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Elektrischer Schnappschalter
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Qie Erfindung betrifft einen elektrischen Schnappschalter mit einer
Schnappfeder und einer vorgespannten, in einem Stützlager abgestützten Federzunge
und einem Betätigungsglied.
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Derartige Schnappschalter sind beispielsweise aus den DE-PS 24 22
624, 24 22 684, insbesondere 16 40 084 und 11 23 059 sowie den DE-OS 23 43 834 und
25 08 241 bekannt geworden. Diese Schnappschalter sind zwar unterschiedlich gestaltet,
indem sie ein oder mehrere, zum Teil unabhängig voneinander schaltbare Kontakte
an der gleichen Schnappfeder sowie ein oder mehrere Federzungen haben und das Betätigungsglied
auf die Schnappfeder, auf die Federzungen oder auf ein Stützlager einwirkt, es wurde
jedoch bisher streng darauf geachtet, daß der Angriffspunkt des Betätigungsgliedes
gegenüber der Schnappfeder mittig, d.h.
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in einer Längs-Symmetrieebene lag. Im übrigen wurde der Schnappschalter
und insbesondere die Schnappfeder so symmetrisch wie möglich ausgebildet, abgesehen
van einem
gegenseitigen Versatz der Stützlager bei Doppel- oder
Mehrfachschnappschaltern, wobei allerdings der Versatz in einer Richtung senkrecht
zur Schnappfederebene erfolgt (s.DE-PS 24 22-684, DE-OS 23 43 834 und 25 08 241).
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Diese Schnappschalter reagieren mit einem Minimum an Schalthysterese
und haben sich bei üblichen Leistungs-und Temperaturreglern gut bewährt. Es konnte
jedoch festgestellt werden, daß in Einzelfällen bei außerordentlich langsamer und
erschütterungsfreier Betätigung die Schaltung, d.h. das '§Umschnappen" nicht mit
der üblichen hohen Geschwindigkeit erfolgte, sondern eine "schleichende" Umschaltung
erfolgte.
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Es gibt ferner Schaltvorgänge, bei denen die Schalthysterese, d.h.
die Wegdifferenz des Betätigungspunktes zwischen dem Ein- und Wiederausschalten
(oder umgekehrt) nicht, wie üblicherweise, so klein wie möglich sein sollte, sondern
eine möglichst genau bemessene Größe haben sollte.
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Dies war mit üblichen Schnappschaltern nur sehr schwer zu erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schnappschalter zu schaffen,
der ein verbessertes Umschaltverhalten und ggf. eine Festlegung des Hysteresewertes
in gewissen Grenzen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Angriffspunkt
des Betätigungsgliedes außerhalb einer Längs--Symmetrieebene der Schnappfeder liegt.
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Dies kann beispielsweise bei einer symmetrischen Schnappfeder eines
Einzel- oder Doppelschnappschalters, bei der die Längssymmetrieachse die Mittelachse
der Schnappfeder ist, dadurch geschehen, daß der Angriffspunkt gegenüber der Mittelachse
seitlich versetzt ist. Bei anderen Schnappschalterausbildungen,
beispielsweise
bei einer sternförmigen Ausbildung, hat jeder Arm der Schnappfeder eine Längs-Symmetrieebene,
und in diesem Falle wäre der Angriffspunkt außerhalb des Schnittpunktes dieser mehreren
Symmetrieebenen angeordnet. Vergleichbares gilt für Ausführungen, bei denen der
Angriffspunkt des Betätigungsgliedes nicht an der Schnappfeder, sondern an den Federzungen
oder den Stützlagern vorgesehen ist.
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Obwohl eine Ausführung bevorzugt ist, bei der die Schnappfeder symmetrisch
ausgebildet und der Angriffspunkt gegenüber der Längs-Symmetrieebene versetzt ist,
könnte auch die Schnappfeder selbst zu ihrer Längs-Mittelachse unsymmetrisch ausgebildet
sein, indem sie beispielsweise ungleich breite Seitenstege oder eine aus der Mitte
versetzte Federzunge hat.
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In diesem Falle könnte der Angriffspunkt zwar mittig liegen, er wäre
jedoch trotzdem außerhalb einer Längssymmetrieebene, weil die Schnappfeder in diesem
Falle keine Längssymmetrieebene hat.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Angriffspunkt im Bereich
einer quer zur Längserstreckung der Schnappfeder verlaufenden, durch Profilierung
der Schnappfeder gebildeten Betätigungssicke liegen. Diese Ausführung erlaubt es
besonders einfach, den Angriffspunkt von der Mitte zu einer der beiden Seiten hin
zu versetzen. Bei allen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn der Angriffspunkt
quer zur Längs-Symmetrieebene verstellbar bzw. justierbar ausgebildet ist.
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Durch die Erfindung wird ein Schnappschalter geschaffen, der in doppelter
Hinsicht ein verbessertes Schaltverhalten hat.
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Es ist festgestellt worden, daß eine schleichende Kontaktgabe bei
einem solchen Schalter nun unter keinen Umständen mehr zu befürchten ist. Selbst
bei langsamster Betätigung
erfolgt eine schlagartige sehr schnelle
Umschaltung, die die Kontakte schont und Funkstörungen auf ein Minimum begrenzt.
Zusätzlich wird durch den Versatz des Angriffspunktes die Hysterese des Schalters
beeinflußt. Mit der Größe des Versatzes nimmt die Hysterese zu. Bei einem normalen
Schnappschalter kann die Hysterese bei einer Betätigung am Rande des Schnappschalters
um das Vier- bis Sechsfache gegenüber der mittigen Betätigung vergrößert werden.
Durch Verlegung des Angriffspunktes in Zwischenpositionen können alle Zwischenwerte
erreicht werden.
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Dies ermöglicht nicht nur die Ausbildung eines Schnappschalters mit
einem bewußt vergrößerten Hysteresebereich, sondern ermöglicht auch die Justierung
der Hysterese auf einen bestimmten Sollbetrag, indem beispielsweise der Betätigungspunkt
zur Justierung seitlich verschoben wird. Eine gewisse Beeinflussung des Hystereseverhaltens
konnte bisher nur durch eine Veränderung des Kontaktabstandes erreicht werden, der
jedoch in den meisten Fällen aus konstruktiven und funktionellen Gesichtspunkten
festliegt und nicht zur Verbesserung, sondern eher zur Verschlechterung des allgemeinen
Schaltverhaltens führte.
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Die beschriebenen Vorteile konnten bisher bei der Anwendung der Erfindung
auf alle untersuchten Schnappschaltertypen festgestellt werden. Der Wirkungsmechanismus
ist allerdings schwer zu durchschauen. Eine mögliche Erklärung ist, daß durch die
unsymmetrische Betätigung und Spannung der Schaltfeder verbunden mit vergrößerter
Schaltamplitude (Hysterese) ein größerer Energiebetrag in der Schnappfeder gespeichert
wird, der am Schaltpunkt für ein schnelleres Umschnappen sorgt. Es wurde ferner
festgestellt, daß mit zunehmender Unsymmetrie der Betätigung die Betätigungskräfte
etwas, jedoch nicht im gleichen Verhältnis wie die
Zunahme der Schalthysterese,
zurückgehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines
Schnappschalters, Fig. 2 die zugehörige Draufsicht, Fig. 3 einen Schnitt nach der
Linie III-III in Fig. 2.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt einen elektrischen Einfach-Schnappschalter
11 mit einem Schnappschalterträger 12, der an einem nicht näher dargestellten Schaltgerät
angebracht wird und an dessen einem Ende eine Schnappfeder 13 mit ihrem einen Ende
durch eine Platte 14 befestigt ist, und dessen anderes, hochgebogenes Ende eine
Kerbe als Stützlager 15 für das Ende einer Federzunge 16 bildet. Die Federzunge
16 ist aus der im wesentlichen langgestreckt rechteckigen Schnappfeder, die aus
dünnem Feder-Flachmaterial besteht, durch einen im wesentlichen U-förmigen Einschnitt
17 abgetrennt und hängt im Bereich des dem Befestigungsende entgegengesetzten Endes
der Schnappfeder 13 mit dieser zusammen. Dort trägt die Schnappfeder einen elektrischen
Kontakt 18, der mit einem Gegenkontakt 19 zusammenwirkt.
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Bei dem dargestellten Schnappschalter handelt es sich um einen "Uffner",
d.h. er ist im Normalzustand geschlossen und wird bei Betätigung geöffnet. Die Federzunge
16 ist in das Stützlager 15 unter einer Knick-Vorspannung eingestützt, so daß sie
eine Zugspannung auf die beiden seitlichen Stege 20 der Schnappfeder ausübt und
die Schnappfeder mit ihrem Kontakt 18 in eine definierte Lage, d.h. in Anlage zum
Gegenkontakt 19, drückt. Die das Stützlager 15 tragende
Abbiegung
des Trägers 12 ragt durch den Ausschnitt 17 im Bereich des unteren U-Bogens hindurch.
Daran angrenzend ist in die Schnappfeder eine nach oben gerichtete Betatiguwgsr
sicke 21 in Form einer bogen- oder sinusförmigen Profilierung der Schnappfeder eingeprägt.
Diese Sicke läuft über die gesamte Breite der Schnappfeder durch, und auf ihrem
Scheitel liegt der Angriffspunkt 22 für ein Betätigungsglied 23 in Form eines Druckstabes.
Dieser kann entsprechend der Verwendung und Konstruktion des den Schnappschalter
enthaltenden Gerätes z.B. das Ende eines Temperaturfühlerstabesx, das Druckstück
einer Ausdehnungsmembran oder eines beliebigen Obertragungsgestänges sein.
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Es ist zu erkennen, daß der Angriffspunkt 22 im Bereich einer Außenseite
der Schnappfeder liegt, d.h. gegenüber der Längs-Symmetrieebene, die im vorliegenden
Falle in Fig. 2 die Zeichenebene in der Mittelachse 24 schneidet, erheblich seitlich
versetztiStSerAngriffspunkt kann auch auf beliebige Weise einstellbar sein, indem
beispielsweise der Schalterträger 12 oder das Betätigungsgied 11 seitlich gegeneinander
verschoben werden oder das Betätigungsglied entsprechend ausgebildet ist, so daß
es bei einer Justierung auf der Betätigungssicke abrollen kann. Es ist beispielsweise
auch denkbar, das Betätigungsglied nach Art eines exzentrisch gelagerten Stiftes
auszubilden, der bei Drehung den Angriffspunkt verlagert.
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In üblicher Weise erfolgt der Stromanschluß im Bereich der Befestigungsplatte
14.
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Wenn zur Betätigung des Schnappschalters das Betätigungsglied 23 abwärts
gedrückt wird, so nähert sich die Schnappfeder ihrer neutralen Position, in der
die Umschaltung erfolgt.
Die eingespannte Federzunge 16 sorgt dann
f-ür ein schnelles Umschnappen in die geöffnete Stellung des Schalters, in der die
Schnappfeder an einem Gegenlager 26 anliegt. Die Anordnung von Gegenlager und Gegenkontakt
zusammen mit der Dicke der Schnappfeder und ihres Kontaktes bestimmen den Kontaktabstand.
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Es ist festgestellt worden, daß bei einem Schnappschalter der dargestellten
Art bei einem normalen Kontaktabstand von 0,4 mm bei Anordnung des Angriffspunktes
22 in der dargestellten seitlichen Lage eine Schalthysterese in der Größenordnung
von 0,25 bis 0,45 mm erreicht wurde, während bei mittiger Betätigung die Hysterese
zwischen 0,08 und 0,15 mm lag. Bei einer Vergrößerung des Kontaktabstandes auf 0,6
mm vergrößerten sich diese Werte auf 0,35 bis 0,6 mm bei äußerer Betätigung gegenüber
0,1 bis 0,2 mm bei mittiger Betätigung. Ein Schalter aus einer Versuchsserie, der
bei mittiger Betätigung nur schleichend Kontakt gab, schnappte bei äußerer Betätigung
einwandfrei und schnell um und lag bezüglich der Hysteresewerte im angegebenen Bereich.
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Es ist also vorteilhaft möglich, Schalter zu konzipieren, die ein
soweit verbessertes Schnappverhalten haben, daß der Ausschuß in der Serie dadurch
wesentlich verringert werden kann, daß praktisch kein Ausfall durch schleichendes
Kontaktverhalten mehr vorkommt. Außerdem ermöglicht es die Erfindung, einen vergrößerten
und insbesondere einstellbaren bzw. justierbaren Hysteresebereich zu erhalten.
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Bei Präzisionsschaltern, bei denen es auf die genaue Hysterese ankommt,
könnte der üblichen Justierung zur Einstellung des genauen Schaltwertes (Temperaturwertes
-oder dgl.) eine Justierung auf einen genauen Hysteresewert vorgeschaltet werden.
Dabei ist der Einstellbereich wesentlich
größer als bei einer
Justierung über den Kontaktabstand und führt nicht zu Nachteilen im Schaltverhalten.
Zum Begriff "Symmetrieebene" ist zu bemerken, daß in die Betrachtung nur solche
Elemente der Schnappfeder und des übrigen Schalters einbezogen sein sollen, die
eine Auswirkung auf die Schaltung ausüben können. Außer Betracht bleibt also beispielsweise
die aus Unterbringungsgründen abgeschnittene Ecke 30 der Schnappfeder.