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Elektrischer Schalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schalter, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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Ein derartiger elektrischer Schalter ist durch dieUS-PS 41 21 071
bekannt. Das Steuerglied dieses elektrischen Schalters ist zugleich die Handhabe
und zwischen zwei Anschlägen schwenkbar im Schaltergehäuse gelagert. Mit dem über
eine Druckfeder an ihm abgestützten-Raster in Form eines Rastbolzens beaufschlagt
es eine satteldachartige Schaltkurve, die auf dem Schaltglied ausgebildet ist. Das
Schaltglied ist identisch mit einem beweglichen Kontakt, der mittig schwenkbar im
Gehäuse gelagert ist und in seinen beiden Endlagen jeweils an einem elektrischen
Festkontakt anliegt. Die Kraft, mit der er gegen, den Festkontakt drückt, wird durch
die den Rastbolzen belastende Druckfeder erzeugt. Die Neigung der beiden Flanken
der Schaltkurve und der Schwenkwinkel des beweglichen Kontakts zwischen seinen beiden
Schaltstellungen sind so aufeinander abgestimmt, daß die Druckfeder in den Anschlagstellungen
des Steuerglieds eine Kraft erzeugt, die das Steuerglied gegen die Anschläge drückt.
Steuerglied und Schaltglied nehmen also nach einer Umschaltung jeweils eine stabile
Lage bei, ohne daß dazu äußere Kräfte notwendig wären.
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Bei dem bekannten-Schalter nimmt die Schaltkurve, deren durch die
beiden Flanken gebildete Spitze praktisch mit der Schwenkachse des Schaltglieds
zusammenfällt, eine derartige Lage am Schaltglied ein, daß das von der den Rastbolzen
beaufschlagende Druckfeder erzeugte Drehmoment in den beiden Endlagen des Steuerglieds
am größten ist. Bei einer Umschaltung wird zunächst nur das Steuerglied bewegt.
Dabei wird das auf das Schaltglied wirkende Drehmoment immer kleiner, bis es schließlich
durch null geht, wenn der Rastbolzen die Spitze der Schaltkurve überstreicht. Danach
steigt-das Drehmoment in umgekehrter Richtung wieder an, so daß das Schaltglied
verschwenkt
wird. Da der Betrag des Drehmoments in der Nähe der
Spitze der Schaltkurve nur klein ist, wird das Schaltglied aui nur mit einer kleinen
Winkelgeschwindigkeit verschwenkt. Eine langsame Trennung von elektrischen Kontakten
voneinander führt an diesen zu einem hohen Verschleiß. Wegen der kleinen Drehmomente
ist, wenn bei dem bekannten Schalter das Schaltglied im Sinne einer Kontaktschließung
verschwenkt wird, der Kontaktdruck zwischen den beiden geschlossenen Kontakten zunächst
sehr gering. Auch das wirkt sich negativ auf die Lebensdauer der Kontakte aus.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Schalter mit den
Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß der Verschleiß
an den elektrischen Kontakten verringert und somit die Lebensdauer des elektrischen
Schalters erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man einen Schalter,
der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, zusätzlich mit den
Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ausstattet. Durch eine derartige
Konstruktion werden bei einer Umschaltung das Schaltglied und das Steuerglied im
selben Drehsinn verschwenkt, sofern man einmal davon ausgeht, daß das Steuerglied
schwenkbar im Schaltergehäuse gelagert ist. Es ist jedoch durchaus auch eine lineare
Bewegung des Steuerglieds möglich. Bei einem erfindungsgemäßen elektrschen Schalter
nimmt bei einer Bewegung des Rasters aus seiner Endlage zur Spitze hin das am Schaltglied
erzeugte Drehmoment nicht ab, sondern es bleibt zumindest konstant. Vorzugsweise
jedoch wird es immer größer und nimmt. unmittelbar, bevor der Raster die Spitze
der Schaltkurve überquert, seinen größten Wert an. Unmittelbar nach dem Überschreiten
der Schaltkurve hat das Drehmoment seine Richtung umgekehrt und ist dem Betrage
nach wiederum sehr groß.
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Das große Drehmoment erzeugt eine große Winkelbeschleunigung, so daß
das Schaltglied sofort eine große Winkelgeschwindigkeit erreicht und schnell umschaltet.
Wegen der großen Umschaltgeschwindigkeit ist sowohl beim Schließen als auch beim
Öffnen
zweier Kontakte der Verschleiß an diesen nur gering.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen speziell der Schaltkurve eines erfindungsgemäßen
elektrischen Schalters kann man den Unteransprüchen 2 bis 5 entnehmen. Gemäß Anspruch
6 ist das Schaltglied ein separates Teil aus Kunststoff, an dem die Schaltkurve
eines erfindungsgemäßen elektrischen Schalters leichter ausgebildet werden kann
als an einem beweglichen elektrischen Kontakt.
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Von großem Vorteil ist es, wenn gemäß Anspruch 7 der bewegliche Kontakt
einen Gegenkontakt in eine Richtung beaufschlagt, die in der Schwenkebene des Schaltglieds
liegt. Bei einer derartigen Konstellation ergibt sich der Kontaktdruck zwischen
den beiden Kontakten aus dem auf das Schaltglied wirkenden Drehmoment. Da dieses
beim Umschalten am größten ist, ist auch der Kontaktdruck zwischen den beiden Kontakten
unmittelbar nach ihrem Aufeinandertreffen am größten. Dadurch kann der Kontaktverschleiß
weiter verringert werden. Die Ansprüche 8 bis 11 enthalten Merkmale, die sich darauf
beziehen, wie auf vorteilhafte Weise der bewegliche Kontakt vom Schaltglied gesteuert
werden kann.
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Der Umstand, daß das Schaltglied erst dann seine Bewegung beginnt,
wenn das Steuerglied schon eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat, und seine Umschaltbewegung
schon vor der des Steuerglieds beendet hat, kann man durch eine Konstruktion gemäß
Anspruch 12 gezielt dazu benutzen, um zwei bewegliche Kontakte in ganz bestimmter
Weise so zu steuern, daß in die eine Schaltrichtung zuerst ein Kontakt am Steuerglied
und in die andere Schaltrichtung zuerst ein Kontakt des Schaltglieds geschaltet
wird. Am einfachsten läßt sich dies dadurch erreichen, daß man den Schalter gemäß
Anspruch 13 so konstruiert, daß die Schaltwege des Steuerglieds von den beiden Endlagen
bis zur Umschaltung des Schaltglieds verschieden voneinander sind.
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Liegen beide Kontakte im selben Stromkreis, so kann man,wenn gemäß
Anspruch 14 der Kontakt des Steuerglieds beim Einsdha*en
vor und
beim Ausschalten nach dem Kontakt des Schaltglieds geschaltet wird, erreichen, daß
der Kontakt des langsamer als das Schaltglied umschaltenden Steuerglieds jeweils
ohne Last geschaltet wird und damit besonders geringen Verschleiß unterworfen ist.
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In bestimmten Fällen soll der eine bewegliche Kontakt des elektrischen
Schalters mit zwei Kontaktstellen zwei voneinander getrennte Gegenkontakte mit einem
dritten Festkontakt verbinden, während der andere bewegliche Kontakt zwei Festkontakte
miteinander verbinden soll. Liegen beide bewegliche Kontakte im selben Stromkreis,
so ist die Belastung der beiden mit den zwei getrennten Gegenkontakten zusammenwirkenden
Kontaktstellen am einen Kontakt geringer als die der Kontaktstellen am anderen beweglichen
Kontakt. Es ist dann besonders günstig, wenn gemäß Anspruch 16 der Kontakt mit den
stärker belasteten Kontaktstellen vom Steuerglied verstellt und ohne Last geschaltet
wird und der andere Kontakt vom Schaltglied verstellt wird. Diese Anordnung ist
besonders zweckmäßig, wenn der elektrische Schalter zum Steuern einer Warnblinkanlage
in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
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Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen elektrischen
Schalters sind in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung nun näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in skizzenhafter
Darstellung, in die zur Verdeutlichung der Verhältnisse bestimmte Hilfslinien eingezeichnet
sind, Fig. 2 eine Draufsicht auf das Steuer- und das Schaltglied einer zweiten Ausführung,
bei der das Schaltglied einen Umschaltkontakt trägt,
Fig. 3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht auf das Steuer-
und das Schaltglied einer dritten Ausführung, bei der sowohl das Schaltglied als
auch das Steuerglied einen beweglichen Kontakt steuern und Fig. 5 das. Schaltbild
des Schalters nach Fig. 4 bei einer Verwendung für eine Warnblinkanlage.
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Im Gehäuse 10 der gezeigten erfindungsgemäßen elektrischen Schalter
ist ein Steuerglied 11 zwischen zwei Anschlägen 12 bewegbar.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist es linear verschiebbar, während
es bei den beiden Ausführungen nach den Fig. 2 bis 4 um eine gehäusefeste Achse
13 verschwenkbar ist. In einem Sackloch 14 nimmt das Steuerglied 11 eine Schraubendruckfeder
15 auf, die sich am Boden des Sacklochs und an einen als Rastrolle 16 ausgebildeten
Raster abstützt. Die Rastrolle 16 ist am offenen Ende des Sacklochs 14 in zwei länglichen,
zum offenen Ende des Sacklochs hin offene Ausnehmungen 17 so geführt, daß sie in
Richtung der Federkraft verschiebbar ist, während sie senkrecht da-.
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zu nicht ausweichen kann.
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Über das Steuerglied 11 kann das Schaltglied 25 zwischen zwei stabilen
Positionen geschaltet werden, indem es um die gehäusefeste Achse 26 verschwenkt
wird. Das Schaltglied 25 weist eine satteldachartige Schaltkurve 27 auf, die sich
aus zwei Flanken 28 und 29 zusammensetzt und deren Spitze 30 zur Rastrolle 16 weist
und näher am Steuerglied 11 liegt als die Schwenkachse 26 des Schaltglieds. Die
beiden Schaltkurvenflanken 28 und 29 stellen jeweils ebene Flächen dar und besitzen
bezüglich einer durch die Spitze 30 der Schaltkurve 27 und die Schwenkachse 26 des
Schaltglieds 25 gehenden Ebene dieselbe Neigung.
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Außerdem ist die Neigung der Schaltkurvenflanken 28 und 29 bezüglich
der jeweiligen Richtung der Kraft der Feder 15 so gewählt, daß sie in jeder Position
des Schaltglieds 25 von der Endlage der Rastrolle 16 an der jeweiligen Flanke 28
oder 29 bis zur Spitze 30 kleiner ist als die Neigung einer durch die jeweilige
Stelle gehenden, in der Schwenkebene des Schaltglieds 25 liegenden Normalen auf
eine Gerade, die durch die Stelle und senkrecht durch die Schwenkachse 26 des Schaltglieds
25 verläuft.
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Anhand der Fig. 1 soll verdeutlicht werden, daß bei einer derartigen
Konstruktion das auf das Schaltglied 25 wirkende Drehmoment kontinuierlich zunimmt,
wenn die Rastrolle 16 aus einer ihrer Endlagen an einer Flanken 28 oder 29 der Schaltkurve
27 entlang bis zu deren Spitze 30 geschoben wird. Die Rastrolle 16 nehme zunächst
ihre eine Endlage ein, in der sie mit einer ununterbrochenen Linie gezeichnet ist.
Die Richtung der Federkraft ist durch einen Pfeil 31 gekennzeichnet. Durch die Berührungsstelle
zwischen der Rastrolle 16 und der Schaltkurve 27 sowie durch die Schwenkachse 26
des Schaitglieds 25 läßt sich eine Gerade 32 und dazu eine Normale 33 definieren,
die beide strichpunktiert eingezeichnet sind. Wie man sofort erkennen kann, ist
die Neigung der Schaltkurvenflanke 29 bezüglich der Richtung 31,einer Berührungsstelle
zwischen ihr und der Rastrolle 16 kleiner als die Steigung der Geraden 33.
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Eine Kraft kann nur senkrecht zur Schaltflanke 29 auf das Schaltglied
25 ausgeübt werden. Der Hebelarm für diese Kraft in der Endlage der Rastrolle 16
ist mit 34 bezeichnet.
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Wird nun die Rastrolle 16 an der ebenen Schaltkurvenflanke 29 entlanggeschoben,
so wächst der Hebelarm 34 kontinuierlich an.
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In einer Lage 16', in der die Rastrolle gestrichelt gezeichnet ist,
ist z.B. ein Hebelarm 34' vorhanden. Beim Überschreiten der Spitze 30 kehrt sich
die Richtung des Drehmoments um. Es ist zunächst der sehr große Hebelarm 34' wirksam,
der dann bei der weiteren Bewegung des Steuerglieds und des Schaltglieds 25 kleiner
wird. In der in Fig. 1 gezeigten Position des Schaltglieds 25 muß die Steigung der
Flanke
28 nicht an jeder Stelle kleiner sein als die in der gezeigten Position zu dieser
Stelle gehörende Normale. Es genügt, wenn die Steigung der Flanke 28 die genannte
Bedingung von der Spitze 30 der Schaltkurve 27 an bis zu einem bestimmten Abstand
von dieser Spitze erfüllt. Bis zur vollendeten Umschaltung des Schaltglieds 25 überstreicht
die Rastrolle 16 nämlich nur diese Strecke, während sie auf dem anderen Abschnitt
der Flanke 28 erst nach der Umschaltung des Schaltglieds 25 gelangt. Dann jedoch
erfüllt auch dieser Abschnitt die genannte Forderung.
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Bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 trägt das Schaltglied 25
ein Kontaktblech 40, das über eine Litze 41 dauernd mit dem Festkontakt 42 verbunden
ist. Das Kontaktblech 40 wirkt an einer Kontaktstelle 43 mit einem Gegenkontakt
44 und an einer Kontaktstelle 45 mit einem Gegenkontakt 46 zusammen. Die Richtung,
in der die Kontaktstellen 43 und 45 die Gegenkontakte 44 und 46 beaufschlagen, liegt
jeweils in der Schwenkebene des Schaltglieds 25. Das im Moment des Umschaltens vorhandene
große Drehmoment kann somit dazu ausgenutzt werden, in den kritischen Augenblicken
kurz vor dem vollständigen Öffnen und kurz nach dem ersten Schließen zweier Kontakte
einen hohen Kontaktdruck zu erzeugen. Bei dem Beispiel aus den Fig. 2 und 3 ist
das Kontaktblech 40 als Umschaltkontakt ausgebildet und liegt in der einen Schaltstellung
des Schaltglieds 25 mit seiner Kontaktstelle 43 am Gegenkontakt 44 und in der anderen
Schaltstellung des Schaltglieds 25 mit seiner Kontaktstelle 45 am Gegenkontakt 46.
Die Gegenkontakte 44 und 46 bilden zugleich Anschläge, die den Schwenkbereich des
Schaltglieds 25 begrenzen. Der Weg der Rastrolle 16 von ihren Endlagen an den beiden
Schaltflanken 28 und 29 bis zur Spitze 30 der Schaltkurve 27 ist jeweils gleich,
so daß das Schaltglied 25 jeweils nach dem gleichen Schaltweg des Steuerglieds 11
umgeschaltet wird.
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Bei der Ausführung nach Fig. 4 steuert das Schaltglied 25 eine als
beweglicher Kontakt dienende Blattfeder 51 über einen seitlich herausragenden Arm
50, der einstückig an das aus
Kunststoff bestehende Schaltglied
25 angeformt ist. Die Blattfeder 51 ist an ihrem einen Ende an einem Festkontakt
52 befestigt. Am anderen, freien Ende trägt sie in Richtung senkrecht zur Zeichenebene
hintereinander zwei Kontaktniete 53, mit denen sie zwei entsprechend hintereinander
liegende und voneinander getrennte Festkontakte 54 beaufschlagen kann. In der gezeigten
Schaltstellung liegt das Schaltglied 25 am gehäusefesten Anschlag 55 an. In der
anderen Schaltstellung wirken die Festkontakte 54 als Anschlag.
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Ein weiterer beweglicher Kontakt 60 ist direkt mit dem Steuerglied
11 verstellbar. Dieser Kontakt 60 ist am Steuerglied 11 gehalten und verbindet in
der gezeigten Position des Steuerglieds 11 die beiden Festkontakte 61 und 62 und
in der anderen stabilen Position des Steuerglieds 11 die beiden Festkontakte 63
und 64 miteinander. Die vier Festkontakte 61 bis 64 liegen die in einer Ebene, auf
der Schwenkachse 13 des Steuerglieds 11 senkrecht steht und werden in Richtung der
Schwenkachse 13 vom Kontakt 60 beaufschlagt.
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Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die Spitze 30 der Schaltkurve 27
derart se-itlich versetzt, daß die Rastrolle 16 in ihrer einen Endlage weiter von
der Spitze 30 entfernt ist, als in ihrer- anderen Endlage. Dadurch werden die Schaltwege
des Steuerglieds 11 bis zur Umschaltung des Schaltglieds 25 verschieden voneinander.
Dies führt bei einem Umschaltzyklus des Steuerglieds 11 und des Schaltglieds 25
zu einer bestimmten Schaltfolge unter den beweglichen Kontakten 51 und 60.
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Sollen diese beiden Kontakte 51 und 60 aus ihren in Fig. 4 gezeigten
Positionen in ihre anderen Schaltpositionen umgestellt werden, so wird das Steuerglied
11 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Das Schaltglied 25 bleibt zunächst in
Ruhe. Der Kontakt 60 verläßt die beiden Festkontakte 61 und 62 und wechselt auf
die beiden Festkontakte 63 und 64 über. Erst danach überquert die Rastrolle 16 die
Spitze 30 der Schaltkurve 27, so daß das Schaltglied 25 umschwenkt und über den
Kontakt
51 der Festkontakt 52 mit den beiden Festkontakten 54 verbunden
wird. Bei einer Umschaltung in die umgekehrte Richtung überquert, da die Schaltkurvenflanke
29 kürzer als die Schaltkurvenflanke 28 ist, die Rastrolle 16 die Spitze 30 der
Schaltkurve 27, noch bevor der Kontakt 60 die beiden Festkontakte 63 und 64 verlassen
hat. Das Schaltglied 25 schwenkt um und trennt die Verbindung zwischen den Festkontakten
52 und 54. Erst danach wechselt auch der Kontakt 60 von den Festkontakten 63 und
64 auf die Festkontakte 61 und 62 über.
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Der in Fig. 4 gezeigte Schalter kann mit Vorteil als Warnlicht schalter
verwendet werden In Fig. 5 ist ein Schaltbild eines derartigen Schalters und seine
Verbindung mit den Anschlüssen eines Blinkgebers 70 gezeigt. Die Festkontakte und
die beweglichen Kontakte innerhalb des Schalters sind mit den gleichen Bezugszahlen
wie in Fig. 4 versehen. Die Außenanschlüsse des Schalters und des Blinkgebers 70
tragen die im Kraftfahrzeugbau üblichen Klemmenbezeichnungend Wird der Warnblinkschalter
eingeschaltet, so fließt vom Eingang der Klemme 30 über den Festkontakt 64, den
Kontakt 60 und dem Festkontakt 63 ein Strom zum Blinkgeber 70 und von dort über
den Kontakt 51, die Festkontakte 54 und die beiden Ausgänge L und R des Schalters
ein Strom zu den rechten und linken Blinkleuchten. Wegen der Aufteilung des Stroms
am Kontakt 51 werden dessen Kontaktstellen bedeutend weniger belastet als die Kontaktstellen
des Kontakts 60. Eine Ausführung des Schalters gemäß Fig. 4 ist deshalb besonders
vorteilhaft, da bei dieser beim Einschalten zuerst die beiden Festkontakte 63 und
64 über die Kontaktbrücke 60 miteinander verbunden werden und dann erst die Kontaktbrücke
51 die beiden Festkontakte 54 an den Festkontakt 52 anschließt.
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Die stärker belasteten Kontaktstellen der Kontaktbrücke 60 werden
also stromlos geschaltet. Beim Ausschalten des Warnblinkschalters wird zunächst
die Verbindung zwischen dem Festkontakt 52 und den Festkontakten54 getrennt. Erst
danach wird wiederum stromlos die Kontaktbrücke 60 geschaltet.
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