ruheposition und andererseits den Schalter in der Schaltposition zeigt.
Im Gehäuse 20 ist der das Piezoelement 170 derart zwischen einer Gehäusewandung und einem Vorsprung des Gehäuses montiert, daß das Piezoelement eine geringe Vorspannung erhält. Das Auslöseelement 160 und das Schaltelement 161 sind als Permanentmagneten ausgebildet, wobei die Schaltfunktion nicht vom Schaltelement 161, sondern vom Auslöseelement 160 auf das Piezoelement 171 ausgeübt wird, indem nämlich beim Einwirken der Betätigungskraft Bk das Verschwenken des Auslöseelementes gegen die Einspannung des Piezoelementes drückt und dieses damit verformt. Das Schaltelement hat in dieser Ausführungsform lediglich die Funktion, die plötzliche Bewegungsänderung für eine einwandfreie Schaltfunktion zu gewährleisten währleisten und dafür Sorge zu tragen, daß das Auslöseelement durch die zwischen den beiden Permanentmagneten wirksame magnetische Kraft in die Ruheposition zurückgebracht wird, wenn die Betätigungskraft zu wirken aufhört.
Die Erläuterung der Ausführungsbeispiele kontaktfreier Schalter zeigt, daß der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung sehr vorteilhaft für derfür derartige Schalter verwendet werden kann. Obwohl nur Taster beschrieben wurden, ist es offensichtlich, daß auch monostabile und bistabile Schalter für berührungslos bzw. kontaktfrei schaltbare Elemente unter Verwendung der vorausgehend beschriebenen Schaltwippen oder der nachfolgend beschriebenen Kippschalter möglich sind.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform umfaßt der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung zwei Schaltelemente 81 und 82, die auf Schwenkachsen 83 und 84 gelagert sind. Das Auslöseelement 85 ist als Wippe ausgebildet, die auf einer Schwenkachse 86 gelagert ist.
An der Wippe sind beiderseits der Schwenkachse Auslöser 87 und 88 angebracht. Auf der Oberseite des Gehäuses 20 ist ein Schieber 89 vorgesehen, der zwischen zwei Endlagen über den Auslösern 87 und 88 verschiebbar ist. Befindet sich der Schieber in einer dieser beiden Endlagen, so wird die entsprechende Seite des Auslöseelementes über den Auslöser nach unten gedrückt, wie dies in Fig. 7 auf der linken Seite dargestellt ist.
Befindet sich der Schieber in der mittleren neutralen Lage, so nimmt das Auslöseelement 85 seine Ruheposition ein, in der die beiden Schaltelemente 81 und 82 an den Permanentmagnet des Auslöseelementes angezogen sind und flach auf diesem aufliegen. In dieser Mittelstellung des Schiebers 89 ist der Schalter als Taster wirksam, und zwar je nachdem, welcher der beiden Auslöser 87 bzw. 88 niedergedrückt wird, schwenkt sich das dazugehörige einarmige Schaltelement 81 bzw. 82 nach unten und stellt eine Kontaktverbindung mit einem Anschlußkontakt 90 bzw.
91 her. Die Kontaktfläche 92 bzw. 93 am zugehörigen Schaltelement 81 bzw. 82 steht über das leitende Schaltelement mit der Schwenkachse 83 in Verbindung, die als Kontaktanschluß ausgebildet sein kann. Selbstverständlich können die Anschlußkontakte90 und 91 auch als Doppelkontakte ausgeführt sein, die von den Kontaktflächen 92 und 93 in der Schaltposition kurz kurz geschlossen werden.
Dieser in Fig. 7 dargestellte Schalter kann auch als Schalter mit zwei Arbeitskontakten angesehen werden, wobei der eine oder andere je nach der Stellung des Auslöseelementes betätigt wird. Ein Vorteil dieses Schalters besteht darin, daß durch das Verschieben des Schiebers 89 in eine Endposition aus dem Taster ein monostabiler Schalter wird.
Es ist noch darauf hinzuweisen, daß sich beim Betätigen des Auslöseelementes 85 beide Schaltelemente mit einem keilförmigen Luftspalt vom Permanentmagnet des Auslöseelementes abheben, so daß auf den beiden Seiten des wippenförmigen Auslöseelementes eine Rückstellkraft vorhanden ist, die dazu tendiert, den Schalter in die Ruheposition mit offenen Schaltkontakten zurückzubringen.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform eines Wippschalters ist der Schaltermechanismus grundsätzlich gleichartig aufgebaut und unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 7 lediglich durch den seitlichen Abstand der Schwenkachsen 83 und 84 von der Schwenkachse 86 des Auslöseelementes. Durch diese veränderte Positionierung der Schwenkachsen wird erreicht, daß in jeder Schaltposition des wippenartig aufgebauten Auslöseelementes 95 eines der Schaltelemente 96 bzw. 97 mit den Arretierungsflächen an dem Auslöseelement anliegt und das andere Schaltelement über einen keilförmigen Luftspalt von diesem weggeschwenkt ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das Schaltelement 97 durch die Betätigungskraft Bkl in die Schaltposition geschwenkt. Beim Einleiten der BetätigungskraftB k2 verschwenkt sich die linksseitige Kante des Auslöseelementes nach unten und schwenkt gleichzeitig das Schaltelement 96 in die Schaltposition. Durch das gleichzeitige Ilochschwenken der rechtsseitigen seitigen Kante des Auslöseelementes 95 kann das Schaltelement 97 zurückschwenken und flach an dem Auslöseelement zur Anlage kommen. Auf diese Weise läßt sich ein bistabiler Kippschalter herstellen, der als Umschalter eingesetzt werden kann.
In den Fig. 9a und 9b ist ein Kipphebeltaster mit einer neutralen Stellung dargestellt, der aus der neutralen Stellung heraus durch eine Kippbewegung in entgegengesetzten Richtungen in zwei verschiedene Schaltpositionen gebracht werden kann. Der Kipphebel 115 ist um eine Schwenkachse 116 schwenkbar gelagert und trägt auf seinem in das Gehäuse 20 ragenden Schwenkarm Permanentmagnete, die axial polarisiert sind. Dieser nach innen ragende Schwenkarm des Kipphebels bildet zusammen niit dem Pernianentmagneten das Auslöseelement 117. Im Gehäuse 20 sind ferner zwei Schaltelemente 118 derart gelagert, daß sie in der neutralen Stellung des Kipphebels großflächig an den Permanentmagneten aufliegen. Diese Schaltelemente können aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein und tragen am freien Ende Kontakte 119, die mit Gegenkontakten 120 am Gehäuse zusammenarbeiten.
Aus Fig. 9b geht der Kipphebeltaster in einer Schaltposition hervor. Durch das Einleiten der BetätigungskraftB k wird der Kipphebel verschwenkt, wobei sich der im Inneren des Gehäuses befindliche Arm des Kipphebels und damit das Auslöseelement in entgegengesetzter Richtung verschwenkt.
Dabei wird der Schalthebel 118 vom Permanentmagnet abgehoben und unter Ausbildung eines keilförmigen Spaltes zur Anlage an dem Gegenkontakt gebracht. Bei der beschriebenen Zuordnung der Schwenkachsen der Schaltelemente zu dem Auslöseelement wird auch das gegenüberliegende Schaltelement vom Permanentmagnet unter Ausbildung eines keilförmigen Spaltes abgehohen, so daß die Rückstellkraft der beiden zwischen den Schaltelementen und den Permanentmagneten sich aufbauenden magnetischen Felder in gleicher Richtung wirkt und beim Aufhören Aufhören der Betätigungskraft Bk den Kipphebel in die neutrale Stellung zurückschwenken. Entsprechendes gilt auch beim Verschwenken des Kipphebels in der entgegengesetzten Richtung Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10a und Fig. 10b wird durch einen etwas geringeren Abstand der Schwenkachsen voneinander, verglichen mit der Ausführungsform gemäß Fig. 9a, ein Kipphebelschalter mit zwei bistabilen Lagen geschaffen. Dies ergibt sich dadurch, daß aufgrund des geringeren Abstandes der beiden Schwenkachsen nur ein Schaltelement großflächig an der Arretierungsfläche des Permanentmagneten des Auslöseelementes 117 zur Anlage kommen kann und das andere Schaltelement unter Ausbildung eines keilförmigen Spaltes vom Auslöseelement weggeschwenkt ist. Durch Verschieben des Kipphebels aus der Position gemäß Fig. 10a in die Position gemäß Fig. 10b kommt das andere Schaltelement an dem Permanentlnagneten des Auslöseelementes großflächig zur Anlage, wogegen das zuerst genannte Schaltelement vom Permanentmagneten weggeschwenkt ist und die Schaltposition einnimmt. Da bei dieser Ausführungsform des Kipphebelschalters immer ein Schaltelement großflächig an der Arretierungsfläche des zugeordneten Permanentmagneten anliegt, wirkt zwischen dem anliegenden Schaltelement und dem Auslöseelement die größere magnetische Kraft, die die stabile Lage bewirkt.
In den Fig. lla bis lid ist ein Kipphebelumschalter mit zwei Vorbereitungspositionen in der neutralen Stellung dargestellt. Fig. lla zeigt die obere Vorbereitungsposition und Fig. llc die untere Vorbereitungsposition. Zwischen diesen beiden Vorbereitungspositionen kann der Kipphebel 115 hin und her verschwenkt werden, ohne daß eine Schaltfunktion ausgelöst wird. Wenn dagegen aus der oberen Vorbereitungsposition heraus eine Betätigungskraft Bkl auf den Kipphebel einwirkt, wie dies in Fig. lib dargestellt ist, löst sich das untere Schaltelement 118 von dem Auslöseelement 117 ab und nirnmt seine Schaltposition ein. Der Schalter wirkt dabei dabei als Taster, so dan das untere Schaltelement 118 in die Ruheposition gemäß Fig. lla durch die Wirkung des magnetischen Feldes zurückschwenkt, sobald die Betätigungskraft nichtniehr wirksani ist.
Aus der unteren Vorbereitungsposition gemäß Fig. 11 c nimmt der Kipphebelschalter beim Einwirken einer Betätigungskraft Bk2 die in Fig. ild dargestellte Position ein, wobei das obere Schaltelement 118 in die Sc}walty30sition geschwenkt wird. Sobald die Betätigungskraft Bk2 zu wirken aufhört, wird durch die Wirkung des Magnetfeldes der Kipphebel 115 wieder in die in Fig. llc dargestellte Position zurückgeschwenkt, wobei das obere Schaltelement 118 die in Fig. llc dargestellte Ruheposition einnimmt.
Obwohl in der vorliegenden Beschreibung nicht näher erläutert, kann das Prinzip des Schaltermechanismus gemäß der Erfindung auch für Drehschalter Verwendung finden. Es ist ohne weiteres vorstellbar, daß anstelle eines Kipphebels zwei in der Schwenkachse 116 sich kreuzende doppelarmige hebel vorgesehen sein können, wobei jeder Arm ein Auslciseelement darstellt, dem Schaltelemente zugeordnet sind. Anstelle der Kippbcwegung wird eine Drehbewegung um die Schwenkachse 116 in einen solchen mehrpoligen Schalter eingeleitet.
Eine Version eines Drehschalters ist in den Fig. 12a und 12b dargestellt, wobei die Fig. 12b einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 12a darstellt. Bei dieser Ausführungsform ist um eine Schwenkachse 135 ein quadratisches Auslöseelement 136 nach entgegengesetzten Richtungen schwenk bar angeordnet. Dieses Auslöseelement 136 kann aus einem lateral auf dem Umfang mrgnetisierten Permanentmagneten bestehen. Es ist jedoch in der Darstellung eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der ein einpolig axialer Permanentmagnet 137 zwischen Polblechen 138 und 139 angeordnet ist. Diese Polbleche stehen über den Rand des Permanent- Permanentmagneten vor, wie dies aus Fig. 12b erkennbar ist. Die Schaltelemente 145 und 146 sind als einarmige hebel ausgebildet, die um Schwenkachsen 147 und 148 schwenkbar sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und tragen an ihrem freien Ende Kontakte 155 und 156, die mit Gegenkontakten 157 und 158 zusammenarbeiten.
Der dargestellte Drehschalter hat zwei bistabile Lagen und wirkt als Umschalter. Die elektrischen Anschlüsse sind, wie in Fig. 12b, einerseits an die Gegenkontakte 157 und 158 und anderereits über Linie Schwenkachsen 148 und 147 an die Schaltelemente geführt. Durch das Drehen des Auslöseelementes 136 in der einen Richtung löst sich gemäß Fig. 12a das Schaltelement 145 keilforlllig ab, wogegen sich das andere Schaltelement 146 plan an die Polflächen des Auslöseelementes 136 anlegt.
Bei einer entgegengesetzten Drehung des Auslöseelenientes 136 wirtl das Schaltelement 146 in die Schaltposition geschwenkt, wogegen das Schaltelenient 145 in Ruheposition an dem Auslöseelement großflächig zur Anlage kommt. Durch die Verwendung von I'olblechen läßt sich eine Konzentration des magnetischen Feldes und eine bewußte Führung des magnetischen Feldes zu den Schaltelementen hin erzielen uncl <Inriiit die Schaltcharakteris tik beeinflussen.
Aus den voraus stehenden Erläuterungen geht hervor, daß sich der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung in vielseitiger Anwendung für ein-und mehrpolige Schalter sowie Taster verwenden läßt, wobei der Aufbau der Schalter sehr unterschiedlich sein kann. Insbesonder e ist der Sc haltermechanismus auch für kontaktfreie Schalter in unterschiedlichen Variationen einsetzbar, wobei gerade für vielpolige Schalter ein sehr einfacher Schaltaufbau mit einer Vielzahl von parallel nel)erleirlarlelerliegenden Kontakten möglich ist. Der Schalterrnechanisnlus ist sowohl für Leistungsschalter als auch für Schalter im elektronischen Bereich niit sehr mit sehr geringen Schaltleistungen verwendbar, wobei insbesondere kontaktfrei oder berührungslos schaltbare Elemente besonders günstig einsetzbar sind. Bei derartigen Elementen kann es sich um lIallgeneratoren oder Magnetwiderstände sowie um optoelektronische Schaltereiiirichtungen als auch piezoelektronische Schaltelemente handeln.
Ein Vorteil des Schaltermechanisinus gemäß der Erfindung besteht auch darin, daß die Schnappfunktion bzw. Sprungfunktion mit verhältnismäßig kleinen Schwenkbewegungen ausgeführt werden kann, was insbesondere für kontaktfreie bzw. berührungslose Schaltvorgänge vorteilhaft ist. Diese Schaltvorgänge können mit verhältnismäßig einfachen Mitteln an die gewünschte Schaltcharakteristik angepaßt werden, wobei es auch immer möglich ist, den Schalter so auszuführen, daß eine fühlbare und hörbare Schaltkontrolle möglich ist.
Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann der Schaltermechanismus gemäß der Erfindung auch zum Betätigen von hydraulischen und pneuniatischen Schaltern bzw. Ventilen Verwendung finden, indem durch das schwenkbare Schaltelement Durchflußöffnungen geschlossen bzw. freigegeben werden.
Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentansprüche r \ 1Schaltermechanismus für kontaktgebundene und kontaktfreie Schalter mit mit mit einem schwenkbar gelagerten Schaltelement mit Mitteln zur magnetischen Arretierung desselben in einer Ruhestellung, und mit einem beweglichen Auslöseelement, das eine plötzliche Bewegung des Schaltelements zu einer Schaltstellung bewirkt, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die magnetischen Arretierungsmittel mindestens ein Permanentmagnet und ein nlagnetisches Gegenstück aufweisen, wovon eines am beweglichen Auslöseelement und das andere am schwenkbaren Schaltelement vorgesehen ist, wobei diese zwei beweglichen Elemente magnetische Arreiierungsflächen aufweisen, die in der Ruhestellung großflächig gegeneinander anliegen und magnetisch haften; daß das Schaltelement auf einer feststehenden Schwenkachse hebelartig gelagert ist, die außerhalb des I3ereichs der gegeneinander anliegenden magnetischen Arretierungsflächen liegt, wobei eine die Arretierungsfläche des beweglichen Auslöseelementes begrenzende Angriffs kante in einem relativ kurzen, radialen Abstand zur Schwenkachse des Schaltelements vorgesehen ist; und daß das Auslöseelenlent derart bewegbar angeordnet ist, daß eine darauf in Richtung des Schaltelements wirkende Betätigungskraft (Bk) sofort über die Angriffskante des Auslöscelenients auf das Schaltelement im Bereich einer Angriffsfläche übertragen wird und dadurch eine relative Winkelhewegung unter plötzlicher Verschwenkung des Schaltelenients in bezug auf das Ausloscclenient bewirkt, wobei die Angriffs kante nockenartig ani Schaltelement angreift, so daß ein keilförmiger Spalt mit rasch zunehmendem Winkel sofort zwischen den Arretierungsflächen erzeugt wird, und dadurch das Schaltelement mit einer plötzlichen Bewegung in seine Schaltstellung geschwenkt werden kann, wobei eine ausreichende magnetische Anziehungskraft über dem keilförmigen Spalt verbleibt, um das Schaltelement aus der Schaltstellung zurück in die magnetisch arretierte Ruhestellung zu bringen.

2. Schaltermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Gegenstück umfassende Auslöseelement um eine seitlich liegende Schwenkachse schwenkbar gelagert ist und die an dem Auslöseelement angreifende Betätigungskraft (Bk) über einen weiteren Hebelarm (H ) sowie die Angriffs kante an der Angriffsfläche in das a Schaltelement einleitet, welches dadurch von der Arretierungsfläche abgelöst und gegen einen Anschlag verschwenkt wird.

3. Schaltermechanismus nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn -zeichnet, daß der Hebelarm (H ) des Auslöseelementes vorzugsweise länger als der Hebelarm (H ) des Schaltelementes 5 ist.

4. Schaltermechanismus nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schwenkachsen des Schaltelementes und des Auslöseelementes auf gegenüberliegenden Seiten der Arretierungsflächen liegen.

6. Schaltermechanismus nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen des Schaltelementes und des Auslöseelementes auf gleichen Seiten der Arretierungsflächen liegen, jedoch horizontal versetzt angeordnet sind.

6. Schaltermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gegenstück einen mit entgegengesetzter Polarität zugeordneten Permanentmagneten umfaßt.

7. Schaltermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gek e n n ze i c h ne t, daß das Gegenstück aus ferromagnetischem Material besteht.

Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein ferromagnetisches Material und das Auslöseelement einen Permanentmagneten umfaßt.

0. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis8», dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement und der Anschlag die die Schaltfunktion en ausführen-den ein- oder mehrpoligen Kontakte wie Arbeitskontakte, Ruhekontakte, Überbrückungskontakte, Umschaltkontakte bzw. Wechselkontakte umfassen.

10. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Anschlags ein oder mehrere durch die Wirkung des Magnetfeldes des Schalt elementes kontaktfrei bzw. berührungslos schaltbare Elemente angeordnet sind.

il. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die kontaktfrei bzw. berührungslos schaltbaren Elemente Hall generatoren, magnetische Widerstands elemente, elektrooptis che Elemente oder piezoelektrische Elemente sind.

12. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement und das Schaltelement als verhältnismäßig breite Platte ausgebildet sind und eine Vielzahl von parallelen Schaltfunktionen durch das Vorsehen einer Vielzahl parallel angeordneter Schaltkontakte gleichzeitig erfüllen.

13. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Schaltposition des Schaltelementes wirksame Nebenschlußbrücke für den magnetischen Fluß vorhanden ist, welche das Schaltelement in der Schaltposition arretiert.

14. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis13, dadurch gekennzeichnet, daß die am Auslöser element oder am Schaltelement angebrachten Permanentmagnete zwischen Polblechen oder Polstücken aus einem ferromagnetischen Material angeordnet sind, die im Bereich der Arretierungsflächen eine Verstärkung des magnetischen Feldes bewirken.

15. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Schaltmechanismen übereinandergekoppelt sind, und daß nach einer Betätigung eines Schaltermechanismus dieser jeweils den nächstfolgenden auslöst.

16. Schaltcrmechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement als Wippe mit zwei geradelinig oder winklig zueinander stehenden Arretierungsflächen ausgebildet ist, und daß in Ruhelage des Schalters zwei Schaltelemente mit ihren beiderseits der Mittellagenebene der Wippe liegenden Schwenkachsen derart angeordnet sind, daß die Schaltelemente an den Arretierungsflächen großflächig anliegen.

17. Schaltermechaismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausliiseelement als Kipphebel mit am einen Hebelarm gegenüberliegend angeordneten Arretierungsflächen ausgebildet ist, und daß die Schwenkachse der Schaltelemente in einem solchen Abstand von der Mittellagenebene am freien Ende des die Arretierungsflächen tragenden Hebelarms angeordnet sind, daß beide Schaltelemente in Ruhelage groß flächig an den Arretierungsflächen anliegen.

18. Schaltermechanismus nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gek e n n z e ich ne t, daß das Auslöseelement in den Betriebs -lagen arretierbar ist.

19. Schaltermechanismus nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Auslöseelement für vielpolige oder parallele Schaltfunktionen kreuzförmig oder quadratisch um eine Drehachse angeordnete Arretierungsfiächen mit einer Vielzahl entsprechend schwenkbar zugeordnet erl. Schaltelemente hat.

20. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement als Wippe mit geradlinig oder winklig zueinanderstehenden Arretierungsflächen ausgebildet ist, und daß in Ruhelage des Schalters zwei Schaltelemente mit ihren beiderseits der Mittellagenebene der Wil)y)e liegenden Schwenkachsen derart angeordnet sind, daß das eine Schaltelement in Ruheposition großflächig an der Arretierungsfläche anliegt und das andere Schaltelement in Schaltposition von der Arretierungsfläche weggeschwenkt ist.

21 Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement als Kipphebel mit am einen Hebelarm gegenüberliegend angeorclneten Arretierungsflächen ausgebildet ist, und daß die Schwenkachse der Schaltelemente in einem solchen Abstand von der Mittellagenebene am freien Ende des die Arretierungsflächen tragenden Hebelarms angeordnet sind, daß das eine Schaltelement in Ruheposition großflächig an der Arretierungsfläche anliegt und gleichzeitig das andere Schaltelement eine von der Arretierungsfläche weggeschwenkte Schaltposition einnimmt.

22. Schalte rme chanismus nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Schwenkachsen der Schaltelemente von der Mittellagenebene so weit vergrößert ist, daß der Kipphebel in neutraler Lage jeweils eine Druckpunktposition vor der wechselseitigen Betätigung der Schaltelemente einnimmt.

23. Schaltermechanismus nach einem der Ansprüche 20bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement für vielpolige oder parallele Schaltfunktionen kreuzförmig oder quadratisch um eine Drehachse angeordnete Arretierungsflächen niit einer Vielzahl eritsl,rechend schwenkbar zugeordneter Schalteleienf e hat.

24. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzcichnet, daß er zur Betätigung von hydraulischen oder pneumatischen Schaltern bzw. Ventilen Verwendung findet.

25. Schaltermechanismus nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, t, daß das Schaltelement bei seiner Verschwenkung mehrere kontaktgebundene oder kontaktfreie Schaltfunktionen (z. B. optische Schaltdioden) nacheinander auslöst.