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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Schalterbetätigungsmechanismus.
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Eine Anwendung von Spiralfedern auf federartige
Betriebsmechanismen für Schaltungsunterbrecher ist
offenbart durch die japanische Patentveröffentlichung
(OPI) No. 96619/1986 < der Ausdruck "OPI" wird hierin
benutzt mit der Bedeutung "ungeprüfte veröffentlichte
Anmeldung"), die japanische
Patentanmeldungsveröffentlichung No. 17449/1980 und die
japanische Gebrauchsmusteranmeldung (OPI) No. 9142/1985.
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Ein Beispiel eines herkömmlichen federartigen
Betätigungsmechanismus ist in Figur 6 gezeigt.
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In Figur 6 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gehäuse; 2
eine Nockenwelle gehaltert an dern Gehäuse 1; 3 eine Nocke
angebracht auf der Nockenwelle; 4 ein Klinkrad angebracht
auf der Nockenwelle 2; 5 eine Arbeitsfeder zum Erzeugen
eines Drehmoments, um die Nockenwelle 2 im Uhrzeigersinn
zu drehen; 6 einen Hebel drehbar gehaltert am Gehäuse 1
über eine Welle 7, wobei der Hebel 6 einen Stift A8 und
eine Rolle 9 hat; 10 eine Unterbrechungsfeder verbunden
mit dem Hebel 6 (komprimiert im Fall von Figur 6); und 11
eine Klinkenwelle gekoppelt über ein Getriebe (nicht
gezeigt) an einen elektrischen Motor (nicht gezeigt).
Wenn die Arbeitsfeder 5 in der entspannten Position ist,
dreht sich der Motor (nicht gezeigt), um die exzentrische
Bewegung der Klinkenwelle 11 zu gestatten.
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Weiterhin bezeichnet in Figur 6 das Bezugszeichen 12
Klinken, angebracht an der Klinkenwelle 11, welche
schaukeln, wenn sich die Klinkenwelle 11 dreht; 13 einen
Stift B vorgesehen an dem Klinkrad 4; 14 eine
Arbeitsrastung in Eingriff mit dem Stift B; 15 einen
Arbeitstrigger in Eingriff mit der Arbeitsrastung 14; 16
einen Arbeitselektromagneten mit einer Tauchspule 17; 18
eine Auslöserastung in Eingriff mit dem Stift A8; 19
einen Auslösetrigger in Eingriff mit der Auslöserastung
18; 20 einen Auslöseelektromagneten mit einer Tauchspule
21; und 22 den beweglichen Kontaktor des
Schaltungsunterbrechers, welcher über einen
Verbindungsmechanismus 23 mit dem Hebel 6 gekoppelt ist.
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Der Schaltungsöffnungsbetrieb des federartigen
Betätigungsmechanismus, welcher so konstruiert ist, wird
beschrieben werden.
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In Figur 6 wird der Hebel 6 gedrückt gehalten, um sich im
Uhrzeigersinn zu drehen, und zwar mittels der
Unterbrechungsfeder 10, aber er wird gehalten durch die
Auslöserastung 18 und den Auslösetrigger 19. Deshalb
wird, wenn unter dieser Bedingung der
Auslöseelektromagnet 20 mit Energie versorgt wird, um den
Auslösetrigger 19 im Gegenuhrzeigersinn zu drehen, die
Auslöserastung 18 gelöst von dem Stift A8, woraus
resultierend der Hebel 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird
und der bewegliche Kontaktor 22 bewegt wird, um die
Schaltung zu öffnen, und zwar mit Hilfe des
Verbindungsmechanismus 23, wie in Figur 7 gezeigt.
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Jetzt wird der Schaltungsschließbetrieb beschrieben
werden. In Figur 7 wird ein Drehmoment gegeben an die
Nockenwelle 2 durch die Arbeitsfeder 5 verbunden mit dem
Klinkrad 4, so daß die Nockenwelle 2 im Uhrzeigersinn
gedreht wird, und das Drehmoment wird aufrechterhalten
durch die Arbeitsrastung 14 und den Arbeitstrigger 15.
Deshalb wird, wenn unter dieser Bedingung der
Arbeitselektromagnet mit Energie versorgt wird, um den
Arbeitstrigger 15 im Gegenuhrzeigersinn zu drehen, die
Rastung 14 gelöst von dem Stift B13 des Klinkrades 4,
woraus resultierend der Nocken 3 fest angebracht auf der
Nockenwelle 2 im Uhrzeigersinn gedreht wird, während der
Hebel 6 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, und zwar
unter Komprimieren der Unterbrechungsfeder 10. Figur 8
zeigt einen Zustand des federartigen
Betätigungsmechanismus, wobei der
Schaltungsschließbetrieb bewerkstelligt ist und der Stift
A8 gehalten wird durch die Auslöserastung 18.
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Die Arbeitsfeder wird wie folgt mit Energie versorgt:
Wie in Figur 8 gezeigt ist, ist, wenn der
Schaltungsbetrieb beendet ist, die Arbeitsfeder 5 in
einem entspannten Zustand. Die Klinkenwelle 11 ist durch
das Getriebe (nicht gezeigt) mit dem Motor (nicht
gezeigt) gekoppelt, und, wenn die Arbeitsfeder 5 in der
entspannten Bedingung ist, wird der Motor gestartet, um
die Klinkenwelle 11 zu drehen. Da die Klinkenwelle 11
exzentrisch ist, schwingen bei diesem Betrieb die zwei
Klinken 12 angebracht an der Klinkenwelle 11. Durch
diesen Schwingbetrieb dreht sich das Klinkenrad 4 im
Uhrzeigersinn, um die Arbeitsfeder 5 mit Energie zu
versorgen. An einer Position über dem Totpunkt wird ein
Drehmoment im Uhrzeigersinn an die Nockenwelle 2 gegeben
und die Arbeitsrastung 14 kommt in Eingriff mit dem Stift
B, wie in Figur 6 gezeigt. Unter dieser Bedingung stehen
die Klinken dem Teil des Klinkrades 4 gegenüber, welcher
keinen Zahn hat, und deshalb wird, selbst wenn die
Klinken 12 schwingen, kein Drehmoment an das Klinkenrad 4
gegeben, und die Klinkenwelle 11 wird nicht gedreht, so
daß die Rotation des Motors keine Überlastung an die
Klinken 12 oder die Arbeitsrastung l4 vermittelt.
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Wie klar wird aus der obigen Beschreibung, wird beim
herkömmlichen Schaltbetätigungsmechanismus, welcher so
konstruiert ist, die elastische Kraft in der
Geradeaus-Richtung der komprimierten Spiralfeder
umgewandelt in ein Drehmoment, und zwar mit Hilfe des
Hebels. Deshalb leidet der Schaltbetätigungsmechanismus
unter einer Schwierigkeit, so daß es schwierig ist, den
beweglichen Kontaktor mit einer hohen Geschwindigkeit zu
bewegen.
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Die DE-A-2 907 714 zeigt eine Vorrichtung mit einem
ersten und einem zweiten Torsionsbalken, um eine Feder
vorzusehen zum Erzielen eines Schaltbetriebs. Der zweite
Balken ist verbunden mit dem Schalter unter Benutzung
eines Verbindungsmechanismus.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die verschiedenen Schwierigkeiten beim
herkömmlichen Schalterbetätigungsmechanismus zu
eliminieren.
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Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Schalterbetätigungsmechanismus vorzusehen, bei dem
eine Kraft zum Antreiben des beweglichen Kontaktors
direkt als Drehmoment erhalten werden kann.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein
Schalterbetätigungsmechanismus geschaffen, bei dem die
elastische Kraft einer Feder übertragen wird über einen
Verbindungsmechanismus an einen Schalterkontakt, wenn
eine Triggereinrichtung aktiviert wird, um einen
Schaltöffnungs- oder Schließbetrieb zu erzielen, wobei
die Feder umfaßt:
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einen ersten Torsionsbalken und einen zweiten
Torsionsbalken, wobei der zweite Torsionsbalken mit dem
Verbindungsmechanismus gekoppelt ist;
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dadurch gekennzeichnet, daß
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der erste Torsionsbalken ein erstes Ende hat, welches
fest befestigt ist an einem rotierbaren Element und ein
zweites Ende, welches fest befestigt ist an einem
stationären Teil des Mechanismus; und
der zweite Torsionsbalken ein erstes Ende hat, welches
fest befestigt ist an dem drehbaren Element auf eine
Weise, daß das erste Ende diametral gegenüberliegend ist
dem ersten Ende des ersten Torsionsbalkens, und ein
zweites Ende, welches rotierbar gehaltert ist durch den
stationären Teil und gekoppelt ist mit dem
Verbindungsmechanismus.
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Die Natur, das Prinzip und die Nützlichkeit der Erfindung
werden klarer erscheinen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung im Zusammenhang mit der begleitenden
Zeichnung.
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Die Figuren zeigen im einzelnen:
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Fig. 1 eine Vorderansicht zum Zeigen eines
Beispiels eines
Schalterbetätigungsmechanismus nach der
Erfindung;
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des
Schalterbetätigungsmechanismus nach
Figur 1;
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Fig. 3 eine Querschnittsansicht essentieller
Komponenten des
Schalterbetätigungsmechanismus;
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Fig. 4 ein erklärendes Diagramm zum Zeigen des
Schalterbetätigungsmechanismus, welcher
betrieben wird, um die Schaltung zu
öffnen;
Fig. 5 ein erklärendes Diagramm zum Zeigen des
Schalterbetätigungsmechanismus, welcher
betrieben wird, um die Schaltung zu
schließen;
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Fig. 6 ein erklärendes Diagramm zum Zeigen
eines herkömmlichen
Schalterbetätigungsmechanismus; und
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Fig. 7 und 8 erklärende Diagramme für eine
Beschreibung des Betriebs des
Schalterbetätigungsmechanismus nach
Figur 6.
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Ein Beispiel eines Schalterbetätigungsmechanismus nach
der Erfindung wird beschrieben werden mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen.
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In den Figuren 1 bis 3 bezeichnen Bezugsziffern 1, 2, 3,
8, 9 und 13 bis 23 dieselben Komponenten wie die des
herkömmlichen Schalterbetätigungsmechanismus, welcher mit
Bezug auf die Figuren 6 bis 8 beschrieben wurde; 24 einen
Zylinder angebracht an dem Gehäuse 1; 25 Stifte
eingebettet in den Zylinder 24; 26 und 27 Hebel jeweils
rotierbar im Eingriff mit den Stiften 25; 28 und 29
Torsionsbalken mit ersten Enden, befestigt an dem Gehäuse
1 und den übrigen zweiten Enden jeweils befestigt an den
Hebeln 26 und 27; 30 und 31 Lager, angebracht an dem
Gehäuse 1; 32 und 33 Drehwellen, jeweils gehaltert durch
die Lager 30 und 31; und 34 und 35 Torsionsbalken mit
ersten Enden befestigt an den Drehwellen 32 und 33 und
den verbleibenden zweiten Enden jeweils befestigt an den
Hebeln 26 und 27.
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Die Torsionsbalken 28 und 29, 34 und 35 dienen zum
Erhalten einer elastischen Last über eine Torsionskraft.
Andererseits benutzt eine Spiralfeder die Torsionskraft
des Elementdrahts; das heißt, der Elementdraht ist
spiralisiert, so daß die gerade Bewegung seines Endes
eine elastische Belastung schafft. Dementsprechend hat
die Spiralfeder das polare Trägheitsmoment des
Elementdrahts selbst und die Trägheitsmasse der
Spiralfeder selbst (etwa 1/3 der totalen Masse der
Spiralfeder) bei Ausladung, und deshalb ist die
natürliche Frequenz der Spiralfeder klein. Andererseits
hat der Torsionsbalken nur das polare Trägheitsmoment der
Feder selbst und deshalb ist seine natürliche Frequenz
groß. Mit anderen Worten ist beim Betreiben des
beweglichen Kontaktors in der Lichtbogen-auslöschenden
Kammer im Falle der Spiralfeder Energie zum Betätigen der
Spiralfeder selst zusätzlich erforderlich. Deshalb ist
der Torsionsbalken insofern vorteilhaft, daß er frei von
der Spannungskonzentration ist und hinreichend im voraus
eingestellt werden kann.
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Es ist jedoch in der Praxis ziemlich schwierig, den
langen Torsionsbalken geeignet anzuordnen und zu
installieren, und deshalb ist der Torsionsbalken noch
nicht auf den Schaltungsunterbrecher angewandt worden.
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Die Torsionsbalken 28 und 29, 34 und 35 sind ähnlich im
Design. Jedoch ist bei der Erfindung der Ablenkungswinkel
der Unterbrecher-Torsionsbalken kleiner gemacht als der
der Arbeits-Torsionsbalken, so daß die Entladung der
Energie der Arbeits-Torsionsbalken größer als die der
Unterbrechungs-Torsionsbalken ist. Eine Arbeitskraft,
erforderlich beim Schaltarbeitsbetrieb, kann frei gewählt
werden durch Ändern der Konfiguration der Nocke 8.
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Weiterhin bezeichnet in den Figuren 1, 2 und 3 das
Bezugszeichen 36 einen Hebel, fest angebracht an der
Drehwelle 32, wobei der Hebel 36 in die
Gegenuhrzeigerdrehrichtung in Figur 1 gedrängt wird durch
die Torsionsbalken 28 und 34; 37 einen Hebel, fest
angebracht an der Drehwelle 33; 38 eine Drehwelle,
angebracht an dem Gehäuse 1, wobei die Drehwelle 38 im
Gegenuhrzeigersinn in Figur 1 gedreht wird durch einen
elektrischen Motor (nicht gezeigt); 39 ein kleines
Getriebe, fest angebracht an der Drehwelle 38; und 40 ein
großes Getriebe, fest angebracht an der Nockenwelle 2.
Das große Getriebe 40 ist in Eingriff mit dem kleinen
Getriebe 39. Ein Teil der Peripherie des großen Getriebes
40 hat keinen Zahn, so daß, wenn die Torsionsbalken 29
und 35 mit Energie versorgt sind, das große Getriebe 40
gelöst ist von dem kleinen Getriebe 39.
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Weiterhin bezeichnet in den Figuren 1, 2 und 3 das
Bezugszeichen 41 eine Verbindung zum Koppeln des Hebels
37 an das große Getriebe 40; und 42 einen Stoßabsorber,
verbunden mit dem Hebel 36. Der Stoßabsorber 42 ist
darauf ausgelegt, den Stoß zu absorbieren, welcher
verursacht werden kann, wenn der bewegliche Kontaktor 42
betrieben wird.
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Der Betrieb des Schalterbetätigungsmechanismus, welcher
so konstruiert ist, wird beschrieben werden.
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Zunächst wird der Schaltungsöffnungsbetrieb beschrieben
werden. In den Figuren 1 bis 3 wird ein
Gegenuhrzeigersinn-Drehmoment vermittelt an den Hebel 36
durch die Torsionsbalken 28 und 34 zu allen Zeiten, und
das Drehmoment wird aufrechterhalten mittels der
Auslöserastung l8 und dem Auslösetrigger 19. Deshalb
wird, wenn unter dieser Bedingung der
Auslöseelektromagnet 20 mit Energie versorgt wird, die
Tauchspule 21 nach rechts bewegt, um den Auslösetrigger
19 im Uhrzeigersinn zu drehen, woraus resultierend die
Auslöserastung 18 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird
durch die Reaktion des Stiftes A8. Wenn die
Auslöserastung 18 gelöst ist von dem Stift A8, wird der
Hebel 36 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um den
beweglichen Kontaktor 22 in der
Lichtbogenauslöschungskammer zu bewegen, und somit die
Schaltung zu öffnen. Somit ist der
Schaltungsöffnungsbetrieb, wie in Figur 4 gezeigt,
bewerkstelligt.
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Nun wird der Schaltungsschließbetrieb beschrieben werden.
Wie in Figur 4 gezeigt, wird die Nocke 3, welche
gekoppelt ist durch die Nockenwelle 2, das große Getriebe
40 und die Verbindung 41 mit dem Hebel 37, gedrängt, sich
im Uhrzeigersinn zu drehen mittels der Torsionsbalken 29
und 35, und das Drehmoment, welches an die Nocke 3
mittels der Arbeitsrastung 14 und des Arbeitstriggers
vermittel wird, wird aufrechterhalten. Wenn unter dieser
Bedingung der Arbeitselektromagnet 16 mit Energie
versorgt wird, wird die Tauchspule 17 nach rechts bewegt,
um den Arbeitstrigger 16 im Uhrzeigersinn zu drehen,
woraus resultierend die Arbeitsrastung 14 im
Gegenuhrzeigersinn gedreht wird durch die Reaktion des
Stiftes B13 eingebettet in der Nocke 3. Das heißt, die
Arbeitsrastung 14 wird gelöst von dem Stift B13, und die
Nocke 3 wird im Uhrzeigersinn gedreht, um die Rolle 9 des
Hebels 36 nach oben zu stoßen. Daraus resultierend wird
der Hebel 36 angetrieben, während die Torsionsbalken 28
und 34 im Uhrzeigersinn verdrillt werden.
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Figur 5 zeigt einen Zustand des
Schalterbetätigungsmechanismus, in dem der
Schalterbetätigungsmechanismus bewerkstelligt ist und der
Stift A8 wieder durch die Auslöserastung 18 gehalten
wird. Während die Torsionsbalken 28 und 34 mit Energie
versorgt sind, sind die Torsionsbalken 29 und 35 nicht
mit Energie versorgt. Deshalb ist die Energie der
Energieversorgung der Torsionsbalken 29 und 35 größer als
die der Torsionsbalken 28 und 34.
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Der Betrieb der Energieversorgung der Torsionsbalken 29
und 35 ist folgender: Wie in Figur 5 gezeigt, werden,
wenn der Schalt- und Schließbetrieb bewerkstelligt ist,
die Torsionsbalken 29 und 35 ohne Energie gehalten. Das
kleine Getriebe 39 ist gekoppelt über das Getriebe (nicht
gezeigt) mit dem Motor. Deshalb wird, wenn das kleine
Getriebe 39 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, das große
Getriebe 40 im Uhrzeigersinn gedreht, woraus resultierend
die Torsionsbalken 29 und 35 mit Energie versorgt werden
über die Verbindung 41, den Hebel 37 und die
Arbeitsdrehwelle 33. Wenn die Richtung der Spannungslast
der Verbindung 37 über den Totpunkt kreuzend den
Mittelpunkt der Nockenwelle 2 geht, wird die Nockenwelle
2 gedrängt, sich im Uhrzeigersinn zu drehen über die
Verbindung 37 durch die Torsionsbalken 29 und 35,
wohingegen das große Getriebe 40 und das kleine Getriebe
39 gelöst werden voneinander, da der Teil der Peripherie
des großen Getriebes 39 keinen Zahn hat, wie vorher
beschrieben wurde. Das Drehmoment im Uhrzeigersinn, das
dem großen Getriebe durch die Torsionsbalken 29 und 35
vermittelt wird, wird aufrechterhalten durch den Eingriff
des Stiftes B13 mit der Arbeitsrastung 14. Das heißt, der
in Figur 1 erhaltene Zustand wird wieder erhalten. Unter
dieser Bedingung ist das große Getriebe 40 nicht im
Eingriff mit dem kleinen Getriebe 39 und es ist im
Leerlauf; das heißt, das Drehmoment des Motors wird nicht
übertragen an das große Getriebe 40. Somit wird
verhindert, daß die Rastung 14 und der Stift 13
überlastet werden.
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Die Anordnung, Installation und der Betrieb der
Torsionsbalken wird beschrieben werden mit Bezug auf die
Figuren 3 und 4.
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In Figur 4 wird, wenn der Hebel 36 in der Richtung des
Pfeils A (Gegenuhrzeigersinn) gedreht wird, der
Torsionsbalken 34 verdrillt. Bei diesem Betrieb wird, da
der Drehstift 25 und der Torsionsbalken 34 nicht axial
sind, während der Torsionsbalken 24 gedreht wird, das
eine Ende des Torsionsbalkens 34 um den Stift 25 gedreht.
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Das heißt, der Torsionsbalken 34 wird verbogen, während
er verdrillt wird. Insbesondere werden eine Biegespannung
und eine Drillspannung an den Torsionsbalken 34
gleichzeitig angelegt. Jedoch kann die Biegespannung
vernachlässigt werden, da der Torsionsbalken hinreichend
lang ist und der Ablenkungsbetrag aufgrund der Verbiegung
sehr klein an dem Endabschnitt ist.
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Wenn sich der Hebel 26 um den Stift 25 dreht, wird der
Torsionsbalken 28 verdrillt, während sein Endabschnitt um
den Stift 25 gedreht wird. Das heißt, ähnlich wie im Fall
des Torsionsbalken 34 wird der Torsionsbalken 28
verbogen, während er verdrillt wird. Dementsprechend
agieren die Torsionsbalken 28 und 34 als ein längerer
Torsionsbalken. Die Haltelast des Torsionsbalken 34 und
die Haltelast des Torsionsbalkens 28 werden angelegt an
den Stift 25; jedoch werden ausgelöscht dadurch, daß sie
in entgegensetzter Richtung zueinander verlaufen. Somit
wird prinzipiell keine Belastung an den Stift 25
angelegt. Falls der Stift 25 ein bißchen verschoben ist
von seiner idealen Position, dann werden die Biegelasten
der Torsionsbalken teilweise daran angelegt. Die
Haltelasten sind klein und der Energieverlust an den
Stiften ist ebenfalls klein. Ein Torsionsbalken, welcher
im Gebrauch verbogen ist, wird beispielsweise angewendet
auf Stabilisatoren für ein Automobil, jedoch sollte
bemerkt werden, daß die Torsionsbalken der Erfindung
vollständig verschieden sowohl in der Konstruktion als
auch in der Funktion davon sind. Um die Torsionsbalken zu
verbessern, so daß eine Biegelast nicht an sie angelegt
werden kann, ist es nötig, den Abstand zwischen den
Torsionsbalken 28 und 34 so kurz wie möglich zu machen.
Der Abstand kann zu Null gemacht werden durch Ersetzen
von einem der Torsionsbalken durch einen röhrenförmigen
Torsionsbalken. Einen röhrenförmigen Torsionsbalken zu
bilden ist ökonomisch und nicht ratsam vom technischen
Standpunkt; jedoch es zu machen ist prinzipiell möglich.
Falls es möglich ist, dann kann die Aufgabe hinreichend
gelöst werden.
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Um diese Struktur mit einem Torsionsbalken zu erhalten,
ist es notwendig, sein äußeres Ende festzuhalten. Das
heißt, das äußere Ende des Torsionsbalkens ist
positioniert weggelegen von dem Betriebsmechanismus und
dementsprechend kann es notwendig sein, sich entlang
eines festen Elements von dem Rahmen zu erstrecken.
Jedoch werden beim Schalterbetätigungsmechanismus der
Erfindung zwei Torsionsbalken gefaltet benutzt, und
deshalb sind die äußeren Enden davon näher dem Rahmen.
Das wird beitragen zu einer Reduktion der Größe des
Schalterbetätigungsmechanismus.
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Bei der obigen Ausführungsform sind zwei Torsionsbalken
verbunden durch den Hebel, um einen längeren
Torsionsbalken zu bilden. Derselbe Effekt kann erhalten
werden in dem Fall, in dem mehr als zwei Torsionsbalken
in der gleichen Weise verbunden sind.
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Während die Erfindung beschrieben worden ist in Bezug auf
den Schaltungsunterbrecher, sollte bemerkt werden, daß
das technische Konzept der Erfindung anwendbar ist auf
Unterbrecher oder andere Schaltervorrichtungen.
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Das oben beschriebene Verfahren, bei dem eine Vielzahl
von Torsionsbalken verbunden ist in einen langen
Torsionsbalken zur Kompaktheit in der Struktur, ist
anwendbar beispielsweise auf Automobile.
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Wie oben beschrieben, wird beim Schaltbetriebsmechanismus
der Erfindung der Torsionsbalken angewendet in der
Antriebsquelle davon und er ist unterteilt in eine
Vielzahl von Teilen. Somit ist der Schalter im
Betriebsmechanismus kompakt und kann mit hoher
Geschwindigkeit arbeiten.