DE3249513C2

DE3249513C2 - Mikroschalter

Info

Publication number: DE3249513C2
Application number: DE19823249513
Authority: DE
Inventors: Vyacheslav Mironenko; Aleksandr Poltorak; Vitalij Sutskij; Vladimir Kosovcev; Fedor Chaly; Vladislav Zagubeljuk; Nikolai Filatov; Vadim Emelyanenko; Valentin Morgunov; Eduard Rozental; Vladimir Litvinov
Original assignee: Vni Skii I Pk I T I
Current assignee: Vni Skii I Pk I T I
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1982-06-21
Publication date: 1991-03-14
Anticipated expiration: 2002-06-22
Also published as: JPS59501137A; FI78370B; GB8404193D0; GB2134717A; FI840634A0; BR8208084A; DE3249513T1; FI78370C; FR2530862B1; GB2134717B; US4559422A; FR2530862A1; CH664234A5; FI840634A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikroschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein derartiger Mikroschalter ist besonders vorteilhaft als Streckenschalter (Endschalter) in automatisierten Melde-, Steuer- und Schutzsystemen der Elektroantriebe von Maschinen und Mechanismen anzuwenden

Für die Arbeitsgenauigkeit von Fertigungsstraßen sowie Prozeßsteuersystemen ist die Empfindlichkeit der darin verwendeten Mikroschalter ausschlaggebend, welche eine genaue Informationsübertragung gewährleisten sollen. Die durch die Mikroschalter bedingten Fehler sind kaum behebbar.

Zur Betätigung der beweglichen Kontakte dienen in den Mikroschaltern vorwiegend temperatur- bzw. druckempfindliche Metallstreifen, welche sich bei Zug- oder Druckbeanspruchung nur geringfügig verbiegen. Einer der wichtigsten Parameter des Mikroschalters ist deshalb seine Empfindlichkeit, die durch die Abhängigkeit des Verschiebungsweges des Betätigungsgliedes vom Kontakthub - d. h. den Differentialhub des Mikroschalters - bestimmt wird (je kleiner der für die Umschaltung des beweglichen Kontakts im Mikroschalter erforderliche Hub, desto höher seine Empfindlichkeit).

Der Stand der Technik wird anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 den Getriebeplan eines bekannten Mikroschalters in zwei Endstellungen des Betätigungsarmes,

Fig. 3 den Getriebeplan eines anderen bekannten Mikroschalters,

Fig. 4 den Getriebeplan eines weiteren bekannten Mikroschalters.

Es ist ein Mikroschalter bekannt, welcher eine Isolier stoffplatte 1′ (s. Fig. 1, 2), an der Isolierstoffplatte 1 befestigte feste Kontakte 2′, 3′, einen beweglichen Kontakt 4′, der wahlweise zwischen den festen Kontakten 2′ und 3′ schaltet, und ein Schaltwerk zur Umschaltung des beweglichen Kontakts 4′ mittels eines Betätigungs gliedes enthält. Zum Schaltwerk des beweglichen Kontakts gehören die miteinander verbundenen Teile Betätigungsarm 5′, Zwischenhebel 6′, Blattfeder 7′ und Schaltarm 8′. Der Betätigungs- und der Schaltarm 5′ und 8′ sind mit ihren Enden an der Isolierstoffplatte 1′ an einem gemeinsamen Punkt befestigt. Am freien gegenüberliegenden Ende des Schaltarmes 8′ ist der unbewegliche Kontakt 4′ angeordnet, während am mittleren Schaltarmabschnitt das Ende der Blattfeder 7′ angreift. Das andere Ende der Blattfeder 7′ ist mit dem Ende des Zwischenhebels 6′ verbunden und schlägt in ihren End stellungen gegen den Begrenzungsanschlag 9′ an, der in der Isolierstoffplatte 1′ ausgestaltet ist. Das andere Ende des Zwischenhebels 6′ ist mit dem Ende des Bestätigungsarmes 5′ verbunden, welches dem an der Isolierstoffplatte 1′ befestigten Ende gegen überliegt.

Die nachfolgenden mathematischen Abhandlungen werden unter Berücksichtigung der Hebelverhältnisse und der Lage der zugehörigen Teile vorgenommen, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind.

In der Ausgangsstellung des Mikroschalters greift die zusammengedrückte Feder 7′ am mit dieser verbundenen Schaltarm 8′ mit einer Kraft P (s. Fig. 1) an.

Der Kontaktdruck beträgt dabei:

worin β der Neigungswinkel des Zwischenhebels 6′ zur Feder 7′ ist.

Unter Wirkung der äußeren Kraft F wird der Betätigungsarm 5′ verschoben, und der Zwischenhebel 6′ ändert seine Lage gegenüber der Feder 7′.

Während der Betätigungsarm 5′ die Ansprechstellung erreicht (der Punkt A nimmt die Stellung A₁ ein), wird die Feder 7′ zusammengedrückt, die Kraft P steigt dabei auf P₁, der Kontaktdruck P_K nimmt ebenfalls zu und beträgt nun

(Fig. 2).

Sobald der Punkt A die Instabilitätslinie der Feder 7′- Linie I-I - kreuzt, schalten die Kontakte 4′ mit eigener Bewegungsgeschwindigkeit um.

Bei der Fortbewegung des Betätigungsarmes 5′ erreicht der Punkt A seine Endstellung A₂ (Fig. 1)-

Greift die äußere Kraft F am Betätigungsarm 5′ nicht mehr, fangen sämtliche Arme des Schaltwerkes mit der Rückstellbewegung an.

Wenn der Punkt A des Betätigungsarmes 5′ die Linie II-II - Instabilitätslinie der umgeschalteten Feder 7′ - kreuzt, d. h. der Punkt A die Stellung A₃ erreicht, erfolgt die Rückschaltung der beweglichen Kontakte 4′.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß der Kontaktdruck im Mikroschalter bei der Bewegung des Bewältigungsarmes 5′ in die Ansprechstellung nicht unter den Nennwert abfällt, sondern sogar etwas größer wird.

Zur Sicherung der Umschaltung der Kontakte 4 im bekannten Mikroschalter sollen die Flächen zur Begrenzung er Bewegung des Zwischenhebels 6′ im Begrenzungsan schlag 9′ außerhalb des durch die Ausgangs- und die Umschaltstellungslinie des Schaltarmes 8′ begrenzten Bereiches liegen.

Dabei soll die Feder 7′ zur Erhaltung des möglichst kleinen Differenitalhubs des Betätigungsarmes 5′ im bekannten Mikroschalter in der Mitte des Schaltarmes 8′ angreifen, während die Begrenzungs anschläge 9′ möglichst nahe zu den beweglichen Kontakten 4′ liegen sollen.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 5′ am Punkt A beträgt:

L_A = H + 2 Δh,

worin H der Schaltabstand des beweglichen Kontakts 4′ und Δ ein Teilschub des Betätigungsarmes 5′ sind.

Der Teilhub Δ des Betätigungsarmes 5′ wird aus der Beziehung

ermittelt. Daraus folgt:

Hierin sind:

L - Horizontalprojektion des Abstands zwischen der über die Kontakte 2′, 3′ laufenden Achse und dem Be festigungspunkt O der Feder 7′ am Schaltarm 8′;
ΔL - Horizontalprojektion des Abstandes des Punktes A vom Befestigungspunkt O der Feder 7′ am Schaltarm 8′, der für die Sofortumschaltung der Kon takte 4′ zurückzulegen ist.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 5′ am Angriffspunkt der Kraft F beträgt:

worin L₁ und L₂ die Horizontalprojektionen der Länge des Betätigungsarmes 5′ und dessen Abschnitts vom An griffspunkt der Kraft F bis zum Befestigungspunkt O₁, des Betätigungsarmes 5′ an der Isolierstoffplatte 1′ des Betätigungsarmes sind.

In einer anderen Ausführung enthält der Mikroschalter nach der gleichen US-PS 27 29 714 ebenfalls eine Isolierstoffplatte 1′′ (s. Fig. 3), an der Iso lierungstoffplatte 1′′ angeordnete feste Kontakte 2′′, 3′′, einen beweglichen Kontakt 4′′, der wahlweise zwischen den festen Kontakten 2′′, 3′′ schaltet, und ein Schaltwerk zur Umschaltung des beweglichen Kontakts 4′′ mittels eines Betätigungsgliedes, wobei das Schaltwerk aufeinanderfolgend miteinander verbundene Betätigungs arm 5′′, Zwischenhebel 6′′, Blattfeder 7′′ und Schaltarm 8′′ sowie Begrenzungsanschläge 9′′ aufweist, die in der Isolierstoffplatte 1′′ ausgeführt sind und außerhalb des durch die Ausgangs- und die Umschaltstellungs linie des Schaltarmes 8′′ begrenzten Bereiches liegen. Die Blattfeder 7′′ greift jedoch in diesen Mikroschalter am mit dem beweglichen Kontakt 4′′ ausgestatteten Ende des Schaltarmes 8′′ und nicht an dessen mittlerem Abschnitt an, wie dies im obenbeschriebenen Mikroschalter der Fall ist. Die Länge des Schaltarmes 8′′ ist dabei gleich L₁+ΔL, während der Differentialhub des Betätigungsarmes 5′′ am Punkt A und am Angriffspunkt der Kraft F

gleich ist.

Es ist ferner ein Mikroschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs aus der US-PS 22 28 523 bekannt, welcher, wie auch die ebenbeschriebenen Mikroschalter, eine Isolierstoff platte 1′′′ und an dieser angeordnete feste Kontakte 2′′′, 3′′′, einen beweglichen Kontakt 4′′′ und ein Schaltwerk des beweglichen Kontakts 4′′′ enthält, in welchem ein Betätigungsarm 5′′′, ein Zwischenhebel 6′′′, ein Federhebel 7′′′ und ein Schaltarm 8′′′ aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind (s. Fig. 4).

Im bekannten Mikroschalter liegen die Begrenzungs anschläge 9′′′ in der Nähe der Drehachse O₁ des Betäti gungs- und des Schaltarms 5′′′ und 8′′′. Dabei kann der Abstand H₁ zwischen den Begrenzungsflächen der Begrenzungsanschläge 9′′′ gering, d. h. gegenüber den obenbeschriebenen Mikroschaltern kleiner als der Kontaktabstand H zwischen den Kontakten 2′′′ und 3′′′ sein.

Die Größe H₁ bestimmt zusammen mit dem Winkel β und der Härte der Feder 7′′′ (d. h. die Kraft P) den Kontaktdruck, da

P_K ≈ P₂ · sin β

gleich ist.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 5′′′ im Punkt A beträgt:

L_A = H+2 Δh₁.

Die Größe Δh₁ wird aus der Beziehung

ermittelt, daraus folgt:

Somit gilt:

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 5′′′ am Angriffspunkt der Kraft f beträgt:

Aus dem Vergleich der Formel (2) und (3) ist er sichtlich, daß der Differentialhub des Betätigungsarmes 5′′′ in diesem in Fig. 4 dargestellten Mikroschalter etwas geringer als im obenbeschriebenen in Fig. 3 ge zeigten Mikroschalter ist, da H+H₁ < 3 H.

Bei H₁ ≃ folgt H < 3 H.

In den bekannten Mikroschaltern, die in Fig. 1 bis 4 gezeigt sind, ist der Differentialhub des Betätigungsarmes am Punkt A verhältnismäßig groß, wodurch ihre Empfindlichkeit verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikroschalter zu entwickeln, bei welchem durch neugestaltete wechselseitige Beziehung der Elemente im Schaltwerk der beweglichen Kontakte der Differentialhub des Betätigungsgliedes beim gleichbleibenden Kontaktdruck wesentlich verringert und somit die Empfindlichkeit des Mikroschalters bedeutend erhöht wird.

Die gegenseitige Verbindung der Blattfeder mit dem Schaltarm sowie des Schaltarmes mit der Isolierstoffplatte und die Anordnung des Begrenzungsanschlags am Schaltarm ermöglichen eine wesentliche Verringerung des Differentialhubes des Betätigungsgliedes und eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit des Mikro schalters.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausfüh rungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 5 und 6 den Getriebeplan des erfindungsgemäßen Mikroschalters in zwei Endstellungen des Betäti gungsgliedes,

Fig. 7 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Mikroschalters in Gesamtansicht,

Fig. 8 Teile des in Fig. 7 dargestellten Mikroschalters in Axonometrie,

Fig. 9 eine andere Ausführungsvariante des erfindungs gemäßen Mikroschalters in Gesamtansicht,

Fig. 10 Teile des in Fig. 9 gezeigten Mikroschalters in Axonometrie.

Wie in Fig. 5 bis 10 gezeigt ist, enthält der Mikroschalter eine Isolierstoffplatte 1, an der Iso lierstoffplatte 1 angeordnete feste Kontakte 2 und 3, einen beweglichen Kontakt 4, der wahlweise zwischen den festen Kontakten 2 und 3 schaltet, ein Betätigungsglied 5 und ein Schaltwerk zum Umschalten des beweglichen Kontakts 4 mittels des Betätigungsgliedes 5.

Das Schaltwerk der beweglichen Kontakte 4 enthält einen Betätigungsarm 6, einen Zwischenhebel 7, eine Blattfeder 8 und einen Schaltarm 9. Das eine Ende 10 des Betätigungsarmes 6 ist an der Isolierstoffplatte 1 gelenkig befestigt.

Das andere Ende 11 des Betätigungsarmes 6 ist mit dem Zwischenhebel 7 verbunden. Am freien Ende 12 des Schaltarmes 9 ist der bewegliche Kontakt 4 angeordnet. Die Enden 13 und 14 des Zwischenhebels 7 und der Blattfeder 8 sind miteinander verbunden. Der Schaltarm 9 ist an der Isolierstoffplatte 1 gelenkig befestigt und mit dem Ende 15 der Blattfeder 8 ver bunden.

Das Ende 15 der Blattfeder 8 ist erfindungsgemäß mit dem Ende 16 des Schaltarmes 9 verbunden, welches dem den beweglichen Kontakt 4 tragenden Ende gegenüberliegt. Am freien Ende des Schaltarmes 9 ist ein Begrenzungsanschlag 17 angeordnet, welcher die Bewegung des Endes 13 des Zwischenhebels 7 begrenzt. Der Schaltarm 9 ist in seinem mittleren Abschnitt zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und der Verbindungsstelle der Enden 16 und 15 des Schaltarmes 9 und der Blattfeder mit der Isolierstoffplatte 1 verbunden.

Das ermöglicht eine wesentliche Verringerung des Differentialhubes des Betätigungsgliedes und somit eine bedeutende Erhöhung der Empfindlichkeit des Mikro schalters gegenüber den bisher bekannten.

Mögliche Ausführungsvarianten und Anordnung der Arme und der Blattfeder im Mikroschalter sind in Fig. 2 bis 12 gezeigt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Mikroschalters besteht in folgendem.

In der Ausgangsstellung des Mikroschalters greift die zusammengedrückte und somit vorgespannte Feder 8 mit der Kraft P am Zwischenhebel 7 an (s. Fig. 5 und 6).

Der Kontaktdruck P_K besteht aus zwei Komponenten

hierin sind:

P₁ = P sin α;
P₃ = P sin β;
α - Neigungswinkel des Zwischenhebels 7 zur Feder 8;
β - Neigungswinkel der Feder 8 zum Schaltarm 9; ΔL₁ - Horizontalprojektion des Abschnitts des Schaltarmes 9 von dessen Befestigungspunkt 0 an der Isolierstoffplatte 1 bis zum Verbindungspunkt des Schaltarmes 9 mit der Blatt feder 8;
L - Horizontalprojektion des Abschnittes des Schaltarmes 9 vom Punkt O bis zum Ende 12, an welchem der bewegliche Kontakt 4 angeordnet ist.

Unter Wirkung der äußeren Kraft F, die den Wert F₁ erreicht, verschiebt sich der Betätigungsarm 6 in Angriffsrichtung dieser Kraft, während der Zwischen hebel 7 seine Stellung ändert und die Feder 8 zusam mendrückt.

Wenn der Punkt A die Lage A₁ erreicht, nimmt der Kontaktdruck etwas zu, da die Kraft P unter Wirkung der zusammengedrückten Feder 8 auf den Wert P′ ansteigt (s. Fig. 6):

Bei fortdauernder Bewegung des Betätigungsarmes 6, wenn der Punkt A die Linie I-I - Instabilitätslinie - kreuzt, erfolgt die Umschaltung des beweglichen Kontakts 4 mit eigener Bewegungsgeschwindigkeit. Dabei bewegt sich der Zwischenhebel quer zum Schalt hebel zwischen zwei Stellungen, die durch Begrenzungs anschläge definiert sind.

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 6 am Punkt A (Verbindungspunkt des Betätigungsarmes 6 und des Zwischenhebels 7) ist gleich dem Abstand zwischen Punkten A₁ und A₃ (s. Fig. 5):

L_A = Δh₂+2 Δh₃.

Der Hub Δh₂ wird aus der Beziehung

ermittelt. Daraus folgt:

worin ΔL₂ die Horizontalprojektion des Abstandes des Punkts A von der Verbindungsstelle des Schaltarms 9 und der Blattfeder 8 ist.

Der Hub Δh₃ wird aus der Beziehung

ermittelt. Daraus folgt:

Somit gilt:

Der Differentialhub des Betätigungsarmes 6 am Angriffspunkt der Kraft F beträgt

worin L die Horizontalprojektion der Länge des Betäti gungsarmes 6 und L₁ die Horizontalprojektion dessen Abschnitts vom Angriffspunkt der Kraft F bis zum Befesti gungspunkt desselben an der Isolierstoffplatte 1 sind.

Da aber gilt: ΔL₁ ≃ 0,1 L, ΔL₂ ≃0,02 L und H₁ ≃ 0,5 H, so folgt:

L_A ≃ 0,1 H.

Somit ist der Differentialhub des Bestätigungs gliedes im erfindungsgemäßen Mikroschalter, wie der Vergleich der Beziehungen (3) und (4) zeigt, etwa um das 10fache kleiner als im bekannten Mikroschalter, der in Fig. 4 dargestellt ist.

Claims

Mikroschalter, enthaltend eine Isolierstoffplatte (1), zumindest einen an der Isolierstoffplatte (1) angeordneten festen Kontakt (2, 3), einen beweglichen Kontakt (4), ein Schaltwerk für den beweglichen Kontakt (4), bei welchem Schaltwerk ein Betätigungsarm (6), ein Zwischenhebel (7), eine vorgespannte Blattfeder (8) und ein Schaltarm (9) aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind, wobei der Betätigungsarm (6) und der Schaltarm (9) jeweils an der Isolierstoffplatte (1) schwenkbar befestigt sind, die Verbindungsstelle der miteinander verbundenen Enden (13, 14) des Zwischenhebels (7) und der Blattfeder (8) zwischen zwei Stellungen bezüglich des Schaltarms (9) quer zum Schaltarm (9) durch Begrenzungsanschläge (17) begrenzt bewegbar ist, und an einem freien Ende (12) des Schaltarms (9) der bewegliche Kontakt (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß mit dem anderen freien Ende (16) des Schaltarms (9) das Ende (15) der Blattfeder (8) verbunden ist, das entgegengesetzt dem mit dem Zwischenhebel (7) verbundenen Ende (14) der Blattfeder (8) liegt,
- - daß die Befestigungsstelle des Schaltarms (9) an der Isolierstoffplatte (1) zwischen der Befestigungsstelle (12) des beweglichen Kontakts (4) und der Befestigungsstelle (16) der Blattfeder (8) am Schaltarm (9) angeordnet ist,
- - daß der Begrenzungsanschlag (17) für die Verbindungsstelle (13, 14) des Zwischenhebels (7) mit der gebogenen Blattfeder (8) an dem freien Ende des Schaltarms (9) zwischen der Befestigungsstelle (12) des beweglichen Kontakts (4) und der Befestigungsstelle des Schaltarms (9) an der Isolierstoffplatte (1) angeordnet ist und
- - daß die Verbindungsstelle (15, 16) des Endes (15) der Blattfeder (8) mit dem Schaltarm (9) in jeder Stellung des Schaltwerks zwischen der Befestigungsstelle des Schaltarms (9) an der Isolierstoffplatte (1) und der Verbindungsstelle (11) des Betätigungsarms (6) mit dem Zwischenhebel (7) liegt.