DE3421806C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikroschalter mit einer einenends gelagerten Schaltwippe nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Solche, ursprünglich unter dem Begriff Schnappschalter benann­ te Schalteinrichtungen für elektrische Ströme bzw. Spannungen sind bekannt. In der DE-AS 12 06 984 und in der DE-OS 16 15 856 sind Schnappschalter beschrieben, die gewährleisten, daß auch bei langsamer Betätigung infolge eines Kippmoments eine ver­ gleichsweise schnelle Schaltbewegung erfolgt. Mit dem fort­ schreitenden Eindringen der Elektronik in immer weitere An­ wendungsgebiete werden solche bekannte, für Türkontakte, Weg­ geber, Endschalter usw. verwendete Mikroschalter immer weniger mit Netzspannung (z. B. 220 V) betrieben, wofür sie ursprünglich entwickelt worden sind. Demgegenüber werden diese Schalter ver­ mehrt für Kleinspannungen von einigen Volt eingesetzt, wobei nur wenige Milliampère zu schalten sind. Dabei treten oft Flackererscheinungen aufgrund von Eigenschwingungen und eine un­ sichere Kontaktierung und Kontakttrennung auf.

Aus der GB-PS 14 51 970 ist eine Schnappfeder für einen Schnappschaltmechanismus bekannt, deren freies Ende zwei Federarme aufweist. In der DE-AS 11 75 807 ist eine elektri­ sche Zwillingskontaktanordnung beschrieben, bei welcher die Kontakte zeitlich nacheinander schalten. Aus der DE-OS 32 38 183 ist ein elektromagnetisches Relais bekannt, dessen bewegliche Kontaktfeder zwei Kontaktstücke unterschiedlicher Masse aufweisende Zungen besitzt, wodurch ein synchrones Schwingen beider Zungen verhindert werden soll. Die Wirkung der unterschiedlichen Massen kann dabei durch unterschiedliche Länge der Zungen noch gesteigert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Mikroschalter auf einfache Weise mit geringem Aufwand so zu gestalten und auszubilden, daß auch unter den Bedingungen von Kleinspannungen eine möglichst flackerfreie Kontakttrennung und eine prellfreie und sichere Kontaktgabe stattfindet.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unteran­ sprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht. Die erfindungsgemäße Ausbildung führt zu einem Eliminieren der Wirkung der Eigenfrequenz der Schaltwippe; die zeitlich ge­ staffelte Kontaktgabe und Kontakttrennung stellt eine flacker­ freie, prellfreie und daher sichere Kontaktierung auch bei lang­ samer Stößelbetätigung sicher.

Dabei begünstigen unterschiedlich groß gewählte Schaltwege die Staffelung der Kontaktgabe und -trennung, während die Auf­ teilung der dem harten und/oder weichen Federarm zugeordneten Kontaktstellen eine große Sicherheit auch bei kleinen Spannungen und Strömen ohne großen schalttechnischen Aufwand bietet. Weitere Vorteile sind in der Figurenbeschreibung genannt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Mikroschalter bekannter Bauart,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Kontaktpartie eines Mikroschalters, dessen Schalt­ wippe sich in einer labilen Mittelstellung befindet, zum Teil im Schnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Schaltwippe unter Weglassung der in der Fig. 2 oberen Kontakte,

Fig. 4 die an den oberen Kontakten anliegende Schaltwippe,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine andere Schalt­ wippe und

Fig. 6 eine Seitenansicht der Kontaktpartie analog der Fig. 2, jedoch mit der Schaltwippe nach der Fig. 5.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Gehäuse eines bekannten Mikroschal­ ters, der in bekannter Weise durch Drücken eines Stößels 2 betätigt wird. Der Weg des Stößels 2 überträgt sich auf eine Zugfeder 3, wobei das freie Ende einer Schaltwippe 4 die Stellung zwischen Festkontakten 5 und 6 ändert.

Das in den Fig. 2 bis 4 sichtbare freie Ende einer Schaltwip­ pe 7 weist im Gegensatz zur Schaltwippe 4 der Fig. 1, die nur einen Kontakt trägt, mehrere Federarme 8, 9, 10, 11 (Fig. 3) unterschiedlicher Federcharakteristik auf. Der obere und untere Festkontakt 5 bzw. 6 besitzt je zwei quer zur Längsachse der Schaltwippe 7 verlaufende, im Querschnitt V-förmige Kontakt­ kanten 12, 13 bzw. 14, 15, an denen die Federarme 8, 9, 10, 11 je nach Stellung der Schaltwippe 7 mit ihren freien Enden 16, 17, 18, 19 aufliegen.

Die - in der Längsachse der Zugfeder 3 betrachtet - spiegelsym­ metrische Schaltwippe 7 ist mit ihrem Ende 20 (Fig. 2 und 3) an zwei feststehenden Schneidlagern 21 gelagert und wird von der zentral an der an einem Angriffspunkt 22 an der Schaltwippe 7 angreifenden Zugfeder 3 gegen die Schneidenlager 21 gezogen. Das freie Ende der Schaltwippe 7 teilt sich in die vier Federarme 8, 9, 10, 11 und bildet gemäß der Fig. 3 zwei Federarm-Paare 8, 9 bzw. 10, 11 mit ungleicher Federcharakteristik, die mit zwei ersten bzw. zwei zweiten, den Federarm-Paaren 8, 9 bzw. 10, 11 zuge­ ordneten Kontaktkanten 12, 14 und 13, 15 zusammenarbeiten. Das erste Federarm-Paar - harte Federarme 8, 9 benannt - ist direkt neben dem Angriffspunkt 22 der Zugfeder 3 an einer Mittelpartie 23 der Schaltwippe 7 frei vorstehend angeformt, während die Federarme des zweiten Federarm-Paares - weiche Federarme 10, 11 benannt - je eine größere freie Länge als die harten Federarme 8, 9 aufweisen. Die weichen Federarme 10, 11 sind zu diesem Zweck seitlich an die Mittelpartie 23 angeformt und verlaufen, in der Längsrichtung der Schaltwippe 7 betrachtet, zunächst seitlich außerhalb der Kontaktkanten 12, 13, 14, 15 bis über die zweiten Kontaktkanten 13, 15 hinaus und schließlich zurück in den Bereich der zweiten Kontaktkanten 13, 15. Die freien Enden 16 und 18 sowie 17 und 19 stehen dann einander gegenüber und haben eine gemeinsame Symmetrieachse.

Das bisher Beschriebene beruht auf einer Ausführungsform mit vier Federarmen 8, 9, 10, 11. Viele weitere Ausgestaltungen sind möglich, auch mit nur je einem harten und einem weichen Feder­ arm, doch ist allen gemeinsam, daß eine Mittelpartie 23 und die Federarme 8, 9, 10, 11 der Schaltwippe 7 in von den Festkontakten und Anschlägen abgehobenem, unbelastetem Zustand in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Nachfolgend wird die Ausführung nach Fig. 2 und 3 weiter beschrieben.

Um eine sichere Kontaktgabe zu erreichen und um zu gewährlei­ sten, daß auch bei sehr langsamer Betätigung des Stößels 2 unmittelbar vor Beginn des Umschaltvorganges kein Zustand eintritt, bei dem die zwischen den freien Enden 16, 17 sowie 18, 19 und den Kontaktkanten 12, 14 bzw. 13, 15 auftretenden Kräfte an allen Kontaktstellen auf Null absinken, weisen die Kontaktkanten 12 und 13 sowie 14 und 15 der beiden Festkontakte 5 und 6 einen Höhenunterschied h bezüglich der Bewegungsrich­ tung der Schaltwippe 4 auf (Fig. 2). Damit wird erreicht, daß der Abstand a zwischen den ersten Kontaktkanten 12, 14 größer ist als der Abstand b zwischen den zweiten Kontakt­ kanten 13, 15. Dies bewirkt, daß beim Umschaltvorgang zuerst die weicher federnden freien Enden 18 und 19 zur Kontaktgabe mit der Kontaktkante 13 oder 15 kommen, und erst nach Einfe­ derung der Federarme 10 und 11 auch die freien Enden 16 und 17 die Kontaktkante 12 oder 14 berühren. Die Fig. 4 zeigt die freien Enden 16, 17, 18, 19 an den Kontaktkanten 12 und 13 an­ liegend. Im Ruhezustand, also nach einem Schaltvorgang, bedeutet dies eine mehrfache Kontaktgabe, was einen geringen Übergangs­ widerstand gewährleistet und eine große Sicherheit gegen Störungen infolge von Verschmutzungen gibt. Dies wird in der beschriebenen Anordnung noch dadurch unterstützt, daß jede der vier Kontaktstellen im Prinzip aus einer punktförmigen Berührungsstelle zweier sicher kreuzender Berührungskanten bestehen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 5 und 6 nachfolgend erläutert. Zur Einsparung von Kontaktmaterial ist es vorteilhaft, wenn die Festkontakte 5 und 6 für beide Schaltlagen der Schaltwippe 7′ je nur aus einer Kontaktkante 24 und 25 bestehen. In der Fig. 5 ist die Kontaktkante 25 verein­ fachend durch einen Strich dargestellt. Im beschriebenen Beispiel sind ein harter Federarm 26 und zwei weiche Federarme 27, 28 nebeneinander in der Ebene der Schaltwippe 7 so angeordnet, daß der harte Federarm 26 in einem ersten Bereich A und die beiden weichen Federarme 27, 28 in je einem zweiten Bereich B der gemeinsamen Kontaktkanten 24 bzw. 25 zusammenarbeiten. Dabei sind die Kontaktkanten 25; 25 zum Beispiel durch Prägen so gestaltet (Fig. 6), daß ein Abstand a zwischen den Berüh­ rungsstellen im Bereich A des harten Federarmes 26 größer ist als ein Abstand b zwischen den Berührungsstellen in den Be­ reichen B der weichen Federarme 27, 28. Es besteht somit an jeder Kontaktkante 24 sowie 25 ein Höhenunterschied h zwischen den Bereichen A und B. Damit wird genau gleich wie im Beispiel der Fig. 2 und 3 eine zeitliche gestaffelte Kontaktgabe bzw. Kontakttrennung erreicht.

Statt einen harten Federarm 26 und zwei weiche Federarme 27 und 28 zu verwenden, ist auch eine Aufteilung in zwei harte und einen weichen Federarm möglich.

Die anhand eines Umschalters beschriebenen Anwendungsbeispiele sind auch auf einfache Ein/Aus-Schalter anwendbar, wobei dann an die Stelle des einen Festkontaktes 5 oder 6 ein fester Anschlag tritt.

Bei allen beschriebenen Ausführungen ist es von Vorteil, wenn die Kontaktstellen vergoldet sind.

Durch die unterschiedliche geometrische Anordnung der beschrie­ benen Federarme 8, 9, 26 einerseits und 10, 11 bzw. 27, 28 anderer­ seits weisen diese unterschiedliche Eigenfrequenzen auf, was eine Verkleinerung der Prellzeit beim Einschalten ergibt.

Beim Abschalten wird der Kippvorgang eingeleitet, bevor die Konktaktgabe unterbrochen wird, denn wenigstens eines der freien Enden 18, 19 bzw. 27, 28 bleibt bei Beginn der Kippbewegung während eines ersten Wegstückes der Schaltwippe noch in Be­ rührung mit der Kontaktkante 13 oder 15 bzw. 24 oder 25 und trennt erst, wenn die Schaltwippe 7 bereits beschleunigt ist. Damit wird das zeitliche Verweilen der Kontaktstellen in einem Zustand sehr kleiner Berührungskräfte stark verkürzt. Außerdem ermöglicht die vorteilhafte mehrfache Kontaktgabe, kleine Span­ nungen und Ströme mit hoher Sicherheit zu schalten, ohne daß gegenüber bekannten Mikroschaltern ein großer Aufwand erfor­ derlich ist.

Claims (4)

1. Mikroschalter mit einer einenends gelagerten, von einem Be­ tätigungs-Stößel und einem Federglied beeinflußten Schaltwippe, die mit ihrem wenigstens eine Kontaktstelle aufweisenden freien Ende zwei stabile, durch einander gegenüberliegende obere und untere Anschläge begrenzte Endstellungen einnehmen kann, wobei wenigstens einer der Anschläge als Festkontakt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den oberen oder unteren Anschlägen bzw. Festkontakten (5, 6) in Berührung kommende freie Ende der Schaltwippe (7, 7′) aus wenigstens zwei Federarmen (8, 9, 26; 10, 11, 27, 28) unterschiedlicher Federcharakteristik besteht, wobei harte Federarme (8, 9, 26) und weiche Federarme (10, 11, 27, 28) vorhanden sind, und daß die Festkontakte (5 bzw. 6) wenigstens je eine quer zur Längsachse der Schaltwippe (7) verlaufende Kontaktkante (12, 13, 24 bzw. 14, 15, 25) aufweisen, an denen die Federarme (8, 9, 26 bzw. 10, 11, 27, 28) je nach Stellung der Schaltwippe (7) mit ihren freien Enden (16, 17, 27 bzw. 18, 19, 27, 28 ) so aufliegen, daß beim Ausschalt­ vorgang immer das freie Ende (16, 17) eines harten Federarmes (8, 9, 26) vor dem freien Ende (18, 19) eines weichen Federarmes (10, 11, 27, 28) von der entsprechenden Kontaktkante ( 12, 14 bzw. 13, 15; 24, 25) abhebt und beim Einschaltvorgang immer das freie Ende (18, 19) eines weichen Federarmes (10, 11, 27, 28) vor dem freien Ende (16, 17) eines harten Federarmes (8, 9, 26) die entsprechende Kontaktkante (15, 13 bzw. 14, 12; 25, 24) erreicht.

2. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpartie (23) und die Federarme (8, 9, 10, 11, 26, 27, 28) der Schalt­ wippe (7, 7′) in von den Festkontakten bzw. Anschlägen abgehobenem, unbelastetem Zustand in einer gemeinsamen Ebene liegen und daß zur Sicherstellung der geforderten Reihenfolge des Abhebens bzw. des Berührens der Federarme (8, 9, 10, 11, 26, 27, 28) von bzw. mit den Fest­ kontakten (5, 6) ein Höhenunterschied (h) bezüglich der Bewegungsrichtung der Schaltwippe (7) zwischen den Berührungsstellen an den Kontaktkanten (12 und 14, 24 und 25) mit dem harten Federarm (8, 9, 26) und den Berührungsstellen an den Kontaktkanten (13 und 15, 24 und 25) mit dem weichen Federarm (10, 11, 27, 28) besteht.

3. Mikroschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein harter Federarm (8, 9) mit je zwei ihm zugeordneten ersten Kontaktkanten (12, 14) zusammenarbeitet und wenigstens ein weicher Federarm (10, 11) mit je zwei ihm zugeordneten zweiten Kontakt­ kanten (13, 15) zusammenarbeitet, wobei der Abstand (a) zwischen den ersten Kontaktkanten (12, 14) größer als der Abstand (b) zwischen den zweiten Kontaktkanten (13, 15) ist.

4. Mikroschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein harter Federarm (26) und wenigstens ein weicher Federarm (27, 28) in der Ebene der Schaltwippe (7) nebeneinander angeordnet sind und daß der harte Federarm (26) in einem ersten Bereich (A) und der weiche Federarm (27, 28) in einem zweiten Bereich (B) der jeweils einzigen gemeinsamen Kontaktkanten (24; 25) zusammen­ arbeiten, wobei die Kontaktkanten (24, 25) bezüglich der Bewegungs­ richtung der Schaltwippe (7) höhenmäßig versetzt so ausgebildet sind, daß der Abstand (a) zwischen den Berührungsstellen im Bereich (A) des harten Federarmes (26) größer ist als der Abstand (b) zwischen den Berührungsstellen im Bereich (B) des weichen Federarmes ( 27, 28).