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Titel: Schnappschalter sowie Verfahren zu dessen
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Herstellung
Beschreibung Schnappschalter sowie Verfahren
zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Schnappschalter mit - einer Schnappfeder,
die an einem Federträger befestigt ist und in einem Abstand von diesem mindestens
einen Schaltkontakt trägt, - mindestens einem in bezug auf den Federträger ortsfesten
Kontakt, an dem der Schaltkontakt in einer Schaltstellung der Schnappfeder anliegt,
- einem Lenker, der in der Nähe des Federträgers schwenkbar gelagert ist und in
einem Abstand von seiner Lagerung sowie vom ortsfesten Kontakt mit der Schnappfeder
verbunden ist und einen Angriffspunkt für eine Betätigungskraft aufweist, - einer
Vorspann feder, die auf den Lenker einwirkt und bestrebt ist, diesen mit Vorspannung
in einer Anschlagstellung zu halten, - und einem Einstellglied, mit dem sich die
Vorspannung der Feder einstellen läßt.
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Schnappschalter werden in der Elektrotechnik häufig dazu benutzt,
sicherzustellen, daß Umschaltungen von elektrischen Kontakten schlagartig geschehen,
sobald eine an sich beliebig langsam veränderliche Eingangsgröße einen bestimmten
kritischen
Wert erreicht hat. Schlagartige Umschaltungen sind notwendig,
um eine sichere Kontaktgabe zu erreichen und Kontaktbrand zu vermeiden. Häufig,
beispielsweise bei Membran-Druckschaltern, ist die Eingangsgröße eine Kraft, die
eine einstellbare Vorspannung überwinden muß, um ein Umschalten des Schnappschalters
zu bewirken.
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Bei einem bekannten Schnappschalter der beschriebenen Art ist die
Vorspannfeder eine Schraubendruckfeder, die sich einerseits an einer Einstellschraube
abstützt und andererseits unmittelbar gegen den Lenker drückt. Der Lenker ist auf
einer körperlich ausgebildeten Achse gelagert, die ortsfest derart angeordnet ist,
daß der Lenker ausschließlich zum Umschalten erforderliche Kräfte auf die Schnappfeder
überträgt, diese aber von Querkräften entlastet. Dies gilt sowohl für Querkraftkomponenten
der auf den Lenker einwirkenden Betätigungskraft wie auch für Querkraftkomponenten,
die von der Vorspann feder auf den Lenker übertragen werden können. Zwischen der
Schraubendruckfeder und der Einstellschraube ist eine verdrehgesicherte Zwischenlage
angeordnet, die verhindern soll, daß die Einstellschraube, wenn sie zum Justieren
des Schnappschalters gedreht wird, die Schraubendruckfeder mitdreht und in dieser
eine Torsionsspannung aufbaut, die zunächst durch Haftreibung erhalten bleibt, sich
aber früher oder später infolge von Erschütterungen des Schnappschalters löst, wodurch
sich die auf den Lenker einwirkende Vorspannung, und damit die gesamte Schaltcharakteristik
des Schnappschalters, um einen nicht im Voraus feststehenden Betrag ändern würde.
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Trotz dieser Maßnahmen - Entlastung der Schnappfeder von Querkräften,
die das Umschnappverhalten verändern könnten einerseits und Bemühungen, die Vorspannkraft
konstant zu halten andererseits - ist es bei bekannten Schnappschaltern der beschriebenen
Gattung schwierig und, wenn überhaupt, nur mit erheblichem fertigungstechnischen
Aufwand möglich, über längere Zeit hinweg zu garantieren, daß ein Umschaltvorgang
dann und nur dann stattfindet, wenn die Eingangsgröße einen mit engen Toleranzen
vorgegebenen
kritischen Wert erreicht oder überschreitet.
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Diese Schwierigkeiten beruhen einerseits darauf, daß die Lage der
Schrauben druck feder in bezug auf den Lenker nicht vollständig genau definierbar
ist und es sich infolgedessen nicht ausschließen läßt, daß beim Justieren des bekannten
Schnappschalters bestimmte Spannungen in der Schraubenfeder zunächst nur durch Haftreibung
erhalten bleiben und sich später infolge von Erschütterungen lösen; infolgedessen
kann sich beispielsweise die Lage der Federachse in bezug auf die Schwenkachse des
Lenkers ändern, was eine entsprechende Änderung des von der Schraubendruckfeder
auf den Lenker ausgeübten Drehmoments zur Folge hat. Andererseits ist die Größe
der Lagerreibung, die sich einer Schwenkung des Lenkers widersetzt, bei dem beschriebenen
bekannten Schnappschalter von Herstellungstoleranzen, zufälligen Verschiebungen
des Lenkers längs seiner Achse sowie von im Laufe der Zeit möglicherweise auftretender
Lagerkorrosion abhängig und läßt sich deshalb bei der Justierung des Schnappschalters
nicht über eine längere Zeitspanne im Voraus zutreffend berücksichtigen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schnappschalter
der eingangs beschriebenen Gattung mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln derart
zu gestalten, daß die bei der ursprünglichen Justierung eingestellte Größe der zum
Umschalten erforderlichen kritischen Eingangskraft über praktisch unbegrenzte Zeit
mit hoher Genauigkeit erhalten bleibt.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorspannfeder
eine Blattfeder ist, die einerseits am Lenker und andererseits an einem Hebel befestigt
ist, der in der Nähe des Federträgers in einem ortsfesten Lager gelagert ist und
mittels des Einstellgliedes schwenkeinstellbar ist.
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Erfindungsgemäß dient also die bzw. jede Vorspann feder zugleich als
Lagerung für den Lenker, wodurch dieser von äußerer Lagerreibung freigehalten wird.
Die innere Reibung innerhalb
einer Blattfeder der hier interessierenden
Art und Größe ist vernachlässigbar gering. Dadurch, daß die bzw. jede Vorspannfeder
am Lenker einerseits und an dem erfindungsgemäßen Hebel andererseits befestigt ist,
um Biegemomente vom Hebel auf den Lenker übertragen zu können, ist eine Verschiebung
zwischen der Vorspann feder und den Bauteilen, zwischen denen sie eingespannt ist,
im Betrieb ausgeschlossen, so daß von der ursprünglich eingestellten Vorspannung
nachträglich nichts verlorengehen kann. Verluste an Federspannung durch Ermüdung
lassen sich durch geeignete Bemessung der Vorspannfeder bei dem erfindungsgemaßen
Schnappschalter mindestens ebenso gut ausschließen wie bei bekannten gattungsgemäßen
Schnappschaltern.
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Somit wird durch die Erfindung ein Schnappschalter geschaffen, der
seine ursprüngliche Einstellung erheblich genauer und auch bei Fertigung in großen
Serien erheblich zuverlässiger einhält als bekannte gattungsgemäße Schnappschalter.
Der erfindungsgemäße Schnappschalter ist auch gegen Korrosion weitgehend unempfindlich,
weil seine Arbeitsgenauigkeit von Lagerreibung unbeeinflußt ist. Die Reibung in
der Lagerung des Hebels ist für die Arbeitsgenauigkeit des Schnappschalters ohne
Bedeutung, da sie nur beim Justieren auftritt und der Hebel später nicht mehr bewegt
wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ohne Bedeutung, wie das
Einstellglied gestaltet ist. So könnte als Einstellglied beispielsweise ein drehbarer
Nocken oder ein Keilschieber verwendet werden. Vorzuziehen ist jedoch im allgemeinen
aus Gründen der fertigungstechnischen Einfachheit ein Einstellglied in Form einer
Schraube, wie sie als Bauelement, wenngleich in anderer Anordnung, auch bei dem
beschriebenen bekannten Schnappschalter vorgesehen ist.
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Mit der Angabe, daß der Schnappschalter mindestens eine Vorspannfeder
aufweist, ist eingangs schon angedeutet worden, daß es vorteilhaft sein kann, wenn
mehr als eine Vorspannfeder vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind Lenker und Einstellhebel miteinander durch ein
Paar
Blattfedern verbunden, die beiderseits der Schnappfeder angeordnet sind. Auf diese
Weise ergibt sich eine besonders genaue und gegen Querkräfte besonders widerstandsfähige
Lagerung des Lenkers.
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Diese Aus führungs form ist vorzugsweise dadurch weitergebildet, daß
die Blattfedern mit Flanschen verschweißt sind, die seitlich von dem im Querschnitt
U-förmigen Lenker und dem entsprechend gestalteten Hebel wegragen, und daß die Schnappfeder
innerhalb dieser U-förmigen Querschnitte angeordnet ist.
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Wenn der Lenker in bekannter Weise aus Blech ausgestanzt wird, läßt
sich der erfindungsgemäße Schnappschalter gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
dadurch herstellen, daß der Lenker mit dem Hebel über eine Brücke zusammenhängend
ausgestanzt wird, sodann die Blattfeder oder Blattfedern mit Lenker und Hebel verschweißt
werden und erst danach die Brücke beseitigt wird. Dadurch wird der im Stanzwerkzeug
festgelegte Abstand zwischen Lenker und Hebel unverändert aufrechterhalten, und
dieser Abstand bestimmt auch die Biegecharakteristik der Blattfeder oder Blattfedern,
wobei es auf eine besonders genaue Anordnung der Schweißverbindungen zwischen jeder
Blattfeder und dem Lenker einerseits sowie dem Hebel andererseits nicht ankommt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig.1 die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Schnappschalters,
Fig.2 den Schnitt II-II in Fig.1, wobei der mit einer geringen Vorspannkraft justierte
Schnappschalter in einer ersten Schaltstellung dargestellt ist, Fig.3 einen der
Fig.2 entsprechenden Schnitt des Schnappschalters bei gleicher Justierung, jedoch
in seiner zweiten Schaltstellung, Fig.4 einen der Fig.2 entsprechenden Schnitt desselben
Schnappschalters, der ebenfalls in seiner ersten Schaltstellung
dargestellt,
hier jedoch mit größtmöglicher Vorspannung justiert ist, Fig.5 den mit größtmöglicher
Vorspannung justierten Schnappschalter in seiner zweiten Schaltstellung, Fig.6 den
Schnitt VI-VI in Fig.1, Fig.7 den Schnitt VII-VII in Fig.1 und Fig.8 den Schnitt
VIII-VIII in Fig.1.
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In den Zeichnungen sind Teile eines Gehäuses 2 dargestellt, das aus
elektrisch isolierendem Kunststoff besteht und einen Boden 4 sowie eine Außenwand
6 aufweist. In das Gehäuse 2 ist ein Schnappschalter 10 eingebaut.
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Zu den elektrisch leitenden Bauteilen des Schnappschalters 10 gehört
eine Schnappfeder 12 in Gestalt einer rechtec eigen Blattfeder mit zwei parallelen
Längsschlitzen 14, die ein Paar äußerer Schenkel 16 derart begrenzen, daß sie nur
an ihren beiden Enden miteinander und mit einem mittleren Teil der Schnappfeder
12 zusammenhängen. Der mittlere Teil besteht aus zwei mittleren Schenkeln 18, die
durch eine Unterbrechung 20 voneinander getrennt sind. Die beiden Längsschlitze
14 werden durch die Unterbrechung etwa in ihrer Mitte miteinander verbunden, so
daß sich insgesamt eine H-förmige Aussparung ergibt.
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Die beiden durch die Unterbrechung 20 voneinander getrennten mittleren
Schenkel 18 der Schnappfeder 12 sind zwischen einer Deckplatte 22 und einem Federträger
24, die beide aus Metall bestehen, eingespannt und mit ihnen derart verschweißt,
daß die Gesamtlänge der beiden mittleren Schenkel 18 und des die Unterbrechung 20
überbrückenden Abschnittes der Deckplatte 22 sowie des Federträgers 24 größer ist
als die Länge jedes der beiden äußeren Schenkel 16. Die beiden mittleren Schenkel
18 können infolgedessen nicht in einer gemeinsamen Ebene mit den äußeren Schenkeln
16 liegen, sondern bilden entweder eine in bezug auf die äußeren Schenkel 16 erst
nach oben, dann nach unten und schließlich wieder nach oben gewölbte Schlangenlinie
(Fig.2
und 4) oder einen in bezug auf die beiden äußeren Schenkel 16 nach oben gewdlbten
Bogen (Fig.3u.5). Die am FedoraGger 24 befestigte Schnappfeder 12 ist somit bistabil;
sie kann nur unter Einwirkung einer äußeren Kraft zwischen einer ersten Schaltstellung
(Fig. 2 und 4) und einer zweiten Schaltstellung (Fig. 3 und 5) hin und her springen.
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Der Federträger 24 ist am Gehäuseboden 4 befestigt und weist eine
durch diesen hindurch nach außen ragende Lötfahne 26 auf.
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Weitere elektrisch leitende Bauteile des Schnappschalters 10 sind
zwei ortsfeste Kontakte 28 und 30, die einander gegenüber beiderseits eines an der
Schnappfeder 12 befestigten, doppelseitig ausgebildeten Schaltkontakts 32 an je
einem Kontaktträger 34 bzw 36 befestigt sind. Die Kontaktträger 34 und 36 sind am
Gehäuseboden 4 befestigt und haben ebenfalls je eine durch diesen hindurchragende
Lötfahne 38 bzw 40.
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Somit verbindet der Schnappschalter 10 die Lötfahnen 26 und 38 miteinander,
wenn die Schnappfeder 12 ihre erste, in den Zeichnungen obere Schaltstellung gemäß
Fig.2 und 4 einnimmt, wohingegen die Lötfahnen 26 und 40 miteinander verbunden sind,
wenn die Schnappfeder 12 ihre zweite, in den Zeichnungen untere Schaltstellung gemäß
Fig.3 und 5 einnimmt.
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Die hier dargestellte Schnappfeder 12 entspricht derjenigen gemäß
der Patentanmeldung P 28 19 795.7; darin sind auch weitere Beispiele von Schnappfedern
dargestellt, die neben weiteren, vorbekannten Schnappfedern für den vorliegenden
Schnappschalter 10 geeignet sind.
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Beiderseits des Federträgers 24 ist je ein Lagerbock 42 angeordnet,
der mit dem Gehäuse 2 einstückig ausgebildet ist und eine Gelenkpfanne 44 aufweist.
Die Gelenkpfann 44 nehmen zwei Gelenkköpfe 46 auf, die an je einem hakenartigen
Teil 48
eines Hebels 50 ausgebildet sind. Der Hebel 50 ist infolgedessen
um eine ortsfeste Achse A schwenkbar, die sich durch die Mittelpunkte der beiden
Gelenkpfannen 44 erstreckt.
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Der Hebel 50 umgreift mit seinen beiden hakenartigen Teilen 48 den
Federträger 24 mit reichlichem Spiel, so daß er in einem weiten Winkelbereich um
die Achse A schwenkeinstellbar ist. Zum Einstellen des Hebels 50 ist ein Einstellglied
52 in Gestalt einer Kopfschraube vorgesehen, die am von der Achse A entfernten Ende
des Hebels 50 angreift und in den Gehäuseboden 4 eingeschraubt ist.
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Im Bereich zwischen seinen hakenartigen Teilen 48 und dem Einstellglied
52 hat der Hebel 50 einen etwa U-förmigen Querschnitt mit zwei Flanschen 54, die
in einer zur Achse A parallelen Ebene seitlich wegragen. Mit den beiden Flanschen
54 sind zwei Vorspannfedern verschweißt, die als Blattfedern 56 ausgebildet sind
und sich in derselben Längsrichtung wie die Schnappfeder 12 auf deren beiden Seiten
erstrecken. Während die Schnappfeder 12 sich zwischen den beiden Lagerböcken 42
hindurcherstreckt, sind die beiden Blattfedern 56 außerhalb der Lagerböcke angeordnet.
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Die beiden Blatt federn 56 sind mit je einem zur Achse A ebenfalls
parallelen Flansch 58 eines Lenkers 60 verschweißt und bilden gemeinsam eine Lagerung
für den Lenker 60, die diesem Schwenkungen um die Achse A, jedoch keinerlei andere
Bewegung ermöglicht. Die Achse A ist zugleich Quermittellinie der Schnappfeder 12.
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Am Lenker 60 ist ein Haken 62 ausgebildet, an dem das eine, vom Schaltkontakt
32 und vom Hebel 50 entfernte Ende der Schnappfeder 12 befestigt ist. Das vom Hebel
50 entfernte Ende 64 des Lenkers 60 selbst ragt in eine Aussparung 66 des Gehäuses
2 hinein, deren obere und untere Begrenzung je einen Anschlag für den Lenker 60
bilden. Zwischen dem Haken 62 und
dem Ende 64 ist am Lenker 60
schließlich ein kegelförmiger Angriffspunkt 68 für einen Arm 70 eines Betätigungsgliedes
ausgebildet.
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Je nachdem, ob das Einstellglied 52 mehr oder weniger tief in den
Gehäuseboden 4 eingeschraubt ist, liegt das Ende 64 des Lenkers 60 in Ruhestellung
des Schnappschalters 10 mit einer mehr oder weniger großen Vorspannung an der oberen
Begrenzung der Aussparung 66 an (Fig.2 und 4). Wenn jedoch der Arm 70 auf den Angriffspunkt
68 eine in den Zeichnungen nach unten gerichtete Kraft P ausübt, die einen bestimmten,
der Vorspannung entsprechenden Betrag überschreitet, dann drückt diese Kraft P den
Lenker 60 in seine untere Anschlagstellung (Fig.3 und 5), und auf dem Weg dorthin
springt die Schnappfeder 12 schlagartig um, so daß deren Schaltkontakt 32, der ursprünglich
am oberen ortsfesten Kontakt 28 angelegen hat, sich schlagartig von diesem löst
und an den unteren ortsfesten Kontakt 30 anlegt.