DE2952474C2 - Schaltgetriebe für druckabhängig gesteuerte elektrische Schaltgeräte mit einer Schaltwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für druckabhängig gesteuerte elektrische Schaltgeräte mit einer Schaltwelle und Mitteln für die Umsetzung einer Drehbewegung der Schaltwelle in eine Längsbewegung parallel zur Schaltwelle zur Betätigung eines Mikroschalters mit mindestens zwei Schaltzuständen, einer Rückstellfeder und einem parallel zur Schaltwelle begrenzt beweglichen Betätigungsglied, mit einem Kurvenkörper, der eine schraubenlinienförmige, parallel zur Schaltwelle wirkende Schaltkurve aufweist, die mit dem Betätigungsglied des Mikroschalters über einen gegenüber dem Kurvenkörper in Umfangsrichtung um mehr als 360 Grad relativ beweglichen Schaltstift kraftschlüssig verbindbar ist und Bereiche besitzt die den unterschiedlichen Schaltzuständen des MiKroschalters entsprechen.

Durch die DE-Patentschriften 8 47 031 und 8 66 969 sind Temperaturregler mit Sollwertsteller bzw. Einstellknopf, jedoch ohne Istwertzeiger bekannt, die einen aus Blech geprägten Kurvenkörper besitzen, dessen äußerer Teil als Umfangsrippe bezeichnet werden kann. Die Verdrehung des Kurvenkörpers gegenüber dem ortsfesten Bimetallstreifen bzw. Schalthebel beträgt jedoch weniger als 360 Winkelgrade, da der Schalthebel nicht zusätzlich um den Kurvenkörper herumgeführt werden kann. Die Schraubenfläche des Kurvenkörpers steigt gleichmäßig an, wobei die höchste und die tiefste Stelle durch einen abgekröpften vertikalen Steg miteinander verbunden sind. Damit ist dem Schalthebel bzw. Bimetall die Möglichkeit genommen, hinter die Schraubenfläche zu gelangen. Hierzu besteht aber wegen des begrenzten Verdrehwinkels weder eine Möglichkeit, noch eine Notwen&gkeit

Durch die DE-PS 16 23 850 sind zwei verschiedene Versionen eines Schaltgetriebes mit Kurvenkörper für Anzeigeinstrumente mit Kontakteinrichtung, d.h. für Temperaturregler bekannt. Bei der ersten Version besitzt der Kurvenkörper eine in radialer Richtung, d. h. senkrecht zur Schaltwelle wirkende Schaltkurve in Form einer etwa spiralförmigen Nut. Dieser Kurven-

3$ körper läßt sich als Spritzgußteil in axialer Richtung ausformen, so daß auf der Fläche der Schaltkurve kein Formgrat verbleibt Dies wird jedoch mit dem Nachteil erkauft, daß zum Zwecke einer Verstellung des Sollwerts der Mikroschalter um den Kurvenkörper herumgeschwenkt werden muß, so daß für den Anschluß des Mikroschalters flexible Zuleitungen verwendet werden müssen und die Reglermechanik wegen des notwendigen Schwenkweges des Mikroschalters einen erheblichen Platzbedarf hat. Bei der zweiten Version besitzt der Kurvenkörper eine parallel zur Schaltwelle wirkende Schaltkurve in Form einer Z-förmigen Nut, in die der Schaltstift formschlüssig eingreift Dies ist deswegen notwendig, weil auch bei dieser Version der Mikroschalter schwenkbar ist und

so von der Schaltkurve über einen Winkelhebel betätigt wird, der bei einer nicht formschlüssigen Führung des Schaltstiftes unkontrollierbare Lagen einnehmen würde, die zu einem Ausfall des Reglers führen würden. Ein derartiger Kurvenkörper läßt sich jedoch bei der Herstellung aus einem thermoplastischen Werkstoff nur mittels einer Spritzgußform herstellen, die eine achsparallele Teilungsfuge aufweist. Abgesehen davon, daß hierfür ein sehr kompliziertes Werkzeug benötigt wird, führt dies unvermeidbar auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Kurvenkörpers zur Ausbildung von Graten, die nachträglich durch eine sorgfältige Oberflächenbearbeitung entfernt werden müssen.

Ein Schaltgetriebe mit einer nutenförmigen, schraubengangförmigen Schaltkurve ist beispielsweise auch durch die DE-OS 27 44 779 bekannt Auch der dort beschriebene Kurvenkörper erlaubt gegenüber dem Betätigungsorgan des Mikroschalters eine relative Umdrehung von mehr als 360 Grad, ohne daß die

gleiche Schaltstellung zweimal durchlaufen würde. Wegen des zusätzlichen Vorhandenseins einer sogenannten Schalthülse, die mittels des Schaltstiftes parallel zur Schaltwelle verschiebbar ist, läßt sich bei dieser Ausführungsform ein ortsfester Mikroschalter verwen- ί den. Der durch die Schalthülse geführte Schaltstift ist jedoch nur dann in die nutenförmige Schaltkurve einzuführen, wenn die Schaltkurve an einer für die Reglerfunktion unwichtigen Stelle in axialer Richtung geöffnet ist; ansonsten wäre bei der Montage ein komplizierter Einfädelvorgang des Schaltstiftes in die Nut erforderlich.

Auch für diesen bekannten Kurvenkörper gilt für den Fall einer wirtschaftlichen Herstellung aus einem thermoplastischen Werkstoff in der Großserie die η Notwendigkeit, eine Spritzgußform zu verwenden, die eine achsparallele Teilungsfuge aufweist. Man spricht in einem solchen Falle von einer radialen Entformung. Wie bereits weiter oben beschrieben, führt dies unvermeidbar auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Kurvenkörpers zur Ausbildung von Graten, die nachfolgend durch eine sorgfältige Oberflächenbearbeitung entfernt werden müssen. Jede Oberflächenunregelmäßigkeit auf der Schaltkurve führt zu einem unruhigen Lauf des Zeigers und zu einer größeren Hysterese, durch weiche die Anzeige- und Regelgenauigkeit beeinträchtigt wird. Die saubere Fertigbearbeitung des Kurvenkörpers ist ein sehr lohnaufwendiger Vorgang.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugmnde, ein Schaltgetriebe der eingangs beschriebenen Gattung, d.h. mit einer parallel zur Schaltwelle wirkenden Schaltkurve für die Betätigung eines ortsfesten Mikroschalters, anzugeben, dessen Kurvenkörper aus einem Formwerkzeug in axialer Richtung entformbar ist und der dennoch auch bei einem Dreh winkel gegenüber dem Betätigungsglied des Mikroschalters von oberhalb 360 Grad zu eindeutigen Schaltzuständen des Mikroschalters führt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs Lsschriebenen Schaltgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Schaltkurve als Umfangsrippe ausgebildet ist, den im übrigen im wesentlichen zylindrischen Kurvenkörper mit einem Umschlingungswinkel von gleich oder weniger als 360 Grad umgibt und zwei Enden mit einem axialen Abstand »s« voneinander aufweist, &er größer ist als die Abmessung des Schaltstiftes in Richtung der Schaltwellenachse, derart, daß der Schaltstift zwischen den Enden der Umfangsrippe hindurch bewegbar ist.

Mit einem derartigen Kurvenkörper sind folgende Vorteile verbunden: die Ausbildung der Schaltkurve als Umfangsrippe und deren Begrenzung auf einen Umschüngungswinkel von maximal 360 Grad schafft die Voraussetzung dafür, daß das Formwerkzeug für den Kurvenkörper mit einer Trennfuge versehen werden kann, die im wesentlichen quer zur Achse des Kurvenkörpers bzw. zur Schaltwellenachse verläuft. Hierdurch ist ein sogenanntes axiales Entformen möglich. Soweit die Trennfuge des Formwerkzeugs ein kurzes Stück parallel zur Achse des Kurvenkörpers verläuft, kann dieser Teil als Trennfuge an beide Enden der Umfangsrippe verlegt werden, wo ein etwa dennoch gebildeter Grat keineswegs störend in Erscheinung tritt. Die Schaltkurve bzw. Umfangsrippe selbst weist an keiner Stelle ihrer Oberflache einen Grat auf, so daß eine Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Dies führt zu einem ruhigeren Lauf des Zeigers. Dadurch, daß sich derjenige Teil des Werkzeugs, der die Schaltkurvc bzw. Umfangsrippe bildet, gut polieren läßt, wird auch eine sehr glatte Oberfläche des Formteils erreicht. Dies führt zu einer kleineren Hysterese, wodurch die Anzeige- und Regelgenauigkeit weiter verbessert werden kann. Hierbei ist von Bedeutung, daß es sich sowohl bei dem Kurvenkörper als auch bei dem zugehörigen Regler um Massenartikel handelt, bei denen Vereinfachungen im Fertigungsablauf besonders ins Gewicht fallen, zumal wenn diese Vereinfachungen nicht nur zu keiner Verschlechterung des Betriebsverhaltens des fertigen Geräts, sondern sogar noch einer Verbesserung führen.

Durch die Maßnahme, die Umfangsrippe in zwei Enden auslaufen zu lassen, die einen axialen Abstand voneinander aufweisen, der größer ist als die Abmessungen des Schaltstiftes in Richtung der Schaltwellenachse bzw. der Durchmesser des Schaltstiftes, kann dieser nach Vollendung der Schalthandlung in einer Richtung aus dem Bereich der Umfangsrippe heraustreten, wodurch die kraftschlüssige Verbindung mit der Umfangsrippe aufgehoben wird. E*er Kurvenkörper kann alsdann noch eine Umdrehung von 250 Winkelgraden oder mehr ausführen, ohne daß es zu einer Schalthandlung und/oder einer gegenseitigen Behinderung von Schaltstift und Schaltkurve kommt. Fails das Schaltgerät gleichzeitig als Meßgerät ausgeführt wird und einen Zeiger und eine Skala aufweist, hat dies den Vorteil, daß der Skalenwinkel größer als 180 Grad, ja sogar größer als 270 Grad, gewählt werden kann. Wie anhand des Ausführungsbeispiels noch näher erläutert wird, ist dies notwendig bei solchen Geräten mit Sollwertverstellung, weil sich aufgrund der gegenläufigen Verstellmöglichkeit des Sollwerts gegenüber der Istwertanzeige ein Drehwinkel für den Kurvenkörper gegenüber dem Schaltstift ergeben muß, der geringfügig größer ist als der doppelte Skalenwinkel ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden also gleichzeitig Vorteile erreicht, die sich

a) auf das Herstellverfahren des Kurvenkörpers,

b) auf eine erleichterte Montage ohne Einfädelvorgang,

c) auf die ortsfeste Anbringungsmöglichkeit des Mikroschalters und

d) auf das Betriebsverhalten des fertigen Schalt- oder Meßgeräts beziehen.

Dadurch, daß sich die Umfangsrippe nach dem Schalten des Mikroschalters vom Schaltstift abhebt und frei am Schaltstift vorbeiläuft, wird die ansonsten unvermeidliche Reibung zwischen Kurvenkörper und Schaltstift in diesem Bereich vermieden.

Die erfindungsgemäße Lösung macht von der Eigenschaft handelsüblicher Mikroschalter Gebrauch, die mindestens eine stabile Endstellung des ihnen zugeordneten Betätigungsgliedes besitzen. Es wurde restgestellt, daß es nicht erforderlich ist, den Schaltstift in seiner einen stabilen Endstellung zu führen odor zu halten. Sofern ein bistabiler Mikroschalter verwende» wird, kann sich die Umfangsrippe auf ein kurzes schraubenlinienförmiges Kurvenstück beschränken, welches den Mikroschalter in die eine oder andere stabile Endlage umschaltet. Ein solcher Schalter wird dann auch in der anderen Endlage ohne den Kurvenkörper zuverlässig gehalten.

Bei einem Schaltgetriebe gemäß Ausführungsbeispiel, nämlich für einen Zweipunktregler mit 1st- und Sollwertzeiger unJ einer parallel zur Schaltwelle verschiebbaren und um diese drehbaren Schalthülse, die über einen Schalthebel mit dem Betätigungsglied des ortsfesten Mikroschalters verbunden ist, kann gemäß

der weiteren Erfindung für die Schalthülse ein Anschlag vorgesehen sein, an dem die Schalthülse außerhalb der Berührung von Schaltstift und Umfangsrippe anliegt. Hierdurch wird die Schalthülse, die eine gewisse Masse besitzt für sich genominen in einer Richtung zuverlässig festgehalten, so daß der Schaltstift, der an der Schalthülse befestigt ist, nicht aus seinem üblichen Betriebsbereich entweichen kann, in dem er durch die Schaltrippe jeweils wieder eingefangen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel und seine Wirkungsweise werden anhand der Fig. 1 und 2 nachfolgend näher beschrieben, die beide Seitenansichten des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes in Verbindung mit dem Meßwerk eines Zweipunktreglers mit Ist- und Sollwertzeiger zeigen, und zwar zeigt

F i g. 1 die relative Stellung von Kurvenkörper und Schaltstift bei herabgedrücktem Betätigungsglied und

Fig. 2 die relative Stellung von Kurvenkörper und Schaltstift bei freigegebenem Betätigiingsglicd des Mikroschalters.

In Fig. 1 ist ein Antrieb 1 in Form einer einlagigen Bourdonspirale dargestellt, die in bekannter Weise mit ihrem äußeren Ende ortsfest gelagert und über eine nicht gezeigte Kapillare mit einem Fühler verbunden ist. Der als Hohlkörper ausgebildete Fühler, die Kapillare und die Bourdonspirale sind mit einem Medium gefüllt, dessen Drucksteigerung, z. B. bei Temperaturerhöhung, eine Gestaltsänderung der Bourdonspirale bewirkt. Das innere Ende der Bourdonspirale ist mit einer Schaltwelle 2 verbunden, auf der ein Istwert-Zeiger 3 befestigt ist. Außerdem ist auf der Schaltwelle 2 ein Kurvenkörper 4 mittels einer Schraube 5 befestigt. Jeglicher Einfluß des Antriebs 1 auf die Schaltwelle 2 äußert sich in einer gleich großen und gleichsinnigen Drehbewegung von Istwertzeiger 3 und Kurvenkörper 4.

Der Kurvenkörper besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen Nabe 6. auf der eine Schaltkurve 7 angeordnet ist. welche die Unterseite einer Umfangsrippe 8 bildet. Die Umfangsrippe 8 besteht aus einer ersten Teilrippe 8a. die im wesentlichen in einer zur Schaltwellenachse radialen Ebene verläuft, sowie aus einer zweiten Teilrippe Sb, die eine zur ersten Teilrippe im wesentlichen konstante Steigung »a« aufweist. Diese Steigung beträgt etwa 13,5 Grad. Die beiden Teilrippen definieren Bereiche, die den unterschiedlichen Schaltzuständen des nachstehend noch näher beschriebenen Mikroschalters entsprechen. Die Umfangsrippe 8 besitzt zwei Enden 8c und 8d die in Achsrichtung versetzt einen Abstand »s« zueinander aufweisen (F ig. 2).

Die Schaltwelle 2 ist als Hohlwelle ausgebildet und auf einer Einstellwelle 9 axial unverschiebbar gelagert, die auf ihrem äußeren Ende einen Einstellknopf 10 und einen Sollwertzeiger 11 trägt. Die beiden Zeiger 3 und 11 sind oberhalb einer nicht dargestellten Skalenplatte angeordnet, wobei die Skalenteilung beispielsweise einen Winkel von 270 Grad einschließt Jenseits des Kurvenkörpers 4 ist auf der Einstellwelle 9 verdrehfest und axial unverschiebbar ein Mitnehmer 12 mittels einer Madenschraube 13 befestigt Der Mitnehmer 12 ist auf seiner in F i g. 1 rechten Seite als Gabel 14 ausgeführt, die einen Distanzstift 15 beidseitig und mit äußerst geringem Umfangsspiel umschließt Dieser Distanzstift verläuft parallel zur Einstellwelle 9, besitzt an seinem oberen Ende einen Schaltstift 16 und ist an seinem unteren Ende in einem Ausleger 17 einer Schalthülse 18 gelagert, die in Achsrichtung relativ zur Schaltwelle 2 verschiebbar aber um diese nur gemeinsam mit dem Mitnehmer 12 verdrehbar ist.

Die Schalthülse 18 besitzt einen zur Einstellwelle 9 radialen Bund 19, an dem sich ein Schalthebel 20 abstützt, der auf einen handelsüblichen, ortsfest angebrachten Mikroschalter 21 einwirkt. Der Mikroschalter besitzt zwei Schaltzustände (EIN-AUS) eine

'<> nicht gezeigte Rückstellfeder und ein parallel zur Schaltwelle 2 begrenzt bewegliches Betätigungsglied 22 in Form eines Tiiststiftes. Durch dieses, unter Federspannung stehende Betätigungsglied wird der Schalthebel 20 gegen den Bund 19 gedruckt. Der Schalthebel 20 ist an seinem jenseitigen Ende mit einem Gelenk 23 versehen, welches in einem parallel zur Schaltwelle verstellbaren Lagerbock 24 gelagert ist. Für die Verstellung ist eine Stellschraube 25 vorgesehen, die außer im Lagerbock 24 noch im Gehäuse 26 des ■ Schaitgeräts gelagert ist. von dem nur ein kleiner Ausschnitt gezeigt ist. Die Verstellmöglichkeit des Lagerbocks 24 dient zur Einstellung des Schaltpunktes des Mikroschalters 21.

Der Schaltstift 16 stützt sich unter der Wirkung der

j". Rückstellfeder des Mikroschalters 21 von unten an der Umfangsrippe 8 ab. wird also kraftschlüssig von dieser gehalten. Es ist erkennbar, daß die schraubenlinienförmige Schaltkurve 7 in einer Richtung parallel zur Schaltwelle 2 zunächst auf den Schaltstift 16, dann auf

ii' die Schalthülse 18 und schließlich, über den Schalthebel 20. auf das Betätigungsglied 22 des Mikroschalters 21 einwirkt. Bei einer angenommenen Linksdrehung des Kurvenkörpers 4 (in der Draufsicht von oben) gerät der Schaltstift 16 von der Teilrippe 8a in den Bereich der

Γι Teilrippe Bb, so daß sich die Schalthülse 18, der Schalthebel 20 und das Bctätigungsglied 22 anheben können. Hierdurch wird eine Umschaltung des Mikroschalters 21 bewirkt.

Anhand von Fig. 2 ist dargestellt, was geschieht, wenn die Einstellwelle 9 im Uhrzeigersinne, d. h. in der Draufsicht in einer Rechtsdrehung um 180 Grad gegenüber der Schaltwelle 2 verstellt wird. In diesem Fall gleitet der Schaltstift 16 zunächst von der Teilrippe 8a auf die Teilrippe 9b, wodurch der Mikroschalter 21 zunächst einmal umschaltet. Alsdann hebt der Schaltstift 16 von der Teilrippe Sb ab und bewegt sich im freien Raum um die Nabe 6 des Kurvenkörpers 4 herum. Sofern der Hub des Betätigungsgliedes 22 begrenzt ist. bewegen sich der Schalthebel 20, die Schalthülse 18 und der Schaltstift 16 nicht mehr weiter nach oben. Der Schaltstift 16 könnte nunmehr um die Nabe 6 herumgeführt werden, bis praktisch auf die Rückseite der Teilrippe 86. Man kann jedoch zusätzlich eine Hubbegrenzung für die Schalthülse 18 vorsehen, die im

Fall von F ι g. 2 durch einen Anschlag 27 gebildet ist, der die untere Begrenzungsfläche des Mitnehmers 12 darstellt Es ist aber auch denkbar, beispielsweise am oberen Ende des Distanzstiftes 15 einen kreisringförmigen Anschlag vorzusehen. Letztendlich kann aber auf

jeden Anschlag verachtet werden, solange sichergestellt ist daß der Schaltstift 16 bei einer Rückdrehung des Kurvenkörpers 4 und/oder der Schalthülse 18 unter die Umfangsrippe 8 gerät d-h. von der Teilrippe 8 wieder »eingefangen« wird.

Aus F i g. 2 ist noch ersichtlich, daß der axiale Abstand bzw. der Zwischenraum zwischen den beiden Enden 8c und 8</größer ist als die Abmessungen des Schaltstiftes 16 in Richtung der Schaltwellenachse. Sofern der

Schaltstift (6 einen kreisförmigen Querschnitt hat. genügt es, wenn der Abstand »s« größer ist als der Durchmesser des .Schaltstiftes. In diesem Falle ist gewährleiste'., daß der Schaltstift 16 /wischen den Enden der Umfangsrippe 8 austreten und wieder eintreten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Schaltgetriebe für druckabhängig gesteuerte elektrische Schaltgeräte mit einer Schallwelle und Mitteln für die Umsetzung einer Drehbewegung der Schaltwelle in eine Längsbewegung parallel zur Schaltwelle zur Betätigung eines Mikroschalters mit mindestens zwei Schaltzuständen, einer Rücksteilfeder und einem parallel zur Schaltwelle begrenzt beweglichen Betätigungsglied, mit einem Kurvenkörper, der eine schraubenlinienförmige, parallel zur Schaltwelle wirkende Schaltkurve aufweist, die mit dem Betätigungsglied des Mikroschalters über einen gegenüber dem Kurvenkörper in Umfangsrichtung um mehr als 360 Grad relativ beweglichen Schaltstift kraftschlüssig verbindbar ist und Bereiche besitzt, die den unterschiedlichen Schaltzuständen des Mikroschalters entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkurve (7) als Umfangsrippe (8) ausgebildet ist, den im übrigen im wesentlichen zylindrischen Kurvenkörper (4) mit einem Umschlingungswinkel von gleich oder weniger als 360 Grad umgibt und zwei Enden (8c; Sd) mit einem axialen Abstand »s« voneinander aufweist, der größer ist, als die Abmessung des Schaltstiftes (16) in Richtung der Schaltwellenachse, derart, daß der Schaltstift (16) zwischen den Enden (8c; Sd) der Umfangsrippe (8) hindurch bewegbar ist.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrippe (8) aus einer ersten Teilrinpe (Sa) besteht, die im wesentlichen in einer zur Schaltwellenachse radialen Ebene verläuft, sowie aus einer zweiten TeKrippe (So), die eine zur ersten Teilrippe im wesentlichen konstante Steigung »a« aufweist.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilrippe (Sa) einen Umschlingungswinkel bis zu 330 Grad und die zweite Teilrippe (Sb) den restlichen Umschlingungswinkel bis zu 360 Grad aufweist.

4. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstift (16) an einer an sich bekannten, parallel zur Schaltwelle (2) verschiebbaren und um diese drehbaren Schalthülse (18) befestigt ist, welche über einen Schalthebel (20) mit dem Betätigungsglied (22) des ortsfesten Mikroschalters (21) verbunden ist, und daß für die Schalthülse ein Anschlag (27) vorhanden ist, an dem die Schalthülse außerhalb der Berührung von Schaltstift (16) und Umfangsrippe (8) anliegt.

5. Schaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (27) ein in Richtung der Schaltwelle (2) unverschiebbarer Mitnehmer (12) für die Schalthülse (18) ist.

6. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrippe (8) mindestens in dem vom Schaltstift (16) berilhrbaren Bereich gratfrei ausgebildet ist.