DE4121571C2 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, insbesondere einen Wippschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Elektrische Schalter und insbesondere Wippschalter bestehen aus einem Schaltergehäuse mit einer oberen Betätigungswippe, wie dies beispielsweise in der DE-US 20 04 787 oder der DE-OS 20 31 175 gezeigt ist. Die Betätigungswippe weist einen nach unten gerichteten stabförmigen Schaltzapfen auf, welcher bei der Betätigung der Wippe auf einer im Schaltergehäuse quer angeordneten Kontaktbrücke oder Kontaktfeder gleitet und diese zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen zwei Anschlussfahnen nach unten drückt. Eine ähnliche Betätigung kann auch ein stiftförmig aus dem Schalter herausragendes Betätigungsglied mit einem nach unten ragenden Schaltzapfen durchführen (GB 1 094 822). Wie aus der genannten GB 1 094 822 oder der US 4 440 991 ersichtlich, kann die Kontaktbrücke mittig in einer Schneidenlagerung gelagert sein und durch Umschalten des darauf gleitenden Schaltzapfens betätigt werden.

Derartige Schaltsysteme haben den Nachteil, daß die Öffnungsbewegung der Kontaktbrücke, d. h. die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte der Kontaktfeder durch die direkte Verbindung zwischen dem Betätigungsglied bzw. dem Schaltzapfen und Kontaktbrücke unmittelbar von der Bewegung des Betätigungsgliedes, d. h. der Wippenbewegung abhängt. Wird demnach die Wippe sehr langsam bewegt, so öffnen sich oder schließen sich auch die Schaltkontakte sehr langsam in der Kontaktierungsphase. Ein schlagartiges Umschalten ist demnach mit einer solchen Anordnung nicht möglich.

Ein schlagartiges Umschalten ist hingegen mit Schnappschaltsystemen möglich. So zeigt die DE-AS 17 65 354 einen Schalter mit einem Schalthebel, der über eine Blattfeder auf einen Kontaktarm einwirkt, so daß der Kontaktarm bei Betätigung des Schalthebels schnappend umschaltet. Weiter zeigt die GB 1 189 971 einen Wippschalter mit einem eine freigeschnittene Zunge aufweisenden Schaltkontakt und einer zwischen der Zunge und dem Schaltkontakt angeordneten Rollfeder, so daß der Schaltkontakt bei Einwirkung durch die Wippe schnappend umschaltet. Anstelle von Blattfedern können bei Schnappschaltsystemen auch komplex ausgestaltete Federanordnungen verwendet werden. Eine derartige Anordnung geht aus der GB 997 310 hervor. Dort ist ein Schalter mit einer Wippe beschrieben, die bei Betätigung über einen gefederten, teleskopartigen Schwenkzapfen auf einen starren Kontaktträger zu dessen Umschaltung einwirkt.

Schließlich ist aus der DE-PS 10 95 349 ein eine Betätigungswippe besitzender Wippschalter bekannt, bei dem das Kontaktsystem ebenfalls als Schnappschaltsystem ausgebildet ist. Das Kontaktsystem besteht aus einer Kontaktfeder, einer Betätigungsfeder und einem Festkontakt. Am freien Ende der Kontaktfeder befinden sich Kontaktniete, die mit dem Festkontakt in der Ein-Schaltstellung sowie mit einem Gummipuffer in der Aus-Schaltstellung zusammenwirken. Die Kontaktfeder besitzt einen Arm, der gelenkig am Ende der Betätigungsfeder angeordnet ist. Die Betätigungswippe weist einen Schaltzapfen auf, dessen Unterseite auf die Betätigungsfeder einwirkt. An der Unterseite des Schaltzapfens befindet sich eine Nut, die in der Aus- Schaltstellung als Verrastung für die Betätigungsfeder dient. Bei Betätigung der Betätigungswippe drückt ein Nocken am Schaltzapfen derart auf die Betätigungsfeder, daß die Kontaktfeder in die Ein-Schaltstellung umschnappt.

Als nachteilig bei diesem Wippschalter ist die Ausgestaltung des Kontaktsystems anzusehen. Das Kontaktsystem ist toleranzempfindlich, wobei der Umschaltpunkt zum einen von den Materialeigenschaften der Betätigungsfeder und zum anderen von deren geometrischen Gestalt stark abhängig ist. Die Federkraft der Betätigungsfeder kann bei häufigen Gebrauch nachlassen, was die Lebensdauer des Schalters beeinträchtigt. Schließlich verteuert die komplexe Ausgestaltung des Kontaktsystems den Schalter und erschwert dessen Montage.

Der Erfindung liegt ausgehend von der DE-PS 10 95 349 die Aufgabe zugrunde, einen Wippschalter mit einem ein schlagartiges Umschalten gestattenden Kontaktsystem, das einfach aufgebaut ist, anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schalter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine weitgehende Entkopplung der Wippenbewegung und der Öffnungsgeschwindigkeit des elektrischen Kontaktes der Kontaktfeder erzielt wird. Die Kontaktfeder verhält sich deshalb wie ein Schnappsystem, d. h. unabhängig von der Wippenbewegung erfolgt ein schlagartiges Umschalten des Kontaktes der Kontaktfeder. Dies wird erfindungsgemäß durch einen als Zwischenglied fungierenden Schalthebel erzielt, der zwischen dem Schaltzapfen der Wippe und der Kontaktfeder angeordnet ist, wobei der Schaltzapfen und der Schalthebel über eine Kurvenführung gesteuert sind. Die Kurvenführung erfolgt derart, daß der Schaltzapfen der Betätigungswippe in eine definierte Einrastposition mit dem Schalthebel gebracht wird, aus der er sich bei einer Weiterbewegung der Wippe schlagartig löst. Trotz undefinierter Wippenbewegung wird damit ein definierter Schaltzustand mittels der Kurvenführung/Steuerung erzielt.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Kerngedankens angegeben. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Anlaufschräge am Schaltzapfen der Betätigungswippe, welche mit einem Schaltnocken des Schalthebels zusammenwirkt, wobei der Schaltnocken in seiner Endstellung in eine im Querschnitt kreissegmentförmige oder kugelsegmentförmige Einrastmulde einrastet. Dabei führt der als Hebelarm ausgebildete Schalthebel mit seinem Schaltnocken eine Auf- bzw. Abwärtsbewegung aus und betätigt mit seiner dem Schaltnocken gegenüberliegenden unteren Schaltfläche die Kontaktfeder. Durch ein gewisses Spiel innerhalb der Lagerung des Schalthebels kann sich die Betätigungswippe zu bestimmten Maße bewegen, ohne daß der Umschaltvorgang ausgelöst wird. Während dieser Phase verbleibt der Schaltnocken in der kreisförmigen oder kugelförmigen Einrast-Ausnehmung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Schalter und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung von Teilbereichen nach Fig. 1.

Beschreibung der Erfindung

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, besteht der erfindungsgemäße elektrische Schalter 1 aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Schaltergehäuse 2 mit einer von unten eingesetzten Grundplatte 3, in welche die elektrischen Flachsteckerkontakte 4, 4' eingesetzt sind. Die elektrische Verbindung der Flachsteckerkontakte 4 erfolgt über eine elektrische Kontaktfeder 5, die an ihrem Ende 6 einen Kontakt 7 aufweist. Die Kontaktfeder 5 ist gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2 im Bereich der linken Gehäusewandung 8 mit einem Flachsteckerkontakt 4 verbunden und erstreckt sich über weitgehend die gesamte Länge des rechteckförmigen Gehäuses bis zum Bereich 8' der rechten Gehäusewandung. Die federnde Kontaktfeder 5 ist in ihrem linken Anfangsbereich im geschlossenen Kontaktzustand um einen Winkel ₁ ~ 30° nach unten geneigt ausgebildet. Dieser Bereich erstreckt sich etwa über ein Drittel der Länge der Kontaktfeder 5. Der weitere Bereich der Kontaktfeder 5 geht dann allmählich in eine etwa horizontale Lage über. Mit 5' ist der nicht geschaltete Zustand der Kontaktfeder gezeigt, d. h. der Kontakt 7' steht nicht in Kontaktberührung mit dem horizontalen Schenkel 10 des zugehörigen Flachsteckerkontaktes 4.

Die Betätigung der Kontaktfeder 5 erfolgt über ein Betätigungsglied 11, welches im Ausführungsbeispiel als Betätigungswippe 11 ausgebildet ist. In der Fig. 1 ist die Betätigungswippe 11 gegenüber der Horizontalen um einen Winkel ₂ nach links gekippt angeordnet. Dieser Winkel ₂ wird auch zwischen der Längssymmetrieachse 12 des Schaltergehäuses und der Längssymmetrieachse 13 der Betätigungswippe 11 gebildet. Die Betätigungswippe 11 weist einen nach unten in Richtung der Längssymmetrieachse 13 weisenden Ansatz 14 auf, der mit einem, ebenfalls nach unten ragenden Schaltzapfen 15 formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist. Die Betätigungswippe 11 wird über eine horizontale Drehachse 16 gekippt. Die Längssymmetrieachse 13 der Wippe 11 ist gleichzeitig Längssymmetrieachse oder auch Längssymmetrieebene des Schaltzapfens 15.

Bei bekannten Schaltern würde der Schaltzapfen 15 mit seiner unteren Stirnfläche 17 in direkter Wirkverbindung mit der Kontaktfeder 5 stehen, so daß die Wippenbewegung der Betätigungswippe 11 um die Drehachse 16 den elektrischen Schaltvorgang auslösen würde.

Erfindungsgemäß ist nun die untere Stirnfläche 17 des Schaltzapfens 15 der Betätigungswippe 11 als spezielle Schaltkurve 18, 18', 18" ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 besteht diese Schaltkurve 18 aus einem linken Schaltkurventeil 18' und einem rechten Schaltkurventeil 18", die spiegelbildlich zur Längssymmetrieebene 13 angeordnet sind. Beide Schaltkurven 18', 18" bestehen aus einer, um einen Winkel ₃ ~ 50° gegenüber der Längssymmetrieebene 13 geneigten schrägen Führungsfläche 19, 19' und einer sich hieran, stirnseitig am Schaltzapfen 15 jeweils angeordneten Einrast-Ausbuchtung 20, 20', die im Querschnitt kreissegmentförmig ausgebildet sind. Die Einrast-Ausbuchtungen 20, 20' umfaßt jeweils etwa einen Bogenwinkel von ₄ ~ 70 bis 80° (s. Einrast-Ausbuchtung 20').

Die beiden Schaltkurven 18', 18" bilden einen in Seitenansicht kegelstumpfförmigen mittleren Teil mit einem Kegelstumpfwinkel 2 × ₃, dessen Seitenflanken durch die beiden Führungsflächen 19, 19' gebildet sind, die oben über die Verbindungsfläche 26 verbunden sind. Unten schließen die zwei im Querschnitt kreissegmentförmige Einrast-Ausbuchtungen 20, 20' an die Führungsflächen 19, 19' jeweils seitlich an.

Die Schaltkurve 18' bzw. 18" steht in Wirkverbindung mit einem Schaltnocken 22 eines Schalthebels 21. Der Schalthebel 21 ist im Bereich der linken Gehäusewandung 8 in einem Lager 23 oberhalb der Verbindung von Flachstecker 4 und Kontaktfeder 5 gelagert. Er erstreckt sich in seiner nach unten gerichteten Lage bis in den Bereich über die Längssymmetrieachse 12 des Schaltergehäuses hinaus. In der nach Fig. 1 und 2 dargestellten Lage beträgt der nach unten gerichtete Neigungswinkel ca. ₅ ~ 20 bis 30°.

An seinem unteren, in Fig. 1 und 2 rechten Ende weist der Schalthebel 21 einen U-förmigen oder an seiner Spitze abgerundeten, V-förmigen Schaltnocken 22 auf, dessen obere, abgerundete Spitze in Wirkverbindung mit der Schaltkurve 18', 18" steht. In der Darstellung nach Fig. 1 und 2 ist der Berührungspunkt 24 der Spitze des Schaltnockens 22 genau an der Übergangsstelle angeordnet, die sich als Übergang zwischen der Einrast-Ausbuchtung 20 und der Führungsfläche 19 bildet. Bei einer weiteren Betätigung der Wippe 11 in Uhrzeigersinn (Pfeil 25) gleitet demnach der Schaltnocken 22 mit seiner Berührungsspitze 24 entlang der Schaltkurve 19 in Fig. 1 und 2 nach rechts, bis er die Kegelspitze 26 erreicht. Diese Stellung ist durch einen kreuzschraffierten Schaltnocken 22' eines Schalthebels 21' dargestellt. Der Schalthebel 21 weist in seinem unteren Endbereich 27 eine Schaltfläche 28 auf, die leicht bogenförmig ausgebildet ist und in Wirkverbindung mit der elektrischen Kontaktfeder 5 steht. Durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Schaltnockens 22 an der Schaltkurve 18', 18" wird auch die Schaltfläche 28 auf- oder abwärts bewegt und überträgt diese Schaltkurvenbewegung auf die Kontaktfeder 5 (Pfeil 32). Der Schalthebel 21 stellt deshalb ein Zwischenglied zwischen der elektrischen Kontaktfeder 5 und dem Schaltzapfen 15 der Betätigungswippe 11 dar. Dabei wird eine Einraststellung der Betätigungswippe 11 dadurch erzielt, daß die abgerundete Spitze des Schaltnockens 22 in die kreissegmentförmige Einrast-Ausbuchtung 20 der Schaltkurve 18, 18" des Schaltzapfens 15 einrastet und dort aufgrund der kreissegmentförmigen Ausbuchtung fixiert ist. Hierfür muß die in Fig. 1 und 2 dargestellte Betätigungswippe 11 noch etwas weiter gegen den Uhrzeigersinn verdreht werden. In dieser eingerasteten Stellung ist der Kontakt 7 der Kontaktfeder 5 mit dem Flachsteckerkontakt 4, 10 geschlossen. Zur Öffnung des Kontaktes muß die Betätigungswippe 11 im Uhrzeigersinn (Pfeil 25) gedrückt werden, wobei sich der Schaltnocken 22 aufgrund der kreissegmentförmigen Einrast-Ausbuchtung 20 zunächst nach unten bis in die in Fig. 1 und 2 dargestellte Stellung mit Berührungspunkt 24 bewegt. Danach gleitet der Schaltnocken 22 entlang der Schaltkurve 19 bis zur Anschlagfläche 26 und öffnet hierbei schlagartig den elektrischen Kontakt (Pfeil 32). In der oberen kreuzschraffierten Stellung der Schaltnocke 22' steht die Kontaktfeder in der gestrichelt dargestellten Stellung 5'. Der Schaltnocken 22' hat seine obere Endstellung in der Kegelspitze 26 der Schaltkurve 18.

Bewegt man die Schaltwippe 11 aus dieser Stellung weiter im Uhrzeigersinn (Pfeil 25), so gleitet der Schaltnocken 22 entlang der in Fig. 1 dargestellten rechten Schaltkurve 19', d. h. der Schaltnocken führt wiederum eine Abwärtsbewegung aus und schließt in der Einraststellung in Verbindung mit der Einrast-Ausbuchtung 20' den Schaltkontakt 7. Die Ausbildung einer spiegelsymmetrischen Schaltkurve 18, 18' bewirkt demnach einen elektrischen Durchschaltkontakt in den beiden Endstellungen der Betätigungswippe 11. Es kann jedoch auch nur eine der Schaltkurven 18' oder 18" vorhanden sein. Die weitere Schaltkurve 18" könnte auch eine andere elektrische Kontaktfeder schalten.

Das Lager 23 für den Schalthebel 21 ist, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, in einer horizontalen Ebene um den Betrag s verschiebbar gelagert. Das seitlich nach rechts versetzte Lager ist mit Bezugszeichen 23' bezeichnet. Diese seitliche Verschiebbarkeit des Lagers für den Schalthebel 21 hat die Aufgabe, eine gewisse Wippenbewegung der Wippe 11 um einen geringen Drehwinkel trotz der Einraststellung des Schaltnockens 22 in der Einrast-Ausbuchtung 20, 20' der Schaltkurve 18', 18" zuzulassen, ohne daß es bereits zum Umschaltvorgang führt. Bei der Betätigung der Betätigungswippe 11 aus der Einraststellung wird demnach das Lager 23 erst in die Stellung 23' gebracht, bevor der Schaltnocken 22 aus der Einrast-Ausbuchtung 20, 20' herausgleitet. Der Weg "s" ist dabei derart bemessen, daß der Schalthebel 21 frei von Punkt 24 zur Fläche 26 springen kann.

Die Schaltbewegung der Betätigungswippe 11 wird durch eine geschwungene Blattfeder 29 beeinflußt, die sich seitlich im Gehäuse an Lager 30 abstützt und die in ihrem mittleren, weitgehend horizontalen Bereich eine nach unten ausgerichtete, U-förmige Formgebung 31 aufweist. Hierdurch wird eine Vorspannung auf den Schaltzapfen 15 aufgebracht, wodurch die Bewegung des Schaltnockens 22 gegenüber der Schaltkurve 18 kraftbeeinflußt wird. Die Blattfeder 29 bewirkt eine Rastung der Wippe in drei Schaltstellungen.

Der als Zwischenglied fungierende Schalthebel 21 mit seinem Schaltnocken 22 bewirkt demnach bei einer Wippenbetätigung aus der Einraststellung ein schlagartiges Lösen des elektrischen Kontakts 7, d. h. ein schlagartiges Öffnen der Kontaktfeder 5, indem der Schaltnocken 22 entlang der Schaltkurve 19, 19' nach oben gleitet. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontaktfeder ist dabei unabhängig von der Wippenbewegung bzw. der Betätigungsstellung der Wippe 11. Der erfindungsgemäße Schalter schaltet daher ähnlich wie ein Schnappsystem, da die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontaktfeder von der Schaltkurve 18 in Verbindung mit dem Schaltnocken 22 und nicht unmittelbar von der Wippenbewegung abhängt.

Bezugszeichenliste

1

Schalter

2

Schaltergehäuse

3

Grundplatte

4

Flachsteckerkontakte

5

elektrische Kontaktfeder

6

Kontaktfederende

7

Kontakt

8

,

8

' r,/l Gehäusewandung

9

Lager

10

horizontaler Schenkel

11

Betätigungswippe

12

Längssymmetrieachse von

2

13

Längssymmetrieachse von

11

14

Ansatz

15

Schaltzapfen

16

Drehachse

17

untere Stirnfläche

18

Schaltkurve

19

Führungsfläche

20

Einrast-Ausbuchtung

21

Schalthebel

22

Schaltnocken

23

Lager für

21

24

Berührungspunkt

25

Pfeil

26

Kegelspitze

27

unterer Endbereich von

21

28

Schaltfläche

29

Blattfeder

30

Lager

31

U-förmige Formgebung von

29

32

Pfeil

33

Pfeil

Claims (6)

1. Elektrischer Schalter, insbesondere Wippschalter, mit einem in einem Schaltergehäuse (2) angeordneten Kontaktsystem, bestehend aus wenigstens einer, im Schaltergehäuse (2) weitgehend quer angeordneten und seitlich eingespannten elektrischen Kontaktfeder (5) zur elektrischen Verbindung von wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen (4, 4'), wobei die Kontaktfeder (5) mittels eines in das Schaltergehäuse (2) von oben hineinragenden Schaltzapfens (15) der Betätigungswippe (11) betätigbar ist, wobei der Schaltzapfen (15) an seiner unteren Stirnfläche (17) eine Schaltkurve (18) aufweist, die mit einem nach oben gerichteten Schaltnocken (22) eines zwischen dem Schaltzapfen (15) und der Kontaktfeder (5) angeordneten Zwischengliedes in Wirkverbindung steht, derart daß die durch die Schaltkurve (18) mittels des Schaltnockens (22) hervorgerufene Auf- und Abwärtsbewegung des Zwischengliedes auf die Kontaktfeder (5) zur Kontaktbetätigung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied als ein einen Hebelarm aufweisender Schalthebel (21) ausgebildet ist, daß der Schalthebel (21) seitlich im Schaltergehäuse (2) mittels eines oberhalb der Einspannstelle der Kontaktfeder (5) angeordneten Lagers (23) gelagert ist, daß der Schaltnocken (22) am Ende des Hebelarms des Schalthebels (21) angeordnet ist, und daß der Schalthebel (21) eine dem Schaltnocken (22) gegenüberliegende, nach unten weisende Schaltfläche (28) aufweist, wobei die Bewegung der Schaltfläche (28) bei auf- und abwärts gerichteter Bewegung des Schaltnockens (22) die Betätigung der Kontaktfeder (5) bewirkt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkurve (18; 18', 18") des Schaltzapfens (15) der Betätigungswippe (11) zum einen aus einer im Querschnitt kreissegmentförmigen Einrast-Ausbuchtung (20, 20') und zum anderen aus einer schrägen Führungsfläche (19, 19') besteht, wobei der Schaltnocken (22) des Schalthebels (21) in Wirkverbindung mit dieser Schaltkurve (18; 18', 18") steht.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ende des Hebelarms des Schalthebels (21) angeordnete, nach oben weisende, im Querschnitt U- oder V- förmig ausgebildete Schaltnocken (22) im mittleren Bereich des Schaltergehäuses (2) befindlich ist.

4. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (23) des Schalthebels (21) eine Horizontalverschiebung (Pfeil 33) des zugehörigen Lagerbolzens um eine Wegstrecke (s) ermöglicht, derart daß die Einraststellung des Schaltnockens (22) in der Einrast-Ausbuchtung (20, 20') bei geringer Wippenbetätigung unverändert bleibt.

5. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippenbewegung der Betätigungswippe (11) gegen die Kraft einer Blattfeder (29) erfolgt.

6. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkurve (18; 18', 18") einen kegelstumpfförmigen Innenbereich mit der Längssymmetrieebene (13), den Seitenflanken (19, 19') und der Kegelstumpfspitze (26) aufweist, und daß sich jeweils seitlich an den kegelstumpfförmigen Abschnitt kreissegmentförmige Ausbuchtungen (20, 20') symmetrisch zur Längssymmetrieebene (13) anschließen.