DE4439289C1 - Schnappfederelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnappfederelement, das als Blattfeder ausgebildet ist, mit einer teilweise negativen Federkennlinie und einer mittig angeordneten Schaltstößelaufnahme.

Derartige Schnappfederelemente finden überwiegend im Be­ reich von elektrischen Schaltern Anwendung, da durch den Schnappeffekt die Schaltgeschwindigkeit vergrößert wird, wo­ durch ein durch einen beim Schalten entstehenden Lichtbogen verursachter Abbrand der Kontakte verringert wird. So ist beispielsweise ein Schnappfederelement bekannt, welches aus zwei im Winkel zueinander angeordneten Spiralfedern be­ steht, deren einander zugewandten Enden eine Schaltstößel­ aufnahme bilden. Der Schaltstößel ist so zwischen den Spi­ ralfedern eingeklemmt, daß die Federn bei der Betätigung des Schaltstößels zusammengedrückt werden und gleichzeitig ihren Winkel zueinander verändern. Etwa in der Mitte des Schaltwegs bilden die Federn einen Winkel von 180° zueinan­ der, das heißt, sie stehen sich gerade gegenüber, wodurch sie maximal zusammengedrückt sind. Nach Durchtritt durch diese Totpunktstellung entspannen sich die Federn in Rich­ tung der Schaltstößelbewegung wieder, so daß die Federkraft teilweise in Richtung der Schaltstößelbewegung wirkt. Durch diese in Richtung der Schaltstößelbewegung wirkende Kraft tritt ein Schnappeffekt auf.

Nachteilig bei einem derartigen Schnappfederelement ist die Tatsache, daß beim Zurücksetzen des Schaltstößels dieselbe Kraft in entgegengesetzter Richtung aufgewendet werden muß, wie bei der zuvor beschriebenen Betätigung des Schalt­ stößels. Es ist daher regelmäßig eine Rückstellfeder vorge­ sehen, welche eine Kraft gegen die zuerst beschriebene Schaltstößelbewegung aufbringt. Hierdurch wird zwar er­ reicht, daß der Schaltstößel selbsttätig wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt wird, jedoch muß beim Betätigen des Schaltstößels eine zusätzliche Kraft zur Überwindung der Rückstellfederkraft aufgebracht werden. Darüber hinaus ist die Anordnung der zusätzlichen Feder aufwendig, was sich nachteilig auf die Kosten auswirkt.

Des weiteren können aus konstruktiven Gründen mit dem ge­ nannten Schnappfederelement nur geringe Schaltwege durchlau­ fen werden. Dies ist sehr nachteilig, da die zu durchlaufen­ den Schaltwege aufgrund von Vorschriften unterschiedlich groß sind und teilweise bis zu 10 mm betragen müssen. Um solche großen Schaltwege durchlaufen zu können, muß das be­ kannte Schnappfederelement entsprechend groß ausgelegt wer­ den, wodurch sich die Bauform des Schalters vergrößert.

Darüber hinaus müssen bei einem großen Schaltweg große Fe­ derkräfte überwunden werden, wodurch eine hohe Betätigungs­ kraft erforderlich ist. Dies ist insbesondere bei elektrisch betätigten Schaltern sehr nachteilig, da zum Auf­ bringen großer Betätigungskräfte die Betätigungseinrichtun­ gen entsprechend dimensioniert sein müssen, wodurch sich regelmäßig die Bauform des Schalters vergrößert.

Aus der gattungsgemäßen DE 27 52 638 A1 ist ein Schnappschalter bekannt, bei dem als Blattfeder ausgebildete Schnappfedern einer­ seits in an einem Druckknopf angeformte Arme und anderer­ seits in Ausnehmungen in einen Schaltstößel eingreifen, welcher mittig zwischen den beiden Schnappfedern angeord­ net ist. Das Schnappfederelement hat eine teilweise nega­ tive Federkennlinie. Dadurch bedingt wird unter der Ein­ wirkung der Schnappfedern der Stößel gegen die Bewegungs­ richtung des Druckknopfes bewegt.

Aus der DE 86 29 443 U1 ist eine elektrischer Sprungschal­ ter bekannt, bei dem ein Sprungglied mittig zwischen zwei S-förmigen Blattfederelementen angeordnet ist. Die Blatt­ federelemente greifen einerseits in sich im Sprungglied be­ findliche Einkerbungen und andererseits in Einkerbungen, welche sich in Armen eines Schaltstößels befinden.

Bei Betätigung des Stößels nach unten erhöhen sich die Blattfederkräfte gegen das Sprungglied. Überschreitet der Stößel einen sogenannten Sprungpunkt, erfolgt die Sprung­ bewegung des Sprunggliedes nach oben. Zu Beginn der Sprung­ bewegung kehrt sich die Kraftrichtung der Blattfedern in die entgegengesetzte Richtung um und befördert das Sprung­ glied sprunghaft nach oben. Zum Verbringen des Sprung­ glieds in die Ausgangsstellung ist eine Kraft gegen die umgekehrte Kraftrichtung der Blattfeder erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein eingangs genanntes Schnapp­ federelement derart auszubilden, daß es nach Überschreiten des Totpunkts eine ihm innewohnende Rückstellkraft hat und der Betätigungsweg möglichst groß ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung hat das Schnappfederelement beidseitig der Schaltstößelauf­ nahme S-förmig verlaufende Blattfederteile, wobei die der Schaltstößelaufnahme abgewandten Enden der Blattfederteile über ein kranzförmiges Blattfederteil miteinander verbunden sind. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine derartig ausgebildete Blattfeder einen Schnappeffekt hat, der sich über einen großen Weg auswirkt. Darüber hinaus hat ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schnappfederelement jenseits des Totpunkts und nach dem Durchlaufen der negativen Federkennlinie eine so große Rückstellkraft, daß ein in der Schaltstößelaufnah­ me angeordneter Schaltstößel selbständig wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schnappfeder­ elements ist es nunmehr möglich, einen mittig im Schnapp­ federelement angeordneten Schaltstößel nach seiner Auslen­ kung ohne weitere Bauelemente wieder in seine Ausgangslage zurückzubringen. Durch unterschiedliche Dimensionierungen kann das erfindungsgemäße Schnappfederelement für unter­ schiedliche Rückstellkräfte und Schaltwege ausgelegt wer­ den. So kann das Schnappfederelement so ausgelegt werden, daß es beispielsweise eine Rückstellkraft von bis zu 10 N (Newton) hat und sich der negative Bereich der Federkenn­ linie über einen Weg bis zu 1 cm erstreckt.

Das Profil der S-förmig verlaufenden Blattfederteile stellt in erster Näherung einen Sinus dar, welcher etwa gerade ver­ laufende Flanken und unterschiedlich hohe Halbwellen hat. Der Schaltstößel ist in der Mitte zwischen den beiden Blatt­ federteilen angeordnet. In vorteilhafter Weise können zur Aufnahme des Schaltstößels die betreffenden Enden der Blatt­ federteile abgewinkelt sein. Hierdurch läßt sich der Schalt­ stößel auf einfache Art und Weise mit dem Schnappfederele­ ment verbinden.

Der Schaltstößel läßt sich besonders leicht mit dem Schnapp­ federelement verbinden, wenn die Blattfederteile im Bereich der Schaltstößelaufnahme nicht miteinander verbunden sind. Hierdurch kann der Schaltstößel seitlich in die aus den bei­ den gegenüberstehenden Enden der Blattfederteile eingescho­ ben werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die beiden die Schaltstößelaufnahme bildenden gegenüberstehenden Enden der Blattfederteile derart miteinander verbunden sind, daß zur Aufnahme des Schaltstößels eine Öffnung besteht.

Das Schnappfederelement ist besonders leicht zu handhaben, da es einstückig ausgebildet sein kann. In vor­ teilhafter Weise kann es aus einem ausgestanzten Blech be­ stehen. Darüber hinaus wirkt sich das kranzförmige Blatt­ federteil sehr günstig auf die Funktion des Schnappfeder­ elements aus.

Das Schnappfederelement wird in vorteilhafter Weise aus Federstahl hergestellt. Es können jedoch auch andere Mate­ rialien, wie beispielsweise federnde Kunststoffe verwendet werden, wenn dies zweckmäßig ist.

Eine besonders gute Wirkung des Schnappfederelements kann dadurch erreicht werden, daß die S-förmigen Blattfederteile so ausgebildet sind, daß die abgewinkelten Enden der S-för­ migen Blattfederteile sich in Ruhestellung oberhalb der Ebene des kranzförmigen Blattfederteils befinden. Bei der Betätigung des Schaltstößels durchlaufen die abgewinkelten Enden der S-förmigen Blattfederteile die Ebene des kranzför­ migen Blattfederteils und befinden sich in der Arbeitsstel­ lung unterhalb der Ebene des kranzförmigen Blattfederteils. Die abgewinkelten Enden der S-förmigen Blattfederteile kön­ nen so angeordnet sein, daß sie sich in Ruhestellung und Ar­ beitsstellung gleich weit von der Ebene des kranzförmigen Blattfederteils befinden.

Zur Erzielung eines möglichst guten Schnappeffekts ist der an die Schaltstößelaufnahme angrenzende Bauch der S-förmi­ gen Blattfederteile in Ruhestellung größer als der an das kranzförmige Blattfederteil angrenzende Bauch. Wenn es die Gegebenheiten jedoch erfordern, können die beiden Bäuche des S-förmigen Blattfederteils auch gleich groß aus­ gelegt werden.

Auf die Funktion des Schnappfederelements wirkt sich auch günstig aus, daß die Breite der S-förmigen Blattfederteile in der Mitte der an die Schaltstößelaufnahme angren­ zenden Schenkel sowie an der die beiden Bäuche verbindenden Stelle verringert ist, wie es eine weitere besondere Ausge­ staltung der Erfindung vorsieht. Die Breite des ansteigen­ den Teils der beiden Halbwellen ist also etwa in der Mitte des ansteigenden Teils verringert. Die Verringerung erfolgt in vorteilhafter Weise derart, daß der S-förmige Blattfeder­ teil an beiden Seiten bogenförmige Ausnehmungen aufweist. Die Verringerung der Breite der Blattfederteile an der die beiden Bäuche verbindenden Stelle, das heißt also etwa an der Stelle, wo der S-förmige Blattfederteil durch die Ebene des kranzförmigen Blattfederteils tritt, erfolgt in vorteil­ hafter Weise derart, daß sich die Breite des Blattfeder­ teils von den Scheitelpunkten des S-förmigen Verlaufs aus­ gehend stetig verringert.

Zur Erreichung einer besonders guten Schnappfunktion kann das Schnappfederelement zur Schaltstößelaufnahme hin symme­ trisch ausgebildet sein, wie es eine weitere besondere Aus­ führungsform der Erfindung vorsieht. Hierdurch wird er­ reicht, daß beim Einbau keine besondere Richtung beachtet werden muß.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Federelements kann das Federelement auch als Schaltstößelführung verwen­ det werden, wodurch sich besondere Führungselemente erüb­ rigen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegen­ den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Schnappfederelement gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Anordnung eines erfindungsge­ mäßen Schnappfederelements in Verbindung mit einem Schaltstößel in Ruhestellung,

Fig. 3 eine schematische Anordnung eines erfindungsge­ mäßen Schnappfederelements in Verbindung mit einem Schaltstößel in Arbeitsstellung,

Fig. 4 eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Schnappfederelements,

Fig. 5 eine Draufsicht und

Fig. 6 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schnappfederelements.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, weist ein herkömm­ liches Schnappfederelement 1′ zwei Spiralfedern 3′, 4′ auf, welche in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Die bei­ den zueinander angeordneten Enden der Federn 3′, 4′ bilden eine Schaltstößelaufnahme 2′, in der sich ein Schaltstößel befindet. Wird der Schaltstößel in die durch den Pfeil A′ angezeigte Betätigungsrichtung bewegt, werden die Federn 3′, 4′ zusammengedrückt und verändern ihren Winkel zueinan­ der. Es muß solange eine Kraft in Betätigungsrichtung aufge­ bracht werden, bis die beiden Federn 3′, 4′ einen Winkel von 180° bilden, das heißt axial ausgerichtet sind. Nach Überschreitung dieser Stellung wirken Komponenten der Feder­ kraft in die Betätigungsrichtung. Die Komponenten der Feder­ kraft addieren sich somit zur Betätigungskraft. Hierdurch tritt ein Schnappeffekt auf. Da die Federn 3′, 4′ nicht selbsttätig in ihre Ausgangsstellung zurück gelangen kön­ nen, ist unterhalb des Schaltstößels eine weitere Feder an­ geordnet. Diese Feder muß so ausgelegt sein, daß sie die durch die Federn 3′, 4′ aufgebrachte Kraft überwindet. Da die Kraft der Rückstellfeder gegen die Betätigungsrichtung wirkt, muß eine entsprechend größere Kraft beim Betätigen des Schnappfederelements aufgebracht werden.

In Fig. 2 ist derselbe Schaltstößel gezeigt wie in Fig. 1, jedoch mit einem erfindungsgemäßen Schnappfederelement 1. Das Schnappfederelement 1 hat eine mittig angeordnete Schaltstößelaufnahme 2, in der sich der Schaltstößel befin­ det. Die Schaltstößelaufnahme 2 wird aus zwei abgebogenen Enden 5, 6 von S-förmig verlaufenden Blattfederteilen 3, 4 gebildet. Die S-förmig verlaufenden Blattfederteile 3, 4 haben eine obere Halbwelle 12, 13 und eine untere Halb­ welle 10, 11. Die den abgebogenen Enden 5, 6 abgewandten Enden 7, 8 der S-förmigen Blattfederteile 3, 4 sind mit einem kranzförmigen Blattfederteil 9 verbunden.

Durch das Aufbringen einer Betätigungskraft in Betätigungs­ richtung A wird der Schaltstößel gegen eine Kraft des Schnappfederelements soweit bewegt, bis die Federkennlinie einen Scheitelpunkt 19 durchläuft (vergl. Fig. 4). Nach diesem Punkt wird die durch das Schnappfederelement aufge­ brachte Kraft geringer, so daß sich ein Schnappeffekt ein­ stellt. Der Scheitelpunkt 19 der Federkennlinie ist etwa dann erreicht, wenn die abgebogenen Enden 5, 6 der Blatt­ federteile 3, 4 sich in der Ebene des kranzförmigen Blatt­ federteils 9 befinden. Die Anordnung ist so ausgelegt, daß die Federkennlinie bei Erreichen der maximalen Auslenkung des Schaltstößels wiederum einen Scheitelpunkt 20 hat. Die maximale Auslenkung des Schaltstößels wird zweckmäßiger­ weise durch einen mechanischen Anschlag begrenzt.

Da sich der weitere Scheitelpunkt 20 noch im positiven Be­ reich des Kraft-Weg-Diagramms des Schnappfederelements be­ findet, wird an dieser Stelle durch das Schnappfederelement 1 auf den Schaltstößel eine Rückstellkraft ausgeübt.

Wird die Betätigungskraft geringer als die Rückstellkraft des Schnappfederelements im weiteren Scheitelpunkt 20, wird der Schaltstößel wieder in seine Ausgangsstellung zurück­ bewegt. Es sind somit keine besonderen baulichen Maßnahmen zur Rückstellung des Schaltstößels vorzusehen.

In Fig. 3 ist der Schaltstößel in betätigter Stellung und das Schnappfederelement in Arbeitsstellung gezeigt.

Wie dem in der Fig. 4 dargestellten Verlauf der Federkraft des Schnappfederelements entnommen werden kann, weist die Federkennlinie des Schnappfederelements einen besonders großen Bereich auf, in dem das Verhältnis Delta s zu Delta F groß und negativ ist.

Den Fig. 5 und 6 kann deutlich entnommen werden, daß die S-förmigen Blattfederteile 3, 4 Ausnehmungen 14, 15, 16, 17 aufweisen. Zum einen befinden sich bogenförmige Ausnehmun­ gen 14, 15, welche die Breite der S-förmigen Blattfedertei­ le 3, 4 verringern, in der Mitte der an die Schaltstößel­ aufnahme angrenzenden Schenkel. Des weiteren befinden sich Ausnehmungen 16, 17 an der die beiden Bäuche 10, 12, 11, 13 verbindenden Stelle. Diese Ausnehmungen beginnen an den Scheitelpunkten der s-förmigen Blattfederteile 3, 4 und nehmen stetig bis zur Mitte zwischen den beiden Scheitel­ punkten zu.

Wenn gleich auch die Funktion des erfindungsgemäßen Schnapp­ federelements anhand eines elektrischen Schalters beschrie­ ben wurde, so ist sein Anwendungsbereich nicht auf elektrische Schaltelemente beschränkt. Es kann überall dort verwendet werden, wo es auf einen großen Bereich einer nega­ tiven Federkennlinie ankommt und eine selbständige Rück­ stellkraft benötigt wird. So ist es denkbar, daß das erfin­ dungsgemäße Schnappfederelement auch in Ventilen Anwendung finden kann.

Claims (8)

1. Schnappfederelement (1, 1′), das als Blattfeder ausgebildet ist, mit einer teilweise nega­ tiven Federkennlinie (18) und einer mittig angeordneten Schaltstößelaufnahme (2, 2′), dadurch gekennzeichnet, daß das Schnappfederelement (1) beidseitig der Schaltstößelaufnahme (2) S-förmig verlaufende Blattfederteile (3, 4) hat, wobei die der Schaltstößelaufnahme (2) abgewandten Enden (7, 8) der Blattfederteile (3, 4) über ein kranzförmiges Blatt­ federteil (9) miteinander verbunden sind.

2. Schnappfederelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstößelaufnahme (2) aus abgewinkelten Enden (5, 6) der S-förmigen Blattfederteile (3, 4) besteht.

3. Schnappfederelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederteile (3, 4) im Bereich der Schaltstößel­ aufnahme (2) nicht miteinander verbunden sind.

4. Schnappfederelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewinkelten Enden (5, 6) der S-förmigen Blatt­ federteile (3, 4) sich in Ruhestellung jenseits der Ebene des kranzförmigen Blattfederteils (9) befinden, wo sich die an die abgewinkelten Enden angrenzenden Bäuche (10, 11) der S-förmigen Blattfederteile befinden.

5. Schnappfederelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnappfederelement (1) aus einem ausgestanzten Blech besteht.

6. Schnappfederelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Schaltstößelaufnahme (2) angrenzende Bauch (10, 11) der S-förmigen Blattfederteile (3, 4) in Ruhestel­ lung größer ist als der an den kranzförmigen Blattfederteil (9) angrenzende Bauch (12, 13) der S-förmigen Blattfeder­ teile (3, 4).

7. Schnappfederelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der S-förmigen Blattfederteile (3, 4) in der Mitte (14, 15) der an die Schaltstößelaufnahme (2) angrenzenden Schenkel sowie an der die beiden Bäuche (10, 12, 11, 13) verbindenden Stelle (16, 17) verringert ist.

8. Schnappfederelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnappfederelement (1) zur Schaltstößelaufnahme (2) hin symmetrisch ausgebildet ist.