DE3243323C2 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Abstract

Der elektrische Schalter hat einen schwenkbaren Kontaktbügel (18), der in einem Schneidenlager (22) an einer Lötfahne (20) gehalten ist. Ein Nockenteil (30) besitzt einen Nockenvorsprung (32) und eine hieran mit steiler Seitenflanke angebrachte, radial nach außen vorspringende Nase (34), welche mit einem in Richtung auf das Nockenteil hin weisenden Bogen (40) des Kontaktbügels (18) in Berührung bringbar ist. Der Kontaktbügel ist durch eine Feder in Richtung auf das Nockenteil vorgespannt. Durch die steile Seitenflanke (35) der Nase (34) und eine entsprechende steile Seitenflanke (41) des Bogens (40) des Kontaktbügels (18) wird eine hohe Übersetzung der Drehbewegung des Nockenteils für die Schwenkbewegung des Kontaktbügels erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Hin solcher Schalter ist uns der DE-AS 10 ^r> <> 862 be kanni. Dieser Schalter ist für das Schalten großer elektrischer Ströme, bei denen die Gefahr der Funkenbil dung und damit auch des Kontaktabbrandes besteht, nicht geeignet. Das Abheben des Kontaktbügels von der Konlaktfahne erfolgt durch die geometrische Gestaltung des Nockenvorsprunges und des diesem zuges ordneten Bogens an dem Kontaktbügel verhältnismäßig langsam, da der Nockenvorsprung an dem Bogen praktisch wie an einer schiefen Ebene hinaufgleitet Bei langsamer Drehbewegung des Nockenteils besteht damit die Gefahr der Funkenbildung, des Verschweißen und

ίο des Abbrandes der Kontakte.

Aus der DE-AS 24 51 034 und der FR-PS 15 16 928 sind ähnliche Drehschalter mit Nockenteil, Nockenvorsprung und Bogen an dem Kontaktbügel bekannt, bei denen für ein schnelles Schalten die Nase des Nocken vorsprunges eine steile Seitenflanke hat. Steile Seiten flanke bedeutet hierbei, daß die Seitenflanke gegenüber einem radialen Fahrstrahl vom Drehmittelpunkt des Nockenteils zu der Nase einen spitzen Winkel bildet. Weiterhin ist dort der in Richtung auf das Nockenteil hinweisende Bogen des Kontaktbügcls mit Seitenflankcn versehen, deren Neigung so gewählt ist, daß bei anfänglicher Berührung zwischen einer Seitenflanke des Bogens mit der zugeordneten Seitenflanke der Nase die sich dann berührenden Scitcnflanken in einer Linie lie gen. Dies hat zur Folge, daß eine Drehbewegung des Nockentciles mechanisch stark übersetzt wird, so daß geringfügige Drehbewegungen des Nockenteils bereits große Schwenkbewegungen des Kontaktbügels zur Foige haben. Hierdurch werden letztlich schnelle

Schaltgeschwindigkeiten erreicht.

Bei der DE-AS 24 51 034 ist die Anordnung allerdings so getroffen, daß der schwenkbare Kontaktbügel selbst als Feder ausgebildet ist, wobei die Federkraft den Kontaktbügel von der zugeordneten Kontaktfahnc fort- drückt. Mit anderen Worten ist dieser Schalter in seiner »Ruhestellung«, bei der die Nase des Nockenvorsprunges und der Bogen des Kontaktbügels außer Eingriff sind, in seiner geöffneten Stellung. Zum öffnen des Schalters wirkt damit allein die erwähnte Federkraft, die bei verschweißten Kontakten ein öffnen nicht zuläßt.

Auch besieht bei häufigen Schallvorgängcn die Gefahr

des Bruches des federnden Kontaktbügels aufgrund von

Materialermüdung. Aus der DE-AS 12 18 040 ist ein elektrischer Zug-

schalter mit ahnlicher Betätigungsfunktion bekannt, wobei als Betätigungsorgan eine Nockenwelle mit mehreren Nocken vorgesehen ist, die wiederum mit einem Bogen eines schwenkbaren Kontaktbügel zusammenwirken. Der Kontaktbügel ist hierbei durch eine Feder in Richtung auf das Betätigungsorgan vorgespannt. Zusätzlich drückt diese Feder mit einer Kraftkomponentc in Richtung auf den den Kontaktbügel haltenden Anschluß.

Aus der DE-AS 28 32 921 ist schließlich ein clektri-

scher Drehschalter mit einem drehbaren Betätigungsorgan bekannt, welches einen Nockenvorsprung aufweist. Das Betätigungsorgan wird hierbei über einen Antriebszapfen gedreht, welcher formschlüssig, jedoch mit in Drehrichtung wirksamen Lagerspiel mit dem Bctäti-

bo gungsorgan verbunden ist. Der Nockenvorsprung wirkt hierbei mit einem zusätzlichen Schwenkhebel zusammen, der seinerseits dann einen schwenkbaren Kontaktbügel vcrschwenkl. Das erwähnte Drehspiel zwischen Betätigungsorgan und Antriebszapfen dient dazu, dem

h^r> Betätigungsorgan nach Überschreitung eines Totpimk tes ohne Rücksicht auf die Stellung des Dreh/.iipfens eine »Schnappbewegung« in jeweils eine von zwei Endlagen zu gestatlcn. Dieser Schaller ist ansonsten jedoch

durch den zusätzlichen Schwenkhebel (Sprungglied) verhältnismäßig aufwendig aufgebaut, d. h. er hat mehrere komplizierte Einzelteile, die auch eine aufwendige Montage erfordern. Zusätzlich erfolgt die Bewegung des schwenkbaren Kontaktbügels aus seinen beiden Endlagen bis zu der TotpunktsteUang ähnlich wie bei der DE-AS 10 50 862 relativ langsam, so daß die Gefahr der Funkenbildung und des Kontaktabbrandes vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nockenanordnung iu des gattungsbildenden Schalters so weiter zu bilden, daß eine von der Betätigungsgeschwindigkeit weitgehend unabhängige schnelle Schaltbewegung des Kontaktbügels in zwei stabile Endstellungen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die angegebene Gestaltung d«.r .Seitenflanke der Nase des Nockenteils, die mit einer Seitenflanke am Bogen des Kontaktbügcls zusammenwirkt, wird eine Drehbewegung des Nockenteils um einen geringen Winkelbetrag in eine verhältnismäßig große Hubbewegung des Kontaktbügel übersetzt. Hierdurch erfolgt also ein schnelles Schalten. Durch das im Patentanspruch I angegebene Lagerspiel wird erreicht, daß unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit auch sehr schnell die stabilen Endlagen erreicht werden. Sobald nämlich die Nase des Nockenteils einen Totpunkt am Bogen des Kontaktbügels erreicht hat, springt das jo Nockenteil weiter, unabhängig von einer weiteren Drehung des Antriebszapfens. Hierdurch wird ein sprunghaftes Schalten des Kontaktes erreicht, wodurch auch ein hör- und fühlbarer »Klickeffekt« entsteht.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 wird eine maximale »Übersetzung« zwischen Drehbewegung des Nockenteils und Schwenkbewegung des Kontaktbügcls erreicht.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird erreicht, daß einerseits nur eine geringe Drehbewegung erfordcrlich ist, um den Schaller von einer seiner beiden stabilen Endstellungen in die Tolpunktstellung zu bringen und andererseits weiterhin nur geringe Drehbewegungen erforderlich sind., um ihn aus der Totpunktstcllung in die andere stabile Lage schnappen zu lassen.

Mit den Merkmalen des Anspruches 4 wird erreicht, daß das Lagerspiel in dem Schwenklager zwischen dem Kontaktbügel und dem diesen haltenden Anschluß (Lötfahne) keinen Einfluß auf den Schaltvorgang hat, da der Kontaktbügel stets in eine Endstellung dieses Schwenklagers gedrückt ist.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 wird sichergestellt, daß der Kontaktbügel nicht zufällig aus seinem Schwenklager, das beispielsweise als Schneidenlager ausgebildet sein kann, springt.

Schließlich wird mit den Merkmalen des Anspruches 6 erreicht, daß das Nockenteil einfach herzustellen ist und geringen Verschleiß hat. Bei einem Prüfmuster des elektrischen Schalters wurde nach 25 000 Betätigungen noch kein die einwandfreie Funktion beeinträchtigen- bo der Verschleiß festgestellt. Bei diesen Versuchen wurden Ströme von 50 A bei einer Prüfspannung von 30 V geschaltet, wobei nach 25 000 Sehaltvorgängen der Übergangswiderstand kleiner als 8 ιηΩ war.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus- b^r> führungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Ifs zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den geöffneten Schalter,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Schalters in Kombination mit einem Drehpotentiometer,

Fig.3 eine Draufsicht auf Widerstandsbahnen des Drehpotentiometers und

F i g. 4 eine Draufsicht ähnlich F i g. 1, jedoch in einer anderen Drehstellung des Nockenteiles.

Zuerst sei auf die F i g. 1 und 4 Bszug genommen. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen bezeichnen gleiche Teile.

Der Schalter besitzt ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 2 mit einem Gehäuseboden 4 und senkrecht nach oben ragenden Seitenwänden 6. Ein zylindrischer Lagerzapfen 8 ragt senkrecht vom Gehäuseboden 4 nach oben, jedoch nicht bis zur Höhe der Oberkante der Seitenwände 6. Von den beiden Seitenwänden 6 ragen einander gegenüberliegende Vorsprünge 10 in das Innere des Schaltergehäuses hinein. Ebenso ragen in etwa L-förmige Stege 12 von der den beiden Seitenwänden 6 benachbarten Wand des Gehäuses hervor, so daß ein Schenkel dieser Stege 12 jeweils einem der Vorsprünge 10 im Abstand gegenüberliegt Zwischen dem jeweiligen Vorsprung 10 und dem zugeordneten Steg 12 ist somit ein Zwischenraum vorhanden, in welchem eine Kontaktfahne 14 bzw. ein Anschluß (Lötfahne) 20 festgeklemmt ist. Zusätzlich weist die untere Gehäusewand 2 Nuten zur Aufnahme der Kontaktfahne 14 bzw. der Lötfahne 20 auf. Zur Arretierung der Kontaktfahne 14 bzw. der Lötfahne 20 ragt zusätzlich vom Gehäuseboden 4 ein (nicht dargestellter) Vorsprung nach oben, der in eine entsprechende Ausnehmung an der Unterseite der Kontaktfahne 14 bzw. der Lötfahne 20 hineinragt und somit diese beiden Fahnen auch in ihrer Axialrichtung festhält. Gegen Herausfallen sind die beiden Fahnen durch eine Gehäuseschließplatte 50 (Fig.3) gesichert. An der Lötfahne 20 ist ein Kontaktbügel 18 über ein Schneidenlager 22 gehalten. Der Kontaktbügel 18 erstreckt sich von der ihn haltenden Lötfahne 20 zu der Kontaktfahne 14, welche an ihrem im Gehäuse liegenden Ende L-förmig umgebogen ist und an der dem Ende des Kontaktbügels 18 gegenüberliegende Seite einen Kontakt 16 aufweist, beispielsweise in Form einer eingepreßten Kugelkalotte. Durch Schwenken des Kontaktbügcls 18 kann dessen de:n Kontakt 16 gegenüberliegende Kontaktfläche 42 in und außer Berührung mit dem Kontakt 16 gebracht werden.

Der Kontaktbügel 18 besitzt einen in Richtung zu dem Lagerzapfen 8 hinweisenden Bogen 40, der über seine Flanken 41 in die im wesentlichen geradlinig verlaufenden Teile des Kontaktbügels einmündet. Zwischen dem Bogen 40 und dem Schneidenlager 22 besitzt der Kontaktbügel 18 eine Verjüngung 24, welche zur Zentrierung einer Feder 26 dient, die liier als Schraubenfeder ausgebildet ist. Diese Feder 26 ist in einer Führung 28 gehalten, weiche durch die beiden Stege 12 gebildet wird. Die Mittelachse der Feder ist unter einem Winkel ix gegenüber einer Linie geneigt, die den Fußpunkt der Feder mit dem Mittelpunkt des Drehzapfens verbindet. Der Winkel λ ist hierbei ein spitzer Winkel, wobei die Feder so geneigt ist, daß eine Kraftkomponente den Kontaktbügel 18 in Richtung zu der Lötfahne 20 hin drückt. Die Hauptkraftkomponente drückt jedoch den Kontaktbügel 18 in Richtung auf den Lagerzapfen 8.

Auf dem Lagerzapfen 8 ist ein Nockenteil 30 drehbar gelagert. Das Nockenteil 30 besitzt einen Nockenvorsprung 32, dessen radial nach außen weisende Seite einen Krümmungsradius aufweist, der im wesentlichen

dem Radius vom Mittelpunkt des Lagerzapfens 8 zu der radial außen liegenden Seite des Nockenvorsprunges 32 entspricht. An einer Seite des Nockenvorsprunges 32 ist eine Nase 34 angebracht, die radial nach außen vorspringt und einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius hat. Die Nase mündet auf ihrer einen Seite in eine steile Seitenflanke 25 des Nockenvorsprunges und auf ihrer anderen Seite in die radial außen liegende Seile des Nockenvorsprunges 32.

Das Nockenteil 30 besitzt eine kreisrunde, mittige Bohrung 38, die an den Durchmesser des Lagerzapfens 8 angepaßt ist. Diese Bohrung geht jedoch nicht vollständig durch das Nockenteil 30 hindurch. Vielmehr mündet diese Bohrung in eine Ausnehmung 36, die eine formschlüssige Verbindung mit einem Antriebszapfen !■; 48 erlaubt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat diese Ausnehmung zwei parallel zueinander gegenüberliegend verlaufende geradlinige Wände, die als Sekante zu dem Kreis der Bohrung 38 verlaufen.

Zwischen dem Antriebszapfen 48 und der Ausnehmung 36 ist ein Lagerspiel vorgesehen, das bei festgehaltenem Antriebszapfen eine Schwenkung des Nokkenteiles 30 um den Winkel β erlaubt. Dieser Winkel β entspricht der Breite der Nase 34, gemessen als Winkel vom Mittelpunkt des Lagerzapfens 8 aus gesehen.

Schließlich weist das Gehäuse 2 noch Befestigungsbohrungen 44 bzw. 46 auf, von denen die Bohrungen 44 Durchgangsbohrungen sind und im dargestellten Ausführungsbeispiel die Bohrungen 46 als Blindbohrungen ausgelegt sind. Die Gehäusewandung weist im Bereich dieser Bohrungen entsprechende Verdickungen auf.

Im folgenden sei die Wirkungsweise des Schalters erläutert. In F i g. t ist der Schalter geöffnet, wobei sich der Bogen 40 des Kontaktbügel 18 auf der Außenseite des Nockenvorsprunges 32 abstützt und durch die Kraft J5 der Feder 26 gegen diesen gedrückt wird. Zum Schließen des Schalters wird das Nockenteil in F i g. 1 im Uhrzeigersinn gedreht. Hierdurch gelangt die Nase 34 mit dem Bogen in Eingriff und drückt den Kontaktbügel noch etwas nach unten. Wenn der radial äußerste Teil der Nase 34 den Scheitelpunkt des Bogens 40 erreicht hat, so ist die Abwärtsbewegung des Kontaktbügels 18 beendet und es ist eine »Totpunktlage« erreicht. Wird nun das Nockenteil 30 geringfügig weiter im Uhrzeigersinn gedreht, so übt die nun mit der Nase 34 in Beruhrung kommende Flanke 41 des Bogens 40 ein Drehmoment auf das Nockenteil 30 aus, welches sich dann aufgrund des Spiels zwischen Antriebszapfen 48 und Ausnehmung 36 unabhängig von einer Drehung des Antriebszapfens 48 drehen kann, bis die in F i g. 4 gezeigte Stellung erreicht ist und der Schalter geschlossen ist. Hierbei entsteht dann auch ein hör- und fühlbarer Klickeffekt. Auch wird der Schalter durch die Federkraft sehr schnell geschlossen, so daß Einschaltstromspitzen keine nennenswerten Funken und damit Verschweißungen zwischen Kontakt 16 und Kontaktfläche 42 hervorrufen können. Die Kraft der Feder 26 beträgt etwa 3 bis 4 Newton bei geschlossenem Schalter, wodurch auch ein definierter Kontaktdruck erreicht wird.

Zum öffnen des Schalters wird das Nockenteil 30 t> <> gegen den Uhrzeigersinn gedreht, bis zunächst die in F i g. 4 dargestellte Lage erreicht ist. bei der die beiden Flanken 25 und 41 miteinander in Berührung kommen. In dieser Lage liegen diese Flanken 25 und 41 im wesentlichen in einer Linie. Bei weiterer Drehung des Nok- b5 kenteils 30 gegen den Uhrzeigersinn wird der Kontaktbügel 18 durch die Nase 34 nach unten gedruckt, wodurch der elektrische Kontakt geöffnet wird. Aufgrund der Steilheit der Flanken 25 und 41 genügt eine Drehung des Nockcnteils 30 um einen sehr kleinen Winkelbetrag, um den vollen Hub zum öffnen des Schalters zu erreichen. Eventuelle Funken zwischen den sich öffnenden Kontakten werden durch den sich rasch vergrößernden Abstand schnell gelöscht. Sobald die Nase 34 die erwähnte Totpunktstcllung geringfügig überschritten hat, schnappt das Nockenteil aufgrund des Lagerspicls wieder in die in F i g. I gezeigte Stellung zurück, wobei wieder der hör- und fühlbare Klickeffekt auftritt. Damit das Nockenteil 30 nicht so weit gegen den Uhrzeigersinn wcitergedrchl werden kann, daß der Bogen 40 nicht mehr auf dem Nockenvorsprung 32 siuflicgt, ist ein Drchbegrenzungsanschlag vorgesehen, der in Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben wird.

F i g. 2 zeigt den Schalter der Erfindung in Kombination mit einem Drehpoteniiomeicr. Das Gehäuse 2 des Schalters ist durch eine Gehäuseschließpiaitc 50 verschlossen, wobei lediglich eine öffnung für den Antriebszapfen 48 vorgesehen ist. Dieser Antriebszapfen ist Bestandteil einer Drchwelle 58, an welcher auch Schleifer 56 für das Drehpolentiometer angebracht sind. Die Drehwelle 58 ist in einem Potentiomelcrgehäusc 60 gelagert. Angrenzend an die Isolierplatte 50 ist ein Abschirmblech 52 vorgesehen, an welcher dann eine Widerstandsplatte 54 des Drehpotentiometers angebracht ist. Die entsprechenden Kontakic des Drehpotentiomctcrs sind über Lötfahnen 66, 68 und 70 zugänglich, welche gleichsinnig zu der Lötfahnc 20 bzw. der Kontaktfahnc 14 herausragen. Das Potentiometergehäuse 60, die Widcrstandsplatlc54, das Abschirmblech 52, die Isolierplatte 50 und das Schaltergehäuse 2 sind über zwei Nieten miteinander verbunden (vgl. die Bohrungen 44 in Fig. I). Aus Fig.3 sind entsprechende Bohrungen 44, 44' der Widcrstandsplattc 54 erkennbar.

An der Drchwelle 58 ist ein radial nach außen vorspringender Anschlag 72 angebracht, der gegen einen entsprechenden Gcgcnanschlag im Potcntiomctcrgchäusc 60 zum Anschlag kommt und damit die oben geschilderte Begrenzung für die Drehbewegung des Schalters festlegt.

Durch Drehung der Drchwelle 58 kann in dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 der Schalter ein- und ausgeschaltet werden und zusätzlich kann bei eingeschaltetem Schalter das Drehpotentiometer betätigt werden. Dieses Drehpotentiometer kann beispielsweise die in Fig. 3 gezeigten Widerstandsbahnen 62 und 64 haben, welche mit den Schleifern 56 in Berührung stehen.

Abschließend sei noch erwähnt, daß das Schneidenlager 22 zwischen dem Kontaktbügel 18 und der Lötfahnc 20 eine sclbslrcinigcndc Wirkung hat. was die Kunktionssicherheit erhöht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter mit

— einem elektrischen Anschluß,

— einem an dem Anschluß schwenkbar gelagerten Kontaktbügel,

— einer Kontaktfahne,

— einem formschlüssig auf einem drehbaren Antriebszapfen gelagerten Nockenteil, das einen Nockenvorsprung aufweist, der in der Ausschaltstellung einen vom Kontaktbügel in Richtung auf das Nocken teil hin vorspringenden Bogen beaufschlagt und mit

— einer Feder, die den Kontaktbügel in Richtung auf das Nockenteil und die Kcntaktfahne hin vorspannt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Nockenvorsprung (32) eine radial nach außen vorspringende Nase (34) angebracht ist, deren eine steile Seitenflanke (25) eine der Seitenflanken des Nockenvorsprungs (32) bildet und daß die Lagerung des Nockcnteils (30) ein in Drehrichtung wirksames Lagerspiel aufweist, das mindestens so groß ist, daß das Nockenteil (30) gegenüber dem Antriebszapfen (38) um einen Winkelbetrag (ß) drehbar ist, der der Breite der Nase (34) — gemessen als Winkel ausgehend vom Drehpunkt des Nokkenteils (30) — entspricht.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel zwischen der einen Seitenflanke (2S) der Nase (34) und einem Fahrstrahl vom Drehmittelpunkt des Nockenteils (30) zu der Seitenflanke (25) so gewählt ist, daß in der Drehstellung des Nockenteils (30), bei der eine erste Berührung zwischen der steilen Seitenflanke (25) und der dieser zugewandten Vorderflanke (41) des Bogens (40) des Kontaktbügels (18) auftritt, die Vorderflanke (41) des Bogens (40) und die Seitenflanke (25) der Nase (34) in einer Linie liegen.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbetrag iß) 3° bis 5° beträgt.

4. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkrichtung der den Kontaktbügel (18) vorspannenden Feder (26) gegenüber einer vom Drehpunkt des Nokkenteils (30) zum Fußpunkt der Feder (26) verlaufenden Linie einen spitzen Winkel (λ) bildet.

5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftkomponente der Feder (26) den Kontaktbügel (18) in Richtung auf den den Kontaktbügel (18) haltenden Anschluß (20) drückt.

6. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenteil (30) mit Nockenvorsprung (32) und Nase (34) einstückig aus Kunststoff ist.